Tutorial de TCP/IP – Parte 15 – Protocolos de Roteamento Dinâmico

Introdução:

Esta é a décima quinta parte do tutorial de TCP/IP. Na
Parte 1 tratei dos aspectos b√°sicos do protocolo TCP/IP. Na Parte 2 falei sobre c√°lculos bin√°rios, um importante t√≥pico para entender sobre redes, m√°scara de sub-rede e roteamento. Na Parte 3 falei sobre Classes de endere√ßos, na Parte 4 fiz uma introdu√ß√£o ao roteamento e na Parte 5 apresentei mais alguns exemplos/an√°lises de como funciona o roteamento e na Parte 6 falei sobre a Tabela de Roteamento. Na Parte 7 tratei sobre a divis√£o de uma rede em sub-redes, conceito conhecido como subnetting. Na Parte 8 fiz uma apresenta√ß√£o de um dos servi√ßos mais utilizados pelo TCP/IP, que √© o Domain Name System: DNS. O DNS √© o servi√ßo de resolu√ß√£o de nomes usado em todas as redes TCP/IP, inclusive pela Internet que, sem d√ļvidas, √© a maior rede TCP/IP existente. Na Parte 9 fiz uma introdu√ß√£o ao servi√ßo Dynamic Host Configuration Protocol ‚Äď DHCP. Na Parte 10 fiz uma introdu√ß√£o ao servi√ßo Windows Internet Name Services ‚Äď WINS. Na Parte 11 falei sobre os protocolos TCP, UDP e sobre portas de comunica√ß√£o. Parte 12, mostrei como s√£o efetuadas as configura√ß√Ķes de portas em diversos aplicativos que voc√™ utiliza e os comandos do Windows 2000/XP/2003 utilizados para exibir informa√ß√Ķes sobre portas de comunica√ß√£o. Na Parte 13 voc√™ aprendeu sobre a instala√ß√£o e configura√ß√£o do protocolo TCP/IP no Windows 2000 Professional ou Server. Apresentei, em detalhes, a configura√ß√£o do protocolo TCP/IP no Windows 2000. Mostrei como fazer as configura√ß√Ķes do protocolo TCP/IP, desde as configura√ß√Ķes b√°sicas de n√ļmero IP e m√°scara de sub-rede (em computadores que usar√£o IP fixo, ao inv√©s de obter as configura√ß√Ķes a partir de um servidor DHCP), at√© configura√ß√Ķes mais avan√ßadas, tais como definir filtros para o protocolo TCP/IP.

Nas Partes 4, 5 e 6 falei sobre Roteamento e sobre como todo o processo de roteamento √© baseado em Tabelas de Roteamento, existentes em cada roteador da rede. As tabelas de roteamento podem ser criadas manualmente, onde o administrador de cada roteador executa comandos para criar cada uma das rotas necess√°rias. Essa abordagem s√≥ √© poss√≠vel para redes extremamente pequenas, com um n√ļmero de rotas pequeno e quando as rotas n√£o mudam muito freq√ľentemente. Para redes maiores, a √ļnica abordagem poss√≠vel √© o uso dos chamados protocolos de Roteamento din√Ęmico. Estes protocolos, uma vez instalados e configurados nos roteadores, permitem que os roteadores troquem informa√ß√Ķes entre si, periodicamente e que montem as tabelas de roteamento, dinamicamente, com base nestas informa√ß√Ķes. Esta abordagem √© bem mais indicada para grandes redes, pois os pr√≥prios protocolos de roteamento din√Ęmicos, se encarregam de manter as tabelas de roteamento sempre atualizadas, alterando rotas quando necess√°rio e excluindo rotas que apresentam problemas, tais como rotas onde o link de comunica√ß√£o est√° fora do ar. Nesta parte do tutorial de TCP/IP, iniciarei a apresenta√ß√£o dos protocolos de roteamento din√Ęmico, sendo que iremos concentrar nossos estudos, nos dois principais protocolos:

 

RIP ‚Äď Routing Internet Protocol

OSPF ‚Äď Open Shorted Path First

 

 

Na Parte 14, fiz uma apresentação do protocolo RIP, das suas características, usos e principais problemas. Nesta décima quinta parte será a vez de apresentar o protocolo OSPF e o conceito de roteamento baseada em áreas, roteadores de borda e outros ligados ao OSPF.

OSPF ‚Äď Open Shorted Path First:

Nesta parte do tutorial voc√™ aprender√° sobre o OSPF, suas vantagens em rela√ß√£o ao RIP, o seu uso para roteamento em grandes redes, sobre os conceitos de sistemas aut√īnomos, adjac√™ncias e assim por diante.

Uma introdução ao OSPF

O protocolo OSPF - Open Shortest Path First (OSPF, uma tradu√ß√£o, digamos, muito for√ßada, seria: abrir primeiro o caminho mais curto) √© a alternativa para redes de grande porte, onde o protocolo RIP n√£o pode ser utilizado, devido a suas caracter√≠sticas e limita√ß√Ķes, conforme descrito na
Parte 14 deste tutorial.

O OSPF permite a divis√£o de uma rede em √°reas e torna poss√≠vel o roteamento dentro de cada √°rea e atrav√©s das √°reas, usando os chamados roteadores de borda. Com isso, usando o OSPF, √© poss√≠vel criar redes hier√°rquicas de grande porte, sem que seja necess√°rio que cada roteador tenha uma tabela de roteamento gigantesca, com rotas para todas as redes, como seria necess√°rio no caso do RIP. O OSPF √© projetado para intercambiar informa√ß√Ķes de roteamento em uma interconex√£o de rede de tamanho grande ou muito grande, como por exemplo a Internet.

A maior vantagem do OSPF √© que ele √© eficiente em v√°rios pontos: requer pouqu√≠ssima sobrecarga de rede mesmo em interconex√Ķes de redes muito grandes,
pois os roteadores que usam OSPF trocam informa√ß√Ķes somente sobre as rotas que sofreram altera√ß√Ķes e n√£o toda a tabela de roteamento, como √© feito com o uso do RIP. Sua maior desvantagem √© a complexidade: requer planejamento adequado e √© mais dif√≠cil de configurar e administrar do que o protocolo RIP.

O OSPF usa um algoritmo conhecido como
Shortest Path First
(SPF, primeiro caminho mais curto) para calcular as rotas na tabela de roteamento. O algoritmo SPF calcula o caminho mais curto (menor custo) entre o roteador e todas as redes da interconex√£o de redes. As rotas calculadas pelo SPF s√£o sempre livres de loops (la√ßos). O OSPF usa um algoritmo de roteamento conhecido como link-state (estado de liga√ß√£o). Lembre que o RIP usava um algoritmo baseado em dist√Ęncia vetorial. O OSPF aprende as rotas dinamicamente, atrav√©s de intera√ß√£o com os roteadores denominados como seus vizinhos.

Em vez de intercambiar as entradas de tabela de roteamento como os roteadores RIP (Router Information Protocol, protocolo de informa√ß√Ķes do roteador), os roteadores OSPF mant√™m um mapa da interconex√£o de redes que √© atualizado ap√≥s qualquer altera√ß√£o feita na topologia da rede (
√© importante salientar novamente que somente informa√ß√Ķes sobre as mudan√ßas s√£o trocadas entre os roteadores usando OSPF e n√£o toda a tabela de roteamento, como acontece com o uso do RIP). Esse mapa, denominado banco de dados do estado de v√≠nculo ou estado de liga√ß√£o, √© sincronizado entre todos os roteadores OSPF e √© usado para calcular as rotas na tabela de roteamento. Os roteadores OSPF vizinhos (neghboring) formam uma adjac√™ncia, que √© um relacionamento l√≥gico entre roteadores para sincronizar o banco de dados com os estados de v√≠nculo.

As altera√ß√Ķes feitas na topologia de interconex√£o de redes s√£o eficientemente distribu√≠das por toda a rede para garantir que o banco de dados do estado de v√≠nculo em cada roteador esteja sincronizado e preciso o tempo todo. Ao receber as altera√ß√Ķes feitas no banco de dados do estado de v√≠nculo, a tabela de roteamento √© recalculada.


À medida que o tamanho do banco de dados do estado de vínculo aumenta, os requisitos de memória e o tempo de cálculo do roteamento também aumentam. Para resolver esse problema, principalmente para grandes redes, o OSPF divide a rede em áreas (conjuntos de redes contíguas) que são conectadas umas às outras através de uma área de backbone.
Cada roteador mantém um banco de dados do estado de vínculo apenas para aquelas áreas que a ele estão conectadas. Os ABRs (Area Border Routers, roteadores de borda de área) conectam a área de backbone a outras áreas.

Esta divisão em áreas e a conexão das áreas através de uma rede de backbone é ilustrada na Figura a seguir, obtida na Ajuda do Windows:

 

 


Divisão em áreas e conexão através de um backbone.

Cada an√ļncio de um roteador OSPF cont√©m informa√ß√Ķes apenas sobre os estados de liga√ß√£o dos roteadores vizinhos, isto √©, dentro da √°rea do roteador. Com isso a quantidade de informa√ß√£o transmitida na rede, pelo protocolo OSPF, √© bem menor do que a quantidade de informa√ß√£o transmitida quando √© usado o protocolo RIP. Outra vantagem √© que os roteadores OSPF param de enviar an√ļncios, quando a rede atinge um estado de converg√™ncia, ou seja, quando n√£o existem mais altera√ß√Ķes a serem anunciadas. O RIP, ao contr√°rio, continua enviando an√ļncios periodicamente, mesmo que nenhuma altera√ß√£o tenha sido feita na topologia da rede (tal como um link ou roteador que tenha falhado).

Nota: Na Internet existe a divis√£o nos chamados Sistemas Aut√īnomos. Um sistema aut√īnomo, por exemplo, pode representar a rede de um grande provedor. Neste caso, o pr√≥prio sistema aut√īnomo pode ser dividido em uma ou mais √°reas usando OSPF e estas √°reas s√£o conectadas por um backbone central. O roteamento dentro de cada sistema aut√īnomo √© feito usando os chamados protocolos de roteamento interno (IGP ‚Äď Interior Gateway Protocol). O OSPF √© um protocolo IGP, ou seja, para roteamento dentro dos sistemas aut√īnomos. O roteamento entre os diversos sistemas aut√īnomos √© feito por protocolos de roteamento externos (EGP ‚Äď Exterior Gateway Protocol) e pelos chamados protocolos de roteamento de borda (BGP ‚Äď Border Gateway Protocol).

Importante:
Pode ocorrer situa√ß√Ķes em que uma nova √°rea que √© conectada a rede, n√£o pode ter acesso f√≠sico direto ao backbone OSPF. Nestas situa√ß√Ķes, a conex√£o da nova √°rea com o backbone OSPF √© feita atrav√©s da cria√ß√£o de um link virtual (virtual link). O link virtual fornece uma caminho ‚Äúl√≥gico‚ÄĚ entre a √°rea fisicamente separada do backbone e o backbone OSPF. Criar o link virtual significa criar uma rota entre a √°rea que n√£o est√° fisicamente conectada ao backbone e o backbone, mesmo que este link passe por dois ou mais roteadores OSPF, at√© chegar ao backbone. Para um exemplo passo-a-passo de cria√ß√£o de links virtuais, consulte o Cap√≠tulo 8 do livro de minha autoria: Manual de Estudos Para o Exame 70-216, 712 p√°ginas, publicado pela editora Axcel Books (www.axcel.com.br).

O OSPF tem as seguintes vantagens sobre o RIP:

?  As rotas calculadas pelo algoritmo SPF s√£o sempre livres de loops.

?  O OSPF pode ser dimensionado para interconex√Ķes de redes grandes ou muito grandes.

?  A reconfigura√ß√£o para as altera√ß√Ķes da topologia de rede √© muito r√°pida, ou seja, o tempo de converg√™ncia da rede, ap√≥s altera√ß√Ķes na topologia √© muito menor do que o tempo de converg√™ncia do protocolo RIP.

?  O tr√°fego de informa√ß√Ķes do protocolo OSPF √© muito menor do que o do protocolo RIP.

?  O OSPF permite a utiliza√ß√£o de diferentes mecanismos de autentica√ß√£o entre os roteadores que utilizam OSPF.

?  O OSPF envia informa√ß√Ķes somente quando houver altera√ß√Ķes na rede e n√£o periodicamente.

A implementa√ß√£o OSPF como parte dos servi√ßos de roteamento do RRAS ‚Äď Routing em Remote Access Services, do Windows 2000 Server e no Windows Server 2003, tem os seguintes recursos:

?  Filtros de roteamento para controlar a intera√ß√£o com outros protocolos de roteamento.

?  Reconfigura√ß√£o din√Ęmica de todas as configura√ß√Ķes OSPF.

?  Coexist√™ncia com o RIP.

?  Adi√ß√£o e exclus√£o din√Ęmica de interfaces.

 

Importante: O Windows 2000 Server não oferece suporte ao uso do OSPF em uma interface de discagem por demanda (demand-dial) que usa vínculos dial-up temporários.

Dica: Se voc√™ est√° usando v√°rios protocolos de roteamento IP, configure apenas um √ļnico protocolo de roteamento por interface.

Operação do protocolo OSPF

O protocolo OSPF é baseado em um algoritmo conhecido com
SPF ‚Äď Short Path First. Depois que um roteador (ou um servidor com o Windows 2000 Server ou Windows Server 2003, configurado como roteador e usando o OSPF) √© inicializado e √© feita a verifica√ß√£o para detectar se as interfaces de rede est√£o OK, √© utilizado o protocolo OSPF Hello para identificar quem s√£o os ‚Äúvizinhos‚ÄĚ do roteador.

O roteador envia pacotes no formato do protocolo Hello, para os seus vizinhos e recebe os pacotes Hello enviados pelos seus vizinhos.

Conforme descrito anteriormente, uma rede baseada em OSPF é dividia em áreas e as diversas áreas são conectadas através de um backbone comum a todas as áreas. O algoritmo SPF é baseado na sincronização do banco de dados de estados de ligação entre os roteadores OSPF dentro de uma mesma área. Porém, ao invés de cada roteador fazer a sincronização com todos os demais roteadores OSPF da sua área, cada roteador faz a sincronização apenas com seus vizinhos (
neighboring routers). A rela√ß√£o entre roteadores OSPF vizinhos, com o objetivo de sincronizar suas bases de dados √© conhecida como ‚ÄúAdjac√™ncia‚ÄĚ. O termo mais comum √© ‚Äúformar uma adjac√™ncia‚ÄĚ.

Por√©m, mesmo com o uso de adjac√™ncias, em uma rede com v√°rios roteadores dentro da mesma √°rea, um grande n√ļmero de adjac√™ncias poder√° ser formado, o que implicaria em um grande volume de troca de informa√ß√Ķes de roteamento. Por exemplo, imagine uma rede com seis roteadores OSPF dentro da mesma √°rea. Neste caso, cada roteador poderia formar uma adjac√™ncia com os outros cinco roteadores da √°rea, o que resultaria em um total de 15 adjac√™ncias. O n√ļmero de adjac√™ncias √© calculado usando a seguinte f√≥rmula, onde n representa o n√ļmero de roteadores:


N√ļmero de adjac√™ncias =
n*(n-1)/2

Com um grande n√ļmero de adjac√™ncias, o tr√°fego gerado pela sincroniza√ß√£o do OSPF seria muito elevado. Para resolver esta quest√£o √© utilizado o conceito de Designated Router (
Roteador designado). Um roteador designado √© um roteador que ser√° considerado vizinho de todos os demais roteadores da rede. Com isso √© formada uma adjac√™ncia entre cada roteador da rede e o roteador designado. No nosso exemplo, da rede com 6 roteadores OSPF, dentro da mesma √°rea, seriam formadas apenas cinco adjac√™ncias. Uma entre cada um dos cinco roteadores, diretamente com o sexto roteador, o qual foi feito o roteador designado. Neste caso, cada roteador da rede troca informa√ß√Ķes com o roteador designado. Como o roteador designado recebe informa√ß√Ķes de todos os roteadores da √°rea, ele fica com uma base completa e repassa esta base para cada um dos roteadores da mesma √°rea. Observe que com o uso de um roteador designado, obt√©m-se uma sincroniza√ß√£o da base completa dos roteadores e com o uso de um n√ļmero bem menor de adjac√™ncias, o que reduz consideravelmente o tr√°fego de pacotes do OSPF.

Por quest√Ķes de conting√™ncia, tamb√©m √© criado um
Designated Backup Router (Roteador designado de backup), o qual assumirá o papel de roteador designado, no caso de falha do roteador designado principal. A eleição de qual será o roteador designado é feita automaticamente pelo OSPF, mediante uma troca de pacotes Hello, de acordo com as regras contidas no protocolo, um dos roteadores será eleito como roteador designado e um segundo como roteador designado backup.

Conclus√£o

Nas Partes 4, 5 e 6 falei sobre Roteamento e sobre como todo o processo de roteamento √© baseado em Tabelas de Roteamento, existentes em cada roteador da rede. As tabelas de roteamento podem ser criadas manualmente, onde o administrador de cada roteador executa comandos para criar cada uma das rotas necess√°rias. Essa abordagem s√≥ √© poss√≠vel para redes extremamente pequenas, com um n√ļmero de rotas pequeno e quando as rotas n√£o mudam muito freq√ľentemente. Para redes maiores, a √ļnica abordagem poss√≠vel √© o uso dos chamados
protocolos de Roteamento din√Ęmico.

Estes protocolos, uma vez instalados e configurados nos roteadores, permitem que os roteadores troquem informa√ß√Ķes entre si, periodicamente e que montem as tabelas de roteamento, dinamicamente, com base nestas informa√ß√Ķes. Esta abordagem √© bem mais indicada para grandes redes, pois os pr√≥prios protocolos de roteamento din√Ęmicos, se encarregam de manter as tabelas de roteamento sempre atualizadas, alterando rotas quando necess√°rio e excluindo rotas que apresentam problemas, tais como rotas onde o link de comunica√ß√£o est√° fora do ar. Na
Parte 14 fiz uma apresenta√ß√£o do protocolo RIP. Nesta parte foi a vez do protocolo OSPF, o qual √© baseado na divis√£o de uma rede em √°reas conectadas atrav√©s de backbones de roteamento. Voc√™ pode conferir que o protocolo OSPF tem in√ļmeras vantagens em rela√ß√£o ao protocolo RIP.