15 protocolos de roteamento dinâmicos OSPF

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24/1/2014 Julio Battisti
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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
básicos do protocolo TCP/IP. Na Parte 2falei sobre cálculos binários, um importante
tópico para entender sobre redes, máscara de sub-rede e roteamento. Na Parte 3 falei
sobre Classes de endereços, na Parte 4 fiz uma introdução ao roteamento e na Parte
5apresentei mais alguns exemplos e análises de como funciona o roteamento e
na Parte 6 falei sobre a Tabela de Roteamento. Na Parte 7 tratei sobre a divisão de uma
rede em sub-redes, conceito conhecido como subnetting. NaParte 8 fiz uma
apresentação de um dos serviços mais utilizados pelo TCP/IP, que é o Domain Name
System: DNS. O DNS é o serviço de resolução de nomes usado em todas as redes
TCP/IP, inclusive pela Internet que, sem dúvidas, é a maior rede TCP/IP existente.
Na Parte 9 fiz uma introdução ao serviço Dynamic Host Configuration Protocol – DHCP.
Na Parte 10 fiz uma introdução ao serviço Windows Internet Name Services – WINS.
Na Parte 11 falei sobre os protocolos TCP, UDP e sobre portas de comunicação.
Na Parte 12, mostrei como são efetuadas as configurações de portas em diversos
aplicativos que você utiliza e os comandos do Windows 2000/XP/2003 utilizados para
exibir informações sobre portas de comunicação. Na Parte 13 você aprendeu sobre a
instalação e configuração do protocolo TCP/IP no Windows 2000 Professional ou
Server. Apresentei, em detalhes, a configuração do protocolo TCP/IP no Windows
2000. Mostrei como fazer as configurações do protocolo TCP/IP, desde as
configurações básicas de número IP e máscara de sub-rede (em computadores que
usarão IP fixo, ao invés de obter as configurações a partir de um servidor DHCP), até
configurações mais avançadas, 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 é 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 necessárias. Essa
abordagem só é possível para redes extremamente pequenas, com um número de
rotas pequeno e quando as rotas não mudam muito freqüentemente. Para redes
maiores, a única abordagem possível é o uso dos chamados protocolos de Roteamento
dinâmico. Estes protocolos, uma vez instalados e configurados nos roteadores,
permitem que os roteadores troquem informações entre si, periodicamente e que
montem as tabelas de roteamento, dinamicamente, com base nestas informações.
Esta abordagem é bem mais indicada para grandes redes, pois os próprios protocolos
de roteamento dinâmicos, se encarregam de manter as tabelas de roteamento sempre
atualizadas, alterando rotas quando necessário e excluindo rotas que apresentam
problemas, tais como rotas onde o link de comunicação está fora do ar. 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 – Open Shorted Path First:
Nesta parte do tutorial você aprenderá sobre o OSPF, suas vantagens em relação ao
RIP, o seu uso para roteamento em grandes redes, sobre os conceitos de sistemas
autônomos, adjacências e assim por diante.
24/1/2014 Julio Battisti
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Uma introdução ao OSPF
O protocolo OSPF - Open Shortest Path First (OSPF, uma tradução, digamos, muito
forçada, seria: abrir primeiro o caminho mais curto) é a alternativa para redes de
grande porte, onde o protocolo RIP não pode ser utilizado, devido a suas características
e limitações, conforme descrito na Parte 14 deste tutorial.
O OSPF permite a divisão de uma rede em áreas e torna possível o roteamento dentro
de cada área e entre as diferentes áreas, usando os chamados roteadores de borda.
Com isso, usando o OSPF, é possível criar redes hierárquicas de grande porte, sem que
seja necessário que cada roteador tenha uma tabela de roteamento gigantesca, com
rotas para todas as redes, como seria necessário no caso do RIP. O OSPF é projetado
para intercambiar informações de roteamento em uma interconexão de rede de
tamanho grande ou muito grande, como por exemplo a Internet.
A maior vantagem do OSPF é que ele é eficiente em vários pontos: requer pouquíssima
sobrecarga de rede mesmo em interconexões de redes muito grandes, pois os
roteadores que usam OSPF trocam informações somente sobre as rotas que sofreram
alterações e não toda a tabela de roteamento, como é feito com o uso do RIP. Sua
maior desvantagem é a complexidade: requer planejamento adequado e é mais difícil
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
interconexão de redes. As rotas calculadas pelo SPF são sempre livres de loops (laços).
O OSPF usa um algoritmo de roteamento conhecido como link-state (estado de
ligação). Lembre que o RIP usava um algoritmo baseado em distância vetorial. O OSPF
aprende as rotas dinamicamente, através de interação 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 informações do roteador), os roteadores
OSPF mantêm um mapa da interconexão de redes que é atualizado após qualquer
alteração feita na topologia da rede (é importante salientar novamente que somente
informações sobre as mudanças são trocadas entre os roteadores usando OSPF e não
toda a tabela de roteamento, como acontece com o uso do RIP). Esse mapa,
denominado banco de dados do estado de vínculo ou estado de ligação, é sincronizado
entre todos os roteadores OSPF e é usado para calcular as rotas na tabela de
roteamento. Os roteadores OSPF vizinhos (neghboring) formam uma adjacência, que é
um relacionamento lógico entre roteadores para sincronizar o banco de dados com os
estados de vínculo.
As alterações feitas na topologia de interconexão de redes são eficientemente
distribuídas por toda a rede para garantir que o banco de dados do estado de vínculo
em cada roteador esteja sincronizado e preciso o tempo todo. Ao receber as
alterações feitas no banco de dados do estado de vínculo, a tabela de roteamento é
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
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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 2000 Server:
 
Divisão em áreas e conexão através de um backbone.
Cada anúncio de um roteador OSPF contém informações apenas sobre os estados de
ligação dos roteadores vizinhos, isto é, dentro da área do roteador. Com isso a
quantidade de informação transmitida na rede, pelo protocolo OSPF, é bem menor do
que a quantidade de informação transmitida quando é usado oprotocolo RIP. Outra
vantagem é que os roteadores OSPF param de enviar anúncios, quando a rede atinge
um estado de convergência, ou seja, quando não existem mais alterações a serem
anunciadas. O RIP, ao contrário, continua enviando anúncios periodicamente, mesmo
que nenhuma alteração tenha sido feita na topologia da rede (tal como um link ou
roteador que tenha falhado).
Nota: Na Internet existe a divisão nos chamados Sistemas Autônomos. Um sistema
autônomo, por exemplo, pode representar a rede de um grande provedor. Neste caso,
o próprio sistema autônomo pode ser dividido em uma ou mais áreas usando OSPF e
estas áreas são conectadas por um backbone central. O roteamento dentro de cada
sistema autônomo é feito usando os chamados protocolos de roteamento
interno (IGP – Interior Gateway Protocol). O OSPF é um protocolo IGP, ou seja,
para roteamento dentro dos sistemas autônomos. O roteamento entre os diversos
sistemas autônomos é feito por protocolos de roteamento externos (EGP – Exterior
Gateway Protocol) e pelos chamados protocolos de roteamento de borda (BGP –
Border Gateway Protocol).
Importante: Podem ocorrer situações em que uma nova área que é conectada a
rede, não pode ter acesso físico direto ao backbone OSPF. Nestas situações, a conexão
da nova área com o backbone OSPF é feita através da criação de um link virtual (virtual
link). O link virtual fornece uma caminho “lógico” entre a área fisicamente separada do
backbone e o backbone OSPF. Criar o link virtual significa criar uma rota entre a área
que não está fisicamente conectada ao backbone e o backbone, mesmo que este link
passe por dois ou mais roteadores OSPF, até chegar ao backbone. Para um exemplo
passo-a-passo de criação de links virtuais, consulte o Capítulo 8 do livro de minha
autoria:Manual de Estudos Para o Exame 70-216, 712 páginas, publicado pela editora
Axcel Books (www.axcel.com.br).
Vantages do OSPF em relação ao RIP:
As rotas calculadas pelo algoritmo SPF são sempre livres de loops.
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O OSPF pode ser dimensionado para interconexões de redes grandes ou muito grandes.
A reconfiguração para as alterações da topologia de rede é muito rápida, ou seja, o tempo de
convergência da rede, após alterações na topologia é muito menor do que o tempo de
convergência do protocolo RIP.
O tráfego de informações do protocolo OSPF é muito menor do que o do protocolo RIP.
O OSPF permite a utilização de diferentes mecanismos de autenticação entre os roteadores que
utilizam OSPF.
O OSPF envia informações somente quando houver alterações na rede e não periodicamente.
A implementação OSPF como parte dos serviços de roteamento do RRAS – Routing em
Remote Access Services, do Windows 2000 Server e no Windows Server 2003, tem os
seguintes recursos:
Filtros de roteamento para controlar a interação com outros protocolos de roteamento.
Reconfiguração dinâmica de todas as configurações OSPF.
Coexistência com o RIP.
Adição e exclusão dinâmica 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 você está usando vários protocolos de roteamento IP, configure apenas um
único protocolo de roteamento por interface.
Operação do protocolo OSPF
O protocolo OSPF é baseado em um algoritmo conhecido com SPF – 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) é inicializado e é
feita a verificação para detectar se as interfaces de rede estão OK, é utilizado o
protocolo OSPF Hello para identificar quem são os “vizinhos” 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 (neghboring routers). A
relação entre roteadores OSPF vizinhos, com o objetivo de sincronizar suas bases de
dados é conhecida como “Adjacência”. O termo mais comum é “formar uma
adjacência”. Porém, mesmo com o uso de adjacências, em uma rede com vários
roteadores dentro da mesma área, um grande número de adjacências poderá ser
formado, o que implicaria em um grande volume de troca de informações de
roteamento. Por exemplo, imagine uma rede com seis roteadores OSPF dentro da
mesma área. Neste caso, cada roteador poderia formar uma adjacência com os outros
cinco roteadores da área, o que resultaria em um total de 15 adjacências. O número de
adjacências é calculado usando a seguinte fórmula, onde n representa o número de
roteadores:
Número de adjacências = n*(n-1)/2
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Com um grande número de adjacências, o tráfego gerado pela sincronização do OSPF
seria muito elevado. Para resolver esta questão é utilizado o conceito de Designated
Router (Roteador designado). Um roteador designado é um roteador que será
considerado vizinho de todos os demais roteadores da rede. Com isso é formada uma
adjacência entre cada roteador da rede e o roteador designado. No nosso exemplo, da
rede com 6 roteadores OSPF, dentro da mesma área, seriam formadas apenas cinco
adjacências. Uma entre cada um dos cinco roteadores, diretamente com o sexto
roteador, o qual foi configurado como roteador designado. Neste caso, cada roteador
da rede troca informações com o roteador designado. Como o roteador designado
recebe informações de todos os roteadores da área, ele fica com uma base completa e
repassa esta base para cada um dos roteadores da mesma área. Observe que com o
uso de um roteador designado, obtém-se uma sincronização da base completa dos
roteadores e com o uso de um número bem menor de adjacências, o que reduz
consideravelmente o tráfego de pacotes do OSPF.
Por questões de contingência, também é 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.
Conclusão
Nas Partes 4, 5 e 6 falei sobre Roteamento e sobre como todo o processo de
roteamento é 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 necessárias. Essa
abordagem só é possível para redes extremamente pequenas, com um número de
rotas pequeno e quando as rotas não mudam muito freqüentemente. Para redes
maiores, a única abordagem possível é o uso dos chamadosprotocolos de
Roteamento dinâmico. Estes protocolos, uma vez instalados e configurados nos
roteadores, permitem que os roteadores troquem informações entre si, periodicamente
e que montem as tabelas de roteamento, dinamicamente, com base nestas
informações. Esta abordagem é bem mais indicada para grandes redes, pois os próprios
protocolos de roteamento dinâmico, se encarregam de manter as tabelas de
roteamento sempre atualizadas, alterando rotas quando necessário e excluindo rotas
que apresentam problemas, tais como rotas onde o link de comunicação está fora do
ar. Na Parte 14 fizuma apresentação do protocolo RIP. Nesta parte foi a vez do
protocolo OSPF, o qual é baseado na divisão de uma rede em áreas conectadas
através de backbones de roteamento. Você pode conferir que o protocolo OSPF tem
inúmeras vantagens em relação ao protocolo RIP.