Tópicos Especiais em Comunicação de Dados IV: Roteamento na Internet

1. Tópicos Especiais em Comunicação de Dados IV: Roteamento na Internet Prof. Miguel Elias Mitre Campista http://www.midiacom.uff.br/~miguel Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

2. Roteiro Resumido • Princípios básicos da Internet • Princípios básicos de roteamento • Roteamento na Internet • Endereçamento • Roteamento intra e inter-domínio • Roteamento multicast • Roteamento em redes sem-fio Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

3. Bibliografia • Christian Huitema, "Routing in the Internet", 2nd Edition, Prentice Hall, 1999, ISBN 0-13-022647-5 • C. Siva Ram Murthy e B. S. Manoj, “Ad Hoc Wireless Networks: Architectures and Protocols”, 2nd Edition, New Jersey: Prentice Hall, 2004, ISBN 0-13-147023-X • Ian Akyildiz e Xudong Wang, “Wireless Mesh Networks”, 1st Edition, John Wiley & Sons Publisher, 2009, ISBN 978-0-470-03256-5 • Andrew S. Tanenbaum, "Redes de Computadores", Trad. da 4a Edição, Ed. Campus, 2003, ISBN 85-352-1185-3 • Artigos técnicos da área Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

4. Avaliações • Pelo menos duas provas • Uma na metade e outra no final do período • Seminário científico • Apresentação de temas da área Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

5. Parte I Princípios Básicos da Internet Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

6. Divisão em blocos e definição de interfaces permite a simplificação do sistema Qual a Arquitetura da Internet? • Etapas de um planejamento • Definição dos blocos funcionais e as suas relações • Definição das interfaces entre os blocos funcionais Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

7. Modelo OSI Divide a Internet em 7 camadas “Dividir para conquistar” Define o papel de cada uma e a relação entre elas Cada camada: Presta serviço para camada superior Recebe serviço da camada inferior Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Qual a Arquitetura da Internet? Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

8. Modelo OSI Desvantagens Complexidade Cada camada deve desempenhar sua função antes de encaminhar os dados para a camada seguinte Rigidez de modelagem Camadas diferentes não devem compartilhar informações Mesmos serviços prestados por camadas diferentes Ex. correção de erro Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Qual a Arquitetura da Internet? Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

9. Modelo OSI Desvantagens Complexidade Cada camada deve desempenhar sua função antes de encaminhar os dados para a camada seguinte Rigidez de modelagem Camadas diferentes não devem compartilhar informações Mesmos serviços prestados por camadas diferentes Ex. correção de erro Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Qual a Arquitetura da Internet? Dadas as desvantagens, o modelo OSI não foi adotado na Internet Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

10. Qual a Arquitetura da Internet? • Projeto iniciado do “zero” • Arquitetura do sistema planejada desde o início • Princípios de arquitetura • Guias úteis para o desenvolvimento do projeto Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

11. Início da Internet Arpanet: Primeira rede d comutação de pacotes Quatro nós em 1959 UCLA, Stanford (SRI), UCSB e Utah Qual a Arquitetura da Internet? Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

12. Arpanet e rede militar se separam em 1983 Arpanet conta com 45 nós Padronização do TCP/IP Crescimento acelerado Qual a Arquitetura da Internet? Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

13. Internet em 2003 Rede altamente complexa Milhões de enlaces Qual a Arquitetura da Internet? Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

14. Internet em 2003 Rede altamente complexa Milhões de enlaces Qual a Arquitetura da Internet? A Internet não possui uma arquitetura bem definida e está em constante evolução Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

15. Realimentação de implementações reais é mais importante que qualquer planejamento Características da Internet • A Internet... • Não possui uma arquitetura definida • Não possui dono • É descentralizada • Não pode ser desligada • Além disso... • Sua evolução depende de consenso sobre propostas técnicas e código executável Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

16. Ao invés de construir e reconstruir a Internet, procura-se tornar a Internet adaptável à sua própria evolução Para isso, defini-se REQUISITOS para nortear o desenvolvimento da Internet e não para restringir a evolução dela Características da Internet • Crescimento exponencialmente acelerado • Surgimento de diferentes tecnologias de rede • Surgimento de diferentes necessidades e requisitos Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

17. Requisitos da Internet • Conectividade • Conectar redes existentes • Qualquer estação pode enviar dados para qualquer outra estação • Robustez • Efetuar a comunicação desde que exista algum caminho origem/destino • Heterogeneidade • Permitir a interconexão de diferentes tecnologias de rede • Suportar diferentes tipos de serviços e aplicações Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

18. Requisitos da Internet • Gerenciamento • Gerenciar distribuidamente os recursos da rede; • Custo • Apresentar uma boa relação custo-benefício; • Acessibilidade • Facilitar a conexão de novas estações; • Responsabilização • Permitir a identificação do responsável pelos recursos da Internet Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

19. Requisitos da Internet A primeira solução encontrada foi o modelo TCP/IP • Gerenciamento • Gerenciar distribuidamente os recursos da rede; • Custo • Apresentar uma boa relação custo-benefício; • Acessibilidade • Facilitar a conexão de novas estações; • Responsabilização • Permitir a identificação do responsável pelos recursos da Internet Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

20. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

21. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

22. Reduz o problema do Modelo OSI, mas nem tanto... Modelo em Camadas • Objetivo é o mesmo do Modelo OSI • Entretanto, divide em 4 camadas • Aplicação e transporte • Rede e Enlace (Enlace + Física) • Introduz maior flexibilidade • Protocolos podem apresentar características de camadas diferentes • Protocolos de camadas diferentes podem compartilhar informações • Modelo OSI é apenas um modelo de referência • Modelo TCP/IP define protocolos para cada camada Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

23. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

24. Comutação de Pacotes e Melhor Esforço • Comutação de pacotes • Robustez para sobrevivência a desastres • Datagrama e topologia em malha • Caminhos alternativos na ocorrência de falhas • Eficiência • Compartilhamento da banda Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

25. Comutação de Pacotes e Melhor Esforço • Comutação de pacotes • Robustez para sobrevivência a desastres • Datagrama e topologia em malha • Caminhos alternativos na ocorrência de falhas • Eficiência • Compartilhamento da banda Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

26. Comutação de Pacotes e Melhor Esforço • Melhor esforço • Nós simples e de baixo custo – sem estados na rede • Encaminhamento de pacote independente um dos outros • Sem reserva de recursos • Sem recuperação de erros • Sem garantia de acesso • Atraso dependente do tamanho da fila • Sem garantia de entrega do pacote ao destino • Pacote é descartado se fila cheia Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

27. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

28. Transparência • Transparência sintática • Pacotes são transferido da origem ao destino sem que a rede modifique os dados • Apenas erros de transmissão modificam pacotes Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

29. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

30. Princípio Fim-a-Fim Núcleo simples e inteligência nas extremidades • Princípio fundamental da Internet • Funções específicas de nível de aplicação devem estar presentes apenas nas extremidades • Motivação • Conhecimento da aplicação nas extremidades • Funções específicas podem ser implementadas de forma correta e completa • Robustez da rede • Ausência de estados na rede torna a rede mais robusta e adaptável Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

31. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

32. Entrega Imediata Origem Destino Rede conectada • Pacotes são entregues imediatamente segundo a disciplina de melhor esforço • Conectividade contínua no tempo • Não existem atrasos indefinidos de entrega de pacote • Não existem conexões intermitentes • Não há armazenamento persistente no interior da rede • Ex.: Redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTNs) Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

33. Entrega Imediata Origem Destino Rede desconectada Rede conectada • Pacotes são entregues imediatamente segundo a disciplina de melhor esforço • Conectividade contínua no tempo • Não existem atrasos indefinidos de entrega de pacote • Não existem conexões intermitentes • Não há armazenamento persistente no interior da rede • Ex.: Redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTNs) Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

34. Entrega Imediata Armazena mensagem completa em disco Origem Destino Transferência completa da mensagem • Pacotes são entregues imediatamente segundo a disciplina de melhor esforço • Conectividade contínua no tempo • Não existem atrasos indefinidos de entrega de pacote • Não existem conexões intermitentes • Não há armazenamento persistente no interior da rede • Ex.: Redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTNs) Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

35. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

36. Heterogeneidade da Sub-rede Rede D Rede A Rede B Rede C • Premissas mínimas para a camada de enlace • Capacidade de transferir pacotes cuidando da sincronização • Consequências • Acomoda diferentes tecnologias com diferentes • Atrasos e bandas • Padrões de erro e tamanho de unidade de dados Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

37. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

38. Endereçamento Global Se não houvesse endereçamento hierárquico, cada nó teria que saber para onde encaminhar pacotes de cada possível destino da rede • Características do endereçamento • Espaço de endereçamento global • Endereço único • Endereçamento hierárquico • Aumenta a escalabilidade da busca • Permite a busca por prefixo • Best-prefix match Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

39. Segue sequência lógica hierárquica até encontrar o destino Encaminhamento realizado de acordo com a tabela de roteamento Endereço também indica localização da estação Sobrecarga semântica Problema nas redes sem-fio Endereçamento Global Encontrado! Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

40. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

41. Controle Distribuído • Algoritmos totalmente distribuídos • Ausência de ponto único de falha • Maior de robustez Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

42. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

43. Cálculo Global do Roteamento • Características do endereçamento • Global, único e organizado hierarquicamente • Possibilita rotas sem loops obtidas a partir “apenas” do endereço destino Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

44. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

45. Divisão em Regiões • Internet é uma “rede de redes” • Formada por uma coleção de Sistemas Autônomos independentes • Operação e gerenciamento independente • protocolo de roteamento • políticas • serviços prestados • robustez a falhas • diversos caminhos origem/destino por diferentes AS Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

46. Divisão em Regiões • Internet é uma “rede de redes” • Formada por uma coleção de Sistemas Autônomos independentes • Roteamento • Entre sistemas autônomos • Border Gateway Protocol (BGP) • Dentro do Sistema Autônomo • Interior Gateway Protocol Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

47. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

48. Dependência Mínima Devem ser efetuadas! • Comunicações entre estações que: • Conhecem o endereço uma da outra • Existe um caminho entre as duas • Para isso... • Dependência de um conjunto mínimo de serviços • Ex.: Mesmo na ausência do DNS, a comunicação deve ser efetuada • Ausência de protocolo (controle) de acesso • Estações diretamente conectadas • Podem se comunicar sem auxílio de roteador Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

49. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP • Se conectividade é o requisito principal da Internet... • A ferramenta é o protocolo de rede • Protocolo IP • E a inteligência está nos terminais • A conectividade deve ser garantida mesmo com: • Crescimento exponencial da Internet • Diferentes provedores de serviço • Múltiplas tecnologias de redes • Múltiplos protocolos de camadas superiores e inferiores • Protocolo IP é chamado de “camada de cobertura” Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

50. Princípios da Internet – Modelo TCP/IP • Protocolo IP deve... • Ser independente da tecnologia de camada inferior • Oferecer uma plataforma única para diferentes aplicações e serviços Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista