Funcionamento do Roteador

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Funcionamento do Roteador
 A função da camada de rede é realizar a entrega consistente de pacotes fim-a-fim, para aplicações ou outras camadas de protocolos, através de uma infra-estrutura de redes interconectadas. Para isso, a mesma executa funções de determinação de caminhos de comunicação, de comutação de pacotes por estes caminhos e de processamento de rotas para um determinado sistema de comunicação. A função de determinação de caminhos (ou roteamento) permite que os roteadores selecionem qual sua porta mais apropriada para repassar os pacotes recebidos. O serviço de roteamento permite que o roteador avalie os caminhos disponíveis para um determinado destino e estabeleça qual o caminho de preferência para o envio de pacotes para este destino. 
Na determinação de caminhos de comunicação, os serviços de roteamento executam:
Inicialização e manutenção de tabelas de rotas; 
Processos e protocolos de atualização de rotas; 
Especificação de endereços e domínios de roteamento;
Atribuição e controle de métricas de roteamento.
 As informações de rotas para a propagação de pacotes podem ser configuradas de forma estática pelo administrador da rede ou serem coletadas através de processos dinâmicos executando na rede, chamados protocolos de roteamento. Note-se que roteamento é o ato de passar adiante pacotes baseando-se em informações da tabela de roteamento. Protocolos de roteamento são protocolos que trocam informações utilizadas para construir tabelas de roteamento. É importante distinguir a diferença entre protocolos de roteamento (routing protocols) e protocolos roteados (routed protocols). Protocolo roteado é aquele que fornece informação adequada em seu endereçamento de rede para que Roteadores Halley Braga 2 seus pacotes sejam roteados, como o TCP/IP e o IPX. Um protocolo de roteamento possui mecanismos para o compartilhamento de informações de rotas entre os dispositivos de roteamento de uma rede, permitindo o roteamento dos pacotes de um protocolo roteado. Note-se que um protocolo de roteamento usa um protocolo roteado para trocar informações entre dispositivos roteadores. Exemplos de protocolos de roteamento são o RIP (com implementações para TCP/IP e IPX) e o EGRP.
PRINCIPAL FUNÇÃO DE UM ROTEADOR EM UMA WAN
 A principal função de um roteador em uma WAN é oferecer conexões entre os vários padrões físicos e de enlace de dados da WAN. Por exemplo, um roteador pode ter uma interface ISDN, que usa encapsulamento PPP, e uma interface serial na terminação de uma linha T1, que usa encapsulamento Frame Relay. O roteador deve ser capaz de mover um fluxo de bits de um tipo de serviço, como ISDN, para outro, como T1, e mudar o encapsulamento do enlace de dados de PPP para Frame Relay
CARACTERÍSTICAS DOS COMPONENTES 
• Memória RAM: a memória RAM armazena as informações que estão sendo utilizadas pelo roteador como arquivo de configuração on-line, tabela de roteamento, tabela topológica, tabela de vizinhos, cache ARP, buffer de mensagens, etc. As informações que estiverem nessa memória serão perdidas se o roteador for desligado ou reiniciado.
 • Memória NVRAM: esta memória é responsável por guardar o arquivo de configuração de inicialização do roteador. Nesta memória as informações não são perdidas caso o roteador seja reiniciado ou desligado.
 • Memória FLASH: a memória flash armazena o IOS do roteador. Pode conter várias versões do S.O diferentes simultaneamente. Não perde o conteúdo quando o roteador é desligado. 
• Memória ROM: armazena as configurações que definem o autoteste realizado na inicialização do roteador. • Interfaces: é o que permite a conectividade do roteador e pode utilizar diversas tecnologias. Basicamente são as portas de entrada e saída do roteador.
Tipos de roteadores e aplicações de redes
Roteamento Estático e Roteamento Dinâmico A configuração de roteamento de uma rede específica nem sempre necessita de protocolos de roteamento. Existem situações onde as informações de roteamento não sofrem alterações, por exemplo, quando só existe uma rota possível, o administrador do sistema normalmente monta uma tabela de roteamento estática manualmente. Algumas rede não têm acesso a qualquer outra rede, e portanto, não necessitam de tabela de roteamento. Dessa forma, as configurações de roteamento mais comuns são:
 • Roteamento estático: uma rede com um número limitado de roteadores para outras redes pode ser configurada com roteamento estático. Uma tabela de roteamento estático é construída manualmente pelo administrador do sistema, e pode ou não ser divulgada para outros dispositivos de roteamento na rede. Tabelas estáticas não se ajustam automaticamente a alterações na rede, portanto devem ser utilizadas somente onde as rotas não sofrem alterações. Algumas vantagens do roteamento estático são a segurança obtida pela não divulgação de rotas que devem permanecer escondidas; e a redução do overhead introduzido pela troca de mensagens de roteamento na rede.
 • Roteamento dinâmico: redes com mais de uma rota possível para o mesmo ponto devem utilizar roteamento dinâmico. Uma tabela de roteamento dinâmico é construída a partir de informações trocadas entre protocolos de roteamento.
 Os protocolos são desenvolvidos para distribuir informações que ajustam rotas dinamicamente para refletir alterações nas condições da rede. Protocolos de roteamento podem Roteadores Halley Braga 3 resolver situações complexas de roteamento mais rápida e eficientemente que o administrador do sistema. 
Protocolos de roteamento são desenvolvidos para trocar para uma rota alternativa quando a rota primária se torna inoperável e para decidir qual é a rota preferida para um destino. Em redes onde existem várias alternativas de rotas para um destino devem ser utilizados protocolos de roteamento.
Aplicações de redes
• Correio eletrônico (e-mail);
• Teleconferência;
• Intercâmbio eletrônico de dados;
• Transferência eletrônica de fundos;
• A Internet.
Protocolos de Roteamento Interno 
Protocolos de roteamento são divididos em dois grupos gerais: protocolos internos e externos. Protocolos internos são utilizados dentro de sistemas de rede independentes. Na terminologia TCP/IP, estes sistemas independentes são chamados de sistemas autônomos (AS - autonomous systems). Em sistemas autônomos, informações são trocadas através do protocolo interno escolhido pelo administrador do sistema autônomo. Existem vários protocolos internos, como por exemplo RIP e Hello. Rounting Information Protocol (RIP) é o protocolo interno mais comum. RIP seleciona a rota com o menor "hop count" (métrica) como a melhor rota. O Hop count representa o número de gateways através do qual os dados devem passar para chegar ao destino. RIP assume que a melhor rota é a que utiliza o menor número de gateways. Esta forma de escolher a melhor rota algumas vezes é chamada de algoritmo distance-vector. O caminho mais longo que RIP aceita são 15 hops. Se a métrica de uma rota é maior que 15, RIP considera o destino unreachable e descarta a rota. Por isso, RIP não pode ser utilizado em sistemas autônomos onde as rotas ultrapassam 15 hops. Além disso, RIP assume que o menor caminho é o Roteadores Halley Braga 9 melhor, sem considerar o congestionamento da rota. Existem protocolos internos que superam estas limitações. Hello é um protocolo interno desenvolvido para calcular a melhor rota baseado no delay como o fator decisivo para escolher a melhor rota. Delay é o tempo que um pacote leva para fazer a viagem entre a origem e o destino, através da rota. Um pacote Hello contém a hora em que foi enviado. Quando o pacote chega ao destino, o sistema receptor subtrai à hora registrada no pacote da hora atual do sistema, para estimar quanto tempo o pacote levou para chegar. 
 Protocolos de Roteamento Externos 
Protocolos de roteamento externos são utilizados para trocar informações de roteamento entre sistemas autônomos. As informações de roteamento que passam entre sistemas autônomos são chamadas de informações de alcançabilidade (reachability).Informações de alcançabilidade são informações sobre quais redes podem ser alcançadas através de um sistema autônomo específico. Exterior Gateway Protocol (EGP) é um dos protocolos de roteamento externos mais comum. Implementações de EGP não tentam escolher a melhor rota para um destino. EGP atualiza informações de distance-vector, mas não avalia estas informações. Os valores de distance-vector de sistemas autônomos distintos não são comparados diretamente, porque cada sistema autônomo pode utilizar um critério diferente para desenvolver estes valores. EGP deixa a decisão da "melhor" rota para outro protocolo. Um outro protocolo de roteamento, Border Gateway Protocol (BGP), está começando a substituir EGP. Assim como EGP, BGP troca informações de alcançabilidade entre sistemas autônomos, mas BGP pode fornecer mais informações sobre cada rota, e pode utilizar estas informações para selecionar a melhor rota. BGP chama estas informações de "atributos de caminho". Estes atributos podem incluir informações utilizadas para selecionar rotas baseandose em preferências administrativas. Este tipo de roteamento (algumas vezes chamado de policy based routing) utiliza razões não técnicas (por exemplo, política, organizacional ou de segurança) para fazer decisões de roteamento. Roteadores Halley Braga 10 BGP é necessário para implementar uma nova estrutura de rede composta de sistemas autônomos equivalentes que é mais "expansível" que a estrutura hierárquica antiga. É importante lembrar que a maioria dos sistemas não precisam de um protocolo de roteamento externo. Protocolos de roteamento externo só são necessários em sistemas autônomos e que precisam trocar informações entre si. Somente o gateway que conecta os dois sistemas autônomos precisa executar um protocolo de roteamento externo.
O Roteador
A aparência física mais comum de um roteador é a de um equipamento semelhante aos hubs e switches, com duas ou mais portas de interface de rede. Essas interfaces permitem a interligação com redes fisicamente próximas (como redes de departamentos distintos, mas no mesmo prédio) ou com duas ou mais redes geograficamente distantes entre si.
Juntamente com essas portas de interface de rede é comum encontrarmos uma porta serial para a conexão de outros equipamentos, normalmente com a finalidade de gerenciamento e configuração. Essa interface específica permite aos administradores de rede configurarem o roteador de uma forma segura, evitando um tráfego desnecessário de informações por toda a rede.
Figura 2 - Exemplo de um roteador, mostrando as interfaces de rede
Os roteadores também coletam, descobrem e agregam informações sobre as rotas de comunicação que podem ser usadas pelos computadores e demais equipamentos no momento do envio dos pacotes de dados. Essa tarefa é gerenciada e executada pelos protocolos de roteamento que funcionam internamente ao roteador.
Um roteador também pode executar funções como firewall, ou seja, a filtragem de pacotes e sua eliminação, sempre baseado em regras de gerenciamento predefinidas. Por exemplo, pacotes podem ser bloqueados e eliminados se não pertencerem à faixa de n�meros IP especificada pelo administrador da rede ou no caso de estarem direcionados para aplicações que não estão autorizadas e/ou previstas.
Funcionalidades
Os roteadores armazenam e transmitem para outros roteadores, em outras redes, informações e diagramas sobre as camadas de rede. Internamente, usam protocolos específicos através dos quais obtém informações sobre a topologia da rede, calculam rotas para outras redes e constroem tabelas de roteamento.
� claro que para que tudo funcione de forma adequada, uma série de funções é necessária para executar diversas atividades e todo esse conjunto de funcionalidades complexas requer a presença de um ou mais processadores e memória suficiente para o armazenamento de todas as informações. Existem duas atividades que são básicas para um roteador:
Determinação das melhores rotas - Determinar a melhor rota é definir por qual enlace uma determinada mensagem deve ser enviada para chegar ao seu destino de forma segura e eficiente. Para realizar esta função o roteador utiliza dois conceitos muito importantes: o conceito de métrica e o conceito de tabelas de roteamento;
Transporte dos pacotes - Transportar os pacotes pela rede é uma função relativamente simples realizada pelos roteadores. Consiste em verificar o endereço de rede para onde a mensagem está destinada, determinar se o endereço é válido, traduzir para um novo endereço físico e enviar pacote.
Métrica
Métrica é o padrão de medida usado pelos algoritmos de roteamento para determinar o melhor caminho para o percurso entre a origem e o destino da informação.
Ao utilizar uma métrica pode-se utilizar apenas um par�metro ou vários par�metros. A utilização de vários par�metros permite uma melhor modelagem da métrica e uma decisão mais eficiente de qual é o melhor caminho. Alguns par�metros muito utilizados são o tamanho do caminho, a confiabilidade, o atraso, largura de banda, carga e o custo da comunicação.
Roteamento
Roteamento é a ação realizada por um roteador e consiste em encaminhar pacotes, baseado em seus destinos, para interfaces de rede ou outros roteadores.
Todo computador conectado a uma rede, como a Internet, por exemplo, possui uma tabela de roteamento. Esta tabela consiste em uma lista de destinos com seus respectivos caminhos, sendo consultada sempre que um dado vai ser enviado através da rede. Esses caminhos podem ser interfaces de rede (isto é, redes às quais se está diretamente conectado) ou endereços de outros roteadores (que também possuirão uma tabela de roteamento para decidir qual caminho tomar).
Figura 3 - Roteamento
Cada roteador da rede utiliza uma tabela de roteamento relacionando os destinos e caminhos que poderão ser seguidos pelos pacotes. As tabelas de roteamento em cada roteador são consultadas a partir da comparação de cada pacote com as regras da política de roteamento da rede. Deste modo, antes do pacote ser roteado, ele é submetido a esse conjunto de regras que determina qual tabela será usada pelo roteador para aquele pacote específico.
Tabelas de roteamento
Os roteadores constroem tabelas de roteamento para realizarem as suas tarefas. Estas tabelas de roteamento contêm entradas que relacionam um determinado destino com um enlace e uma métrica. Dependendo das implementações, podem apresentar mais dados, entretanto destino, enlace e métrica são os dados essenciais.
Existem diferentes maneiras para criar as tabelas de roteamento. Os roteadores necessitam de uma tabela interna de roteamento através da qual extraem as informações necessárias sobre a rede em que atuam. Ao estabelecer uma determinada rota, o roteador consulta essa tabela interna para determinar o encaminhamento dos pacotes. As tabelas podem ser de dois tipos: din�mica ou estática. A tabela do tipo din�mica se apóia em protocolos de roteamento do tipo RIP, OSPF e outros, baseados em algoritmos, para escolher a melhor rota e seguem critérios denominados de "métrica de roteamento".
Uma tabela estática é definida pelo administrador da rede que utiliza comandos para adicionar cada rota manualmente, em cada roteador da rede. Este método somente é indicado para pequenas redes, onde existe um pequeno n�mero de roteadores, com poucas rotas e rotas que não são alteradas freq�entemente. Para redes maiores, com muitas rotas e muitos roteadores, este método é simplesmente impraticável, pois a simples adição de uma nova rota exigiria a alteração das tabelas de roteamento em todos os roteadores da rede.
Já com o uso dos protocolos de roteamento din�mico, os roteadores trocam informações entre si, periodicamente e "aprendem" sobre a rede e sobre as rotas disponíveis, ou seja, vão "descobrindo" as rotas existentes e gravando estas rotas em suas tabelas de roteamento. Se um roteador ficar off-line, em pouco tempo os demais roteadores identificarão o estado deste roteador e atualizarão, automaticamente, suas tabelas de roteamento.Com isso cada roteador aprende novos caminhos, já considerando a indisponibilidade do roteador com problemas, e repassam estas informações para os demais roteadores. Esta possibilidade não existe quando as tabelas são criadas manualmente, conforme descrito anteriormente.
Tipos de algoritmos de roteamento
Estático - Um algoritmo de roteamento do tipo estático não baseia as suas decisões de roteamento em medidas ou estimativas de tráfego ou em topologias correntes. As rotas são predefinidas e carregadas no roteador no processo de inicialização da rede;
Din�mico - Um algoritmo de roteamento din�mico tenta mudar as suas decisões de roteamento de acordo com as mudanças de tráfego e de topologia. A tabela de roteamento se modifica com o passar do tempo;
Estrutura plana - Neste tipo de algoritmo, todos os roteadores estão em um mesmo nível. As informações não são organizadas e distribuídas hierarquicamente;
Estrutura hierárquica - As informações de roteamento são organizadas hierarquicamente. Dependendo da hierarquia do roteador, a sua tabela de roteamento e a sua comunicação com outros roteadores são diferentes;
Algoritmos intra-domínios - Estes são algoritmos executados por roteadores de dentro de um determinado Sistema Aut�nomo. Eles permitem que sejam definidas as rotas para dentro da rede de uma determinada organização;
Algoritmos inter-domínios - Estes são algoritmos executados por roteadores que estão nos limites dos domínios. Permitem a definição das rotas que são utilizadas para a comunicação com equipamentos de fora de um determinado Sistema Aut�nomo.
Requisitos do roteador
Para um roteador funcionar de forma adequada dentro de uma rede é necessário que ele execute algumas tarefas. Ele deve "aprender" a topologia da sub-rede e escolher os caminhos adequados dentro da mesma. Deve cuidar para que algumas rotas não sejam sobrecarregadas enquanto outras fiquem sem uso e deve resolver os problemas que ocorrem quando a origem e o destino estão em redes diferentes.
Internamente ao roteador temos duas características importantes que influenciam sua performance em uma rede de computadores: a memória e o algoritmo de roteamento utilizado:
Memória Buffer
Roteadores usam memórias tipo "buffer" que são blocos que armazenam temporariamente os pacotes de dados até o momento em que são processados. Cada uma das interfaces de rede do roteador possui memória buffer para os pacotes de dados que entram pelo roteador e outra memória do mesmo tipo para os pacotes de dados que saem do roteador.
As memórias buffer são um ponto chave na eficiência de um roteador e essa informação pode ser usada na identificação de um bom equipamento, pois o seu tamanho é crítico e pode determinar a performance geral da rede. Por exemplo, se o tráfego de dados da rede em direção ao roteador é excessivo, ou o roteador não possui memória suficiente, as memórias buffer rapidamente se completam (se saturam) com os pacotes de dados e, considerando que a velocidade com que os mesmos são processados é inferior a velocidade com que novos pacotes chegam, os pacotes em excesso são ignorados, o que faz com que sejam retransmitidos pela rede de origem. A retransmissão desses pacotes afeta diretamente a velocidade e eficiência da rede como um todo.
Por outro lado, memória buffer em quantidade excessiva pode causar muita espera no serviço de roteamento, pois o usuário, ou o equipamento, enviará os dados ao roteador, estes serão aceitos em função da grande quantidade de memória e ficarão aguardando um tempo maior para serem processados.
Quando um pacote chega em uma porta do roteador, ele e posicionado na memória buffer de entrada para aguardar o seu processamento. Em alguns casos um pacote de dados pode ser endereçado para um equipamento localizado dentro da rede do próprio roteador, mas a grande maioria requer apenas o processamento de redirecionamento (ou retransmissão) para outras redes.
Algoritmo de roteamento
Todos os roteadores executam um algoritmo de roteamento. O algoritmo de roteamento é uma parte do programa de nível de rede responsável por decidir para qual linha um pacote deve ser enviada a fim de chegar ao seu destino. São características desejáveis para um algoritmo de roteamento:
Correção - O algoritmo deve calcular corretamente as rotas para alcançar todos os destinos. Esta característica deve ser complementada pela derivação da melhor rota. Não basta que o algoritmo descubra uma rota para um destino, é necessário que ele descubra a melhor rota possível;
Simplicidade - O algoritmo deve ser eficiente para não sobrecarregar a rede. Além disso, é importante que o administrador da rede possa entender como o ele é executado;
Estabilidade - O algoritmo deve convergir rapidamente. O termo "convergir" neste caso significa ficar em um estado correto. Por exemplo, quando ocorre alguma modificação na topologia da rede, as tabelas de roteamento de alguns roteadores apresentarão uma informação desatualizada. No momento em que todos os roteadores estiverem com suas tabelas corretas, diz-se que o algoritmo convergiu. Quanto mais rápido ocorrer este processo, melhor;
Robustez - Uma vez a rede em operação, esta deve permanecer o maior tempo possível sem que ocorram falhas no sistema. As falhas isoladas de hardware e software e mudanças na topologia da rede devem ser tratadas pelo algoritmo de roteamento que deverá ser capaz de resolver tais modificações sem requerer uma reinicialização de todo o sistema;
Consideração com o usuário e eficiência global - Um algoritmo de roteamento deve melhorar a eficiência da rede sem deixar de considerar os diversos usuários e aplicativos dessa mesma rede.
Conclusão
Para que a comunicação de uma rede local com outras redes seja possível, é necessário um equipamento que seja capaz de enviar e receber informações de / para essas redes. O roteador torna-se, dessa forma, o principal componente na interligação de redes de computadores. Todo pacote contendo informação enviado para outras redes deve, obrigatoriamente, passar pelo roteador, assim como todo pacote de informação proveniente de outras redes também deve passar por ele.
Os roteadores permitem a troca de informações entre redes locais (LAN�s) e redes locais e remotas (WAN�s), encaminhando os pacotes de mensagens pelos diversos percursos possíveis (enlaces). Como cada roteador tem uma tabela com todas as rotas conhecidas, ele recebe e encaminha os pacotes de dados em alta velocidade, escolhendo o melhor caminho para realizar essa tarefa. Tal operação é conhecida como "roteamento" e realizada entre redes diferentes.
Referências 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Roteador
 http://srbyte.awardspace.com/roteadores.html 
http://www.dsc.ufcg.edu.br/~jacques/cursos/1998.1/ir/rot/rot17.htm