Aula 10 - Análise e Desenvolvimento de Sistemas - Redes: Classificar Protocolos de Controle da Internet




O protocolo IP: É responsável por manter a unidade de toda a internet no mundo, no entanto o IP não consegue sozinho fazer todo o trabalho necessário. Para "ajudar" o IP em sem tarefa, foram criados outros protocolos, chamados de protocolos de controle. Veja a seguir os principais protocolos que trabalham em conjunto com o IP.

ARP (ADDRESS RESOLUTION PROTOCOL) - Na internet, cada hospedeiro tem um ou mais endereços IP, no entanto, um IP não pode ser usado para enviar uma informação pela rede, porque a informação é enviada pelo hardware da camada de enlace de dados, e essa camada não entende endereços de internet. 

Exemplo: Imagina que você está no seu notebook enviando dados para um servidor da mesma rede. "O software IP do notebook receberá os dados a serem enviados e construirá um pacote com o endereço IP do servidor no campo ENDEREÇO DESTINO do datagrama para transmissão"


Mapeando os endereços de rede nos endereços de enlace: O software IP descobre que o servidor está em sua própria rede, portanto tem que  transmitir os dados diretamente a ele, aí surge um problema: 

A placa de rede trabalha com endereços físicos da camada de enlace, ela não reconhece endereços IP. Para resolver esse problema é preciso encontrar uma forma de mapear os endereços de rede nos endereços de enlace. 

Qual a solução adotada? - O hospedeiro não tem outra saida senão descobrir o endereço de enlace do destinatário, e envie um pacote por difusão perguntando: “A quem pertence o endereço IP A.B.C.D?”. Então, o hospedeiro destinatário responderá com seu endereço de enlace. 

ARP: O protocolo que faz essa pergunta e obtém a resposta é o ARP (Address Resolution Protocol, que é definido na RFC 826. 

No exemplo da imagem, a seguir, a requisição ARP é enviada para o

endereço de enlace ff-ff-ff-ff-ff-ff, o que permite que a camada de enlace promova uma difusão (entregue a requisição a todos os hospedeiros ligados ao meio de transmissão





No exemplo acima: "o software IP do notebook constrói um quadro de enlace endereçado ao servidor, coloca o pacote IP no campo de carga útil e o envia. A placa de rede do destinatário detecta esse quadro, reconhece-o como um quadro destinado a ela e o recolhe. O software de enlace extrai o pacote IP da carga útil e o repassa para o software IP, que verifica se ele está corretamente endereçado e o processa"


Entenda  mais

DHCP (DYNAMIC HOST CONFIGURATION PROTOCOL)

Para ter acesso a internet, um hospedeiro precisa se configurado com alguns parâmetros. Os principais são: 


Se você for instalar uma rede de computadores, tem que configurar todos os computadores da organização de forma manual. Isso funciona perfeitamente bem em uma rede estática, mas em um rede com grande mobilidade de hospedeiros na rede? 

"Imagine, por exemplo, como seria na praça de alimentação de um

shopping que oferece acesso à Internet. Seria viável solicitar que todo o dispositivo móvel que chegasse nesse shopping e quisesse acessar a Internet fizesse um pré-cadastro para poder ter esse acesso? Como cada dispositivo precisa de um endereço único no momento do acesso, como seria administrar esta distribuição por todos os possíveis clientes?"

"Para facilitar a distribuição de endereços IP e demais parâmetros de rede entre os vários hospedeiros que podem estar presentes em uma rede, e administrar a atribuição destes parâmetros de forma automatizada, a IETF desenvolveu o DHCP, cuja especificação encontra-se na RFC 2131. "

"Para utilizar o mecanismo dinâmico de alocação de endereços do DHCP, o administrador do sistema deve configurar um servidor fornecendo um grupo de endereços IP. Sempre que um novo computador se conecta à rede, entra em contato com o servidor e solicita um endereço. O servidor opta por um dos endereços especificados pelo administrador e aloca tal endereço para o computador."

O DHCP permite 3 tipos de atribuições de endereços: 


Um servidor DHCP empresta um endereço para o hospedeiro por um período de tempo determinado que ele especifica ao alocar o endereço. 

Durante esse período, o servidor não alocará o mesmo endereço a outro cliente, entretanto, quando a alocação terminar, o cliente deverá renová-la ou cancelar o uso do endereço.

O período ideal de alocação depende da rede e das necessidades de um hospedeiro em particular. 

O DHCP não especifica uma quantidade de tempo para o período de alocação. O protocolo permite que um cliente solicite um tempo de alocação específico e que um servidor informe ao cliente quanto tempo de alocação lhe será concedido. Fica a cargo do administrador determinar este tempo. A figura mostra os seis estados em que um cliente DHCP pode estar:

Video sobre DHCP


ICMP (INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL)

Durante o tráfego de informações pela rede, podem ocorrer erros ou situações anormais que precisam ser do conhecimento dos hospedeiros. Para permitir a troca deste tipo de informação, foi criado o protocolo ICMP. 

Com ele, hospedeiros conseguem enviar mensagens de controle e erros para outros hospedeiros. O erro sempre é reportado ao sistema que gerou o datagrama. Além de oferecer a possibilidade de troca de informações sobre erros e de controle, o ICMP inclui um mecanismo de envio e resposta (echo) para testar quando um destino é alcançável ou não. O comando ping utiliza este protocolo. O ICMP é definido na RFC 792.

Dentro de um datagrama: Uma mensagem ICMP é carregada dentro de um datagrama IP, ou seja, as mensagens ICMP são transportadas pelo protocolo IP. Existem diversas mensagens ICMP.

Sobre o protocolo ICPM: 


Algoritmos de roteamento 

Função do roteador: A principal função da camada de rede é rotear pacotes do hospedeiro origem para o hospedeiro destino da melhor forma possível.

Em quase todos os casos, os pacotes passam por vários roteadores até a chegada ao destino. 

O algoritmo de roteamento: é a parte do software da camada de rede responsável pela decisão sobre a linha de saída a ser usada na transmissão do pacote que entra. Caso a sub-rede utilize datagramas, esta decisão deverá ser tomada para todos os pacotes de dados recebidos e se utilizar circuitos virtuais internamente, as decisões de roteamento serão tomadas somente quando o circuito virtual estiver sendo estabelecido.



O princípio da otimização de Bellman (1957): estabelece que se o roteador B estiver no caminho ótimo entre o roteador A e o roteador C, o caminho ótimo de B a C também estará na mesma rota.

Esse princípio nos diz que o conjunto de rotas ótimas de todas as origens para um determinado destino é uma árvore conhecida como árvore de escoamento (sink tree, em inglês), cuja raiz é o hospedeiro destino. Os algoritmos de roteamento precisam descobrir a árvore de escoamento a partir da topologia da rede

Roteamento pelo caminho mais curto:  O protocolo de roteamento

pelo caminho mais curto é um protocolo estático. A ideia é: " criar um grafo da sub-rede, com cada nó do grafo representando um roteador e cada arco indicando um enlace. Para escolher uma rota entre um determinado par de roteadores, o algoritmo simplesmente encontra o caminho mais curto entre eles no grafo.."

Curioso: "Existem diversos algoritmos para o cálculo do caminho mais curto. O mais conhecido deles foi desenvolvido por Dijkstra em 1959. Nele, cada roteador armazena sua menor distância até a origem e o caminho a ser seguido. Na inicialização do algoritmo não existe caminho conhecido, assim, a distância é marcada como infinito. Conforme o algoritmo progride, os caminhos e seus custos são encontrados."


Aula sobre algoritmo de roteamento




                                              
Algoritmo de roteamento global:
Global Calcula o melhor caminho com base no conhecimento completo da rede. Para este fim, o roteador deve obter informações sobre o estado de todos os roteadores e enlaces que compõem a sub-rede. Um exemplo deste tipo de roteamento é o roteamento de estado de enlace.

Algoritmo de roteamento descentralizado: Neste algoritmo, nenhum roteador possui informação completa sobre o estado da rede. As rotas são calculadas com base em informações obtidas com roteadores vizinhos. Um exemplo deste tipo de roteamento é o roteamento de vetor de distância.

Roteamento de Vetor de Distâncias: É um algoritmo dinâmico, ele faz com que cada roteador mantenha uma tabela que fornece a melhor distância conhecida a cada destino e determina qual linha deve ser utiliada para chegar lá

 "Essas tabelas são atualizadas através da troca de informações com os vizinhos."

Roteamento de estado de enlace:

"O roteamento de vetor de distância era utilizado na ARPANET até 1979, quando então foi substituído pelo roteamento de estado de enlace. Essa substituição foi basicamente motivada por dois problemas: 

1) - A unidade métrica de retardo era o comprimento de fila, não levando em conta a largura de banda. 
2) - O algoritmo geralmente levava muito tempo para convergir.

Roteamento de estado de enlace:

Cada roteador deve:
Descobrir seus vizinhos e aprender seus endereços de enlace
Medir o retardo ou custo para cada um de seus vizinhos
Criar um pacote que diga tudo o que acaba de ser aprendido
Enviar um pacote para todos os outros roteadores
Calcular o melhor caminho para cada um dos roteadores

Saiba mais - Roteamento por estado de enlace

Roteamento hierárquico 

Na Internet, o roteamento hierárquico é implementado por intermédio do protocolo BGB (Border Gateway Protocol), definido pela RFC 4271.

As tabelas aumentaram: Conforme as redes foram aumentando, as tabelas de roteamento também cresceram até chegar ao ponto de não se mais possivel que os roteadores conheçam todos os caminhos da rede. Foi preciso criar uma nova forma de realizar o roteamento

Divisão por região: "Quando o roteamento hierárquico é utilizado, os roteadores são divididos em regiões, com cada roteador conhecendo todos os detalhes sobre como rotear pacotes para destinos dentro de sua própria região, mas sem conhecer a estrutura interna de outras. "

Redes muito grandes: Uma rede muito grande pode precisar de uma hierarquia além da de dois níveis, pode ser preciso agrupar as regiões em clusters, os clusters em zonas, as zonas em grupos etc. 

Os clusters: No caso de redes muito grandes, uma hierarquia de dois níveis pode ser insuficiente, sendo necessário agrupar as regiões em clusters, os clusters em zonas, as zonas em grupos etc.

Saiba mais sobre os clusters: