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Modelo de ReferênciaModelo de Referência
www.unicert.com.br
& Técnicas de Roteamento& Técnicas de Roteamento
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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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O Modelo OSI – Nível 2
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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O Modelo OSI – Nível 3
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
O Modelo OSI – Nível 4
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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
O Modelo OSI – Nível 5
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Apresentação
Transformações de sintaxe (conversões de códigos e formatos)
Criptografia
Compressão de textos
O Modelo OSI – Nível 6
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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
O Modelo OSI – Nível 7
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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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Algoritmos Adaptativos
Tipos Roteamento Centralizado Roteamento Isolado ou Localizado Roteamento Distribuído
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Algoritmos Adaptativos
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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Roteamento Hierárquico
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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Roteamento Hierárquico
1A 1C
1B
2C 2D
2B2A
3B3A
4C4B
4A
5E
5A
5D
5C
5B
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Roteamento Hierárquico
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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Compromisso Compromisso com com
segurançasegurança
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Roteamento Hierárquico
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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Compromisso Compromisso com com
segurançasegurança
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Roteamento Hierárquico
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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Compromisso Compromisso com com
segurançasegurança
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Roteamento Hierárquico
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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com
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Compromisso Compromisso com com
segurançasegurança
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Roteamento Hierárquico
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]