modelo de referência & técnicas de roteamento

Modelo de ReferênciaModelo de Referência

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& Técnicas de Roteamento& Técnicas de Roteamento

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Compromisso Compromisso com com

segurançasegurança

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Programa

PadrõesModelo OSICaracterísticas Propriedades CongestionamentoAlgoritmos Adaptativos Algoritmos não adaptativos

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A indústria de telecomunicações é orientada por padronizações, editadas por varias fontes, de abrangência nacional ou internacional

Padrões existem para garantir a compatibilidade entre equipamentos de diversos fornecedores

Padrões proprietários limitam a interoperabilidade

Conceitos

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Padrões - Conceitos

A legislação brasileira limita as compras de estatais e empresas de economia mixta a equipamentos consistentes com o POSIG, ou Perfil OSI do Governo Brasileiro

Os padrões tem origem em grupos de estudos criados para esta finalidade

Alguns padrões do mercado que acabam regulamentados por estas entidades

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Definições

Definição do ISO Um padrão é uma especificação técnica

ou outro documento disponível para o público, desenvolvido com a cooperação e o consenso ou a aprovação geral dos interessados, baseado em resultados consolidados da ciência, tecnologia e experiência, visando benefícios para a comunidade, e aprovado por uma entidade reconhecida a nível nacional, regional ou internacional

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Entidades Internacionais

ISO - International Standards Organization, sem fins lucrativos, com a participação de mais de 100 países

ITU/TSS - International Telecommunications Union - Telecomm Standarization Sector, entidade da ONU que formula e propõe recomendações para as telecomunicações internacionais (funções do antigo CCITT)

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Entidades Internacionais

CEPT - Conference Europeen des Administrations des Postes et des Telecommunications, que regula o mercado europeu

IEC - International Electrotechnical Commission

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Entidades Nacionais

Telebrás - Práticas que regulamentam o mercado brasileiro (compatíveis com as recomendações do ITU-TSS)

ANSI - American National Standards Institute, desenvolve padrões industriais, define características dos sistemas de comunicações de dados digitais e contribuições dos EUA para os padrões ISO

DIN - Deutsches Institut fur Normung

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Entidades Profissionais

EIA - Electronic Industries Association, responsável pelos padrões RS (Recommended Standard)

IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers

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O Modelo OSI

O padrão mais divulgado e importante é o modelo de Interconexão dos Sistemas Abertos, também conhecido como Modelo OSI (Open Systems Interconection)

O modelo OSI é um conceito estruturado em níveis de processos semelhantes

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O Modelo OSI

A vantagem da implementação em níveis é a simplicidade no controle de modificações em uma rede, onde cada nível pode ser alterado de maneira independente, desde que as regras das interfaces sejam respeitadas

O ambiente OSI está relacionado com a troca de informações entre sistemas e não com o funcionamento interno de cada sistema individual

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O Modelo OSI

O modelo OSI está estruturado em sete níveis funcionais

Cada nível é cliente do nível imediatamente superior e servidor do nível imediatamente inferior

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Físico

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Transmissão de dados binários em um meio

Transporte de unidades de dados (correção de erros)

Entrega de pacotes de dados (inclui roteamento)

Transporte confiável de dados entre origem e destino

Estabelecimento e manutenção das sessões

Formatação dos dados e encriptação

Aplicações de rede tais como uma transferênciade arquivos ou emulação de terminais

Níveis OSI Função

Níveis do Modelo OSI

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O Modelo OSI – Nível 1

Físico

Definição de tensões e pulsos elétricos

Definição de cabos, conectores e componentes eletromêcanicos

Definição da detecção por colisões de sinais

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Enlace Inicialização, manutenção e liberação do

enlace físico Detecção e recuperação de erros (garantia

de mensagens sem erros no caso de circuitos virtuais, e de quadros sem erros, embora possam estar fora de ordem ou faltando algum, no caso de datagramas)

Definição do método de acesso para redes locais

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Rede

Montagem/Desmontagem das mensagens de transporte em unidades de informação, chamadas de pacotes

Endereçamento e roteamento dos pacotes

Controle de fluxo e dos congestionamentos da rede

Intercambio de informações entre redes

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Transporte Endereçamento de equipamentos de

usuários Estabelecimento e término das conexões

de transporte Detecção e controle de erros entre origem

e destino da informação Monitoração da qualidade de serviços

entre origem e destino


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Sessão

Abertura de sessão

Controle de diálogos (quem, quando, por quanto tempo)

Recuperação de sessões sem perda de dados em função de quedas no sistema


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Apresentação

Transformações de sintaxe (conversões de códigos e formatos)

Criptografia

Compressão de textos


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Nível 7 - Aplicação Procedimentos para iniciar e terminar

uma aplicação (log-in, log-off) Verificação de senhas e passwords Solicitação de transferência de arquivos Procedimentos gráficos Atualizações e consultas à bases de

dados Correio Eletrônico Aplicações específicas dos usuários


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Dado

Dado

Dado

Dado DadoH4H4 H3H3

DadoH4 H4Dado

DadoH4H3H2 T2DadoH4H3 T2H2

Dado

Dado

Dado

H4 H4

Dado DadoH4H4 H3H3

DadoDado

DadoH4H3DadoH4H3 H2 T2T2H2

Transmissão Recepção

Fluxo de Informações

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Roteamento Função do Nível de Rede

O modelo de referência não especifica algoritmos de roteamento ou de controle de congestionamento

Normalmente os protocolos de comunicações contemplam as funções de roteamento no nível 3, mas podem haver exceções

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Transferência de Dados

Existem dois métodos de organização de transferência dos dados em uma rede Com Conexão Sem Conexão

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Roteamento

Em redes de telecomunicações, uma conexão é chamada de circuito virtual

Enlaces com conexão utilizam circuitos virtuais

Enlaces sem conexão utilizam uma técnica chamada datagrama

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Circuito Virtual

A idéia dos circuitos virtuais é evitar a necessidade de decisões de roteamento a cada pacote enviado

A rota entre o ETD de origem e o ETD de destino é parte da definição da conexão

Esta rota é utilizada por todo o tráfego que flui pela conexão

Quando a conexão é desfeita, o circuito virtual é descartado

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Datagrama

Nenhuma rota é estabelecida antecipadamente

Cada pacote é enviado de forma independente

Pacotes sucessivos podem seguir rotas diferentes, com tempos de propagação diferentes

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Técnicas de Roteamento

E1

E

E

E E4

E2R1

E3

R3

R6

R4

R7

R5R2

Circuito VirtualDatagrama 1Datagrama 2Datagrama 3

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Características

Datagrama Canal VirtualDefinição do Circuito Não possível ObrigatóriaObrigatório Cada pacote tem o

endereço da origem e dodestino

Cada pacote contém onúmero de um circuitovirtual

Informações sobreestado dos enlaces

Não tem Cada CV exige umespaço na tabela

Roteamento Independente para cadapacote

Rota escolhida quandoo CV é definido

Efeito de falhas em nós Nenhum, exceto pelospacotes armazenadosno nó

Todos os CV quepassam pelo nó comfalha são desfeitos

Controle deCongestionamentos

Complicado Administrável pelaalocação de buffers paraos CVs

Complexidade Nível de Transporte Nível de RedeServiços adequados Serviços com ou sem

conexãoServiços com conexão

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Propriedades do Roteamento

Correção Simplicidade Resistência Estabilidade Equanimidade Prioridades

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Propriedades do Roteamento

Equanimidade x Prioridades

X1 A1

A2

B1 C1

C2 X2B2

1 2

Carga no enlace entre 1 e 2: 33%66%99%??%

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Congestionamento

Acontece quando a rede, por alguma condição, não tem capacidade para escoar o tráfego

Pode ocorrer por excesso de demanda ou por falta de habilidade de um ETD ou ECD para administrar o tráfego a ele destinado (over-run ou falta de memória)

O congestionamento é um fenômeno com auto-realimentação

Para administrar congestionamentos são utilizadas técnicas de controle de fluxo

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Desejável

Congestionamento

Congestionada

Perfeita

Pac

ote

s E

ntr

egu

es

Pacotes Enviados

Capacidade Máxima de Transporte da Rede

Throughput

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Classes de Roteamento

Os algoritmos de Roteamento podem ser agrupados em duas classes principais: Algoritmos Adaptativos Algoritmos Não Adaptativos

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Algoritmos Adaptativos

Baseiam as suas decisões de roteamento na topologia atual e em medidas ou estimativas de tráfego

Alteram as decisões de roteamento de modo a refletir as mudanças de topologia e tráfego na rede

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Tipos Roteamento Centralizado Roteamento Isolado ou Localizado Roteamento Distribuído

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Centralizados (Globais)

Utiliza informações coletadas em toda a rede

Isolados ou Localizados

Rodam separadamente em cada equipamento e utilizam somente as informações ali disponíveis

Distribuídos

Utilizam informações locais e globais

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Roteamento pelo Caminho mais Curto

A

B

C

D E

F

G

H

Determinar o caminho mais curto entre os nós A e E

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Roteamento pelo Caminho Mais Curto

Uma das formas de medir o caminho mais curto é avaliar o número de nós intermediários

Sob esta ótica, os caminhos A-B-F-E, A-B-D-E, A-C-D-E e A-C-G-E são equivalentes

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Roteamento peloCaminho Mais Curto

Outras Formas e Unidades de medida também são possíveis Distância Geográfica em quilômetros Retardo de Transmissão Tamanho Médio das Filas

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Roteamento peloCaminho Mais Curto

O caminho mais curto pode ser calculado em função de Distância Banda Passante Tráfego Médio Custo da Comunicação Comprimento Médio da Fila Retardo da Comunicação

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Roteamento pelo Caminho mais Curto

A

B

C

D E

F

G

H

Informações de roteamento para o nó “A”

2

416

2

7

2

B(2,A)

C(5,D)

D(4,B)

E(6,D)

F(7,E)

H(?,?)

G(?,?)

1

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Roteamento por Caminhos Múltiplos

Em redes complexas pode ocorrer a existência de caminhos equivalentes entre dois nós

Nestes casos a melhor performance pode ser obtida pela divisão de tráfego entre as rotas equivalentes

O balanceamento de tráfego não significa dividir equitativamente a carga em cada rota

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Roteamento por Caminhos Múltiplos

H

GFE

DCBA

LKJI

Destino

A A 0,63 I 0,21 H 0,16B A 0,46 H 0,31 I 0,23C A 0,34 I 0,33 H 0,33D H 0,50 A 0,25 I 0,25E A 0,40 I 0,40 H 0,20F A 0,34 H 0,33 I 0,33G H 0,46 A 0,31 K 0,23H H 0.63 K 0,21 A 0,16I I 0,65 A 0,22 H 0,13J - - - - - -K K 0,67 H 0,22 A 0,11L K 0,42 H 0,42 A 0,16

Primeira Segunda TerceiraOpçãoOpçãoOpção

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CCR - Centro de Controle de Roteamento

Algoritmos de Roteamento baseiam suas decisões em informações sobre a topologia da rede e o tráfego

Existem casos onde a topologia é estática e o tráfego estável

Nestes casos é mais adequado construir tabelas de roteamento e distribuí-las entre os nós

Se houver falhas em linhas e nós, é necessário um mecanismo para adaptar as tabelas às circunstâncias do momento

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CCR - Centro de Controle de Roteamento

Cada nó envia periodicamente informações para o CCR (nós adjacentes ativos, volume de tráfego, tamanho das filas, qualidade das linhas)

Com estas informações, o CCR calcula as melhores rotas a partir de cada nó para todos os outros nós da rede

O CCR divulga as novas tabelas de roteamento para todos os nós da rede

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CCR - Vantagens

Como o CCR tem informações completas, pode tomar sempre a melhor decisão

Alterações nos algoritmos de roteamento são necessárias em um único equipamento (CCR)

O software dos nós pode ser simplificado (todo o processo de roteamento é executado no CCR)

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CCR - Problemas

Em redes não estáveis o cálculo das rotas tem que ser executado com muita freqüência

Em redes complexas, o cálculo é complicado (e demorado)

Em caso de queda ou isolamento do CCR a rede fica sem atualizar as tabelas de roteamento

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CCR - Problemas

Nós mais próximos ao CCR recebem e atualizam tabelas de rotas antes dos nós mais afastados ocasionando inconsistência de rotas e atraso de pacotes

Entre os pacotes atrasados podem estar as novas tabelas de roteamento, realimentando a inconsistência

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CCR - Problemas

O tráfego em torno do CCR tende a ser pesado

O CCR calcula uma única rota ótima para cada par de nós e a perda de um nó ou uma linha pode isolar vários nós na rede

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Fluxo dos Pacotes de Roteamento do Nó ao CCR

4

31 2

CCR

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Roteamento Isolado

Nós com algoritmos de roteamento isolado tomam decisões baseados apenas nas informações que conseguem obter

Não trocam informações com outros nós São chamados de algoritmos adaptativos

isolados

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Roteamento Isolado

Um dos algoritmos de roteamento isolado mais simples é o “hot potato” (Baran - 1964)

Quando um pacote chega a um nó, é imediatamente colocado na saída que estiver com a menor fila, independente da sua direção

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Algoritmo “Hot Potato”

- Pacote de Dados

Para C

Para D

Para E

Para F

Para G

?

Nó B

Do Nó A

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Variante “Hot Potato”

Combinação do Roteamento Estático com o “Hot Potato”

Considera os valores estáticos das linhas e os tamanhos das filas

Uma possibilidade é utilizar a melhor escolha estática a menos que a fila exceda um certo limiar

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Variante “Hot Potato”

Outra possibilidade é graduar as linhas pela soma de seus valores estáticos com o comprimento das respectivas filas

O algoritmo ideal é que seleciona a linha com o melhor valor estático em condições de baixo tráfego

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Roteamento por Aprendizado

Inclui no cabeçalho de cada pacote o endereço do nó de origem e um contador que é incrementado pelos nós de passagem

Com a transferência de pacotes pela rede os nós “aprendem” qual a melhor rota

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Roteamento por Aprendizado

Os nós só registram trocas para melhor e não existem mecanismos que administrem a queda ou congestionamento de uma linha

Periodicamente os nós necessitam refazer todo o processo

Durante o período de aprendizado o roteamento não é satisfatório

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Roteamento Dilúvio

O pacote em trânsito que chega por um enlace é imediatamente enviado para todos os outros enlaces do nó

A técnica de Dilúvio gera um número muito grande de pacotes duplicados

Para impedir a propagação indefinida na rede, cada pacote contém um contador de “saltos” no cabeçalho, que é decrementado a cada nó de passagem. Quando o contador chega a zero, o pacote é descartado

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Roteamento Dilúvio

Não é prático na maioria das aplicações Extremamente resistente e confiável Se o overhead gerado na rede não for

considerado, nenhum outro algoritmo pode produzir um retardo menor

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Roteamento Hierárquico

As tabelas de roteamento crescem proporcionalmente com o tamanho das redes

Com o tamanho das tabelas cresce a necessidade de memória para o nó, o tempo de processamento para para a atualização e a banda necessária para a propagação da tabela na rede

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Em redes muito grandes, o roteamento é hierarquizado, assim como é feito na rede telefônica

Os nós são divididos em regiões Cada nó conhece detalhes do modo de

rotear pacotes em sua região Os nós não conhecem a estrutura interna

de outras regiões

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62


1A 1C

1B

2C 2D

2B2A

3B3A

4C4B

4A

5E

5A

5D

5C

5B

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Tabela do Nó A1 com técnicas de roteamento normal

Destino Linha Saltos1A - -1B 1B 11C 1C 12A 1B 22B 1B 32C 1B 32D 1B 43A 1C 33B 1C 24A 1C 34B 1C 44C 1C 45A 1C 45B 1C 55C 1B 55D 1C 65E 1C 5

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Região 1

Região 3

Região 4

Região 5

Região21A 1C

1B

2C 2D

2B2A

3B3A

4C4B

4A

5E

5A

5D

5C

5B

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Tabela do Nó A1 com técnicas de roteamento por regiões

Destino Linha Saltos

1A - -1B 1B 11C 1C 1

Reg 2 1B 2Reg 3 1C 2Reg 4 1C 3Reg 5 1C 4

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A tabela completa (roteamento normal) tem 17 entradas

A regionalização da rede reduziu a tabela para 7 entradas, mantendo a capacidade de endereçar todos os nós

A economia de espaço e processo das tabelas aumenta proporcionalmente quando cresce a relação entre o número de regiões e o número de nós em cada região

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A economia de entradas na tabela resulta em maior número de saltos para atingir alguns nós

No exemplo, a melhor rota entre 1A e 5C é através da região 2 mas a tabela indica todo o tráfego para a região 5 via região 3, que é a melhor opção para a maior parte dos nós daquela região

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Carlos Alberto [email protected]

modelo de referência & técnicas de roteamento

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