O Que é Roteamento?

O roteamento de redes é o processo de seleção de um caminho em uma ou mais redes. Os princípios de roteamento podem ser aplicados a qualquer tipo de rede, desde redes telefônicas até redes de transporte público. Em redes de comutação de pacotes, como a internet, o roteamento seleciona os caminhos para que os pacotes do Protocolo de Internet (IP) viajem desde sua origem até seu destino. Essas decisões de roteamento na Internet são tomadas por hardwares de rede especializados chamados roteadores.

Como Funciona o Roteamento?

Os roteadores referem-se a tabelas de roteamento interno para tomar decisões sobre como rotear pacotes ao longo dos caminhos da rede. Uma tabela de roteamento registra os caminhos que os pacotes devem seguir para chegar a todos os destinos pelos quais o roteador é responsável. Pense nos horários dos trens, que os passageiros do trem consultam para decidir qual trem pegar. As tabelas de roteamento são assim, mas para caminhos de rede em vez de trens.

O que é um Roteador?

Um roteador é um hardware de rede responsável por encaminhar pacotes para seus destinos. Os roteadores funcionam da seguinte maneira: quando um roteador recebe um pacote, ele lê os cabeçalhos do pacote para ver seu destino pretendido, da mesma forma que um condutor de trem verifica as passagens de um passageiro para determinar em qual trem ele deve seguir. Em seguida, ele determina para onde rotear o pacote com base nas informações de suas tabelas de roteamento. Os roteadores fazem isso milhões de vezes por segundo com milhões de pacotes. Conforme um pacote viaja para seu destino, ele pode ser roteado várias vezes por roteadores diferentes. Os roteadores são usados em residências e escritórios para configurar conexões de rede local. Roteadores mais poderosos operam em toda a internet, ajudando os pacotes de dados a chegarem a seus destinos.

Modelo de Roteamento:

O modelo de roteamento comumente utilizado é o do salto-por-salto (hop-by-hop). Nele, cada roteador recebe e abre um pacote de dados, verifica o endereço de destino no cabeçalho IP, calcula o próximo salto que vai deixar o pacote um passo mais próximo de seu destino e entrega o pacote nesse próximo salto. Esse processo se repete e assim segue até a entrega do pacote ao seu destinatário.

A função de determinação de caminhos permite que os roteadores selecionem qual sua porta mais apropriada para repassar os pacotes recebidos. O serviço de roteamento possibilita que o roteador analise os caminhos disponíveis para um determinado destino e estabeleça qual o caminho de preferência para o envio de pacotes para esse destino.

Nessa 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 ser coletadas através de processos dinâmicos executados na rede.

Roteamento Estático:

Geralmente, redes com número limitado de roteadores para outras redes são configuradas a partir do roteamento estático. Nesse caso, 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:

As redes com mais de uma rota possível para o mesmo ponto devem utilizar roteamento dinâmico. Nesse contexto, 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 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.

Todos os protocolos de roteamento realizam as mesmas funções básicas. Eles determinam a melhor rota para cada destino e distribuem informações de roteamento entre os sistemas da rede. A forma pela qual eles decidem qual é a melhor rota é o que determina a diferença entre os pacotes de roteamento existentes, que podem ser internos ou externos.

Tipos de Protocolo de Roteamento:

Um protocolo de roteamento intra-AS é usado para determinar como é realizado o encaminhamento de pacotes dentro de um sistema autônomo (AS). Protocolos de roteamento intra-AS também são denominados como protocolos de roteadores internos IGP (KUROSE ; ROSS, 2009). Antes que sejam detalhados os protocolos de roteamento dinâmicos internos, há a necessidade de esclarecer alguns conceitos referentes aos sistemas autônomos.

À medida que aumenta o número de roteadores, a sobrecarga relativa ao cálculo, armazenamento e à comunicação de informações para a tabela de roteamento (exemplo, atualização de estado de enlace ou alteração do caminho de menor custo) torna-se proibitiva. A internet pública dos dias atuais consiste em centenas de milhões de hospedeiros. Fazer com que cada hospedeiro armazenasse informações de roteamento, exigiria memória considerável. Com a sobrecarga de transmitir atualizações do estado de enlace entre todos esses roteadores, praticamente não sobraria largura de banda para transportar dados. Um algoritmo de vetor de distância, que realizasse interações com todos esses roteadores, seguramente jamais convergiria. Para que tal problema fosse resolvido, foram criadas as ASs.

Um AS agrupa roteadores que estarão sob o mesmo controle administrativo. Ou seja, operados pelo mesmo ISP ou pertencentes a uma mesma rede corporativa. Todos os roteadores dentro do mesmo AS rodam o mesmo algoritmo de roteamento, por exemplo, LS ou DV e, assim, trocam informações. Um protocolo que roda dentro de um AS é denominado de protocolo de roteamento intra-sistema autônomo. Certamente, surge a necessidade de interligar as ASs com isso. Um ou mais roteadores da AS terão a função de transmitir pacotes a destinos externos à AS. Estes são chamados de roteadores de borda. É necessário enfatizar que, neste trabalho, o escopo está nos protocolos intra-sistema autônomos.

Protocolo de Roteamento Interno:

Os roteadores utilizados para trocar informações dentro de Sistemas Autônomos, comuns dentro das organizações, são chamados de roteadores internos (interior routers). Eles podem usar uma variedade de protocolos de roteamento interno (Interior Gateway Protocols – IGPs). Dentre eles estão: RIP, IGRP, EIGRP, OSPF e Integrated IS-IS, sendo esses últimos os mais usuais.

Protocolo de Roteamento Interno - RIP:

O RIP foi um dos primeiros protocolos de roteamento intra-AS da Internet e seu uso é bem difundido até hoje. Sua origem e seu nome podem ser traçados até a arquitetura XNS (Xerox Network Systems). A ampla disponibilidade do RIP se deve, em grande parte, à sua inclusão, em 1982, na versão do UNIX do Berkeley Software Distribution (BSD), que suportava TCP/IP. A versão 1 do RIP está definida na RFC 1058 e a versão 2, compatível com a versão 1, no RFC 1723 (HEDRICK, 1988).

A principal diferença entre o RIP versão 1 e versão 2 é que um usa o modelo classful e outro classless. Ou seja, a versão 1 não envia a máscara nas atualizações. Logo, tal método não pode ser usado em sub-redes, pois sem as máscaras, os roteadores vão classificar os endereços como classes de redes A, B e C. Já a versão 2 do RIP usa classless, ou seja, envia a máscara nas suas atualizações, com isso, sendo possível a utilização em sub-redes. O RIP é um protocolo de vetor de distâncias. Dessa forma, a versão especificada na RFC 1058 usa contagem de saltos como métrica de custo, isto é, cada enlace tem custo 1. No RIP, os custos são definidos desde um roteador de origem até uma sub-rede de destino. O termo salto, que é o número de sub-redes percorridas ao longo do caminho mais curto entre o roteador de origem e uma sub-rede de destino, é utilizado no RIP.

Protocolo de Roteamento Interno - IGRP:

O IGRP também foi criado pela Cisco nos anos 80, resolveu grande parte dos problemas associados ao uso do roteamento interno. O algoritmo utilizado pelo IGRP determina o melhor caminho entre dois pontos dentro de uma rede examinando a largura de banda e o atraso das redes entre roteadores, converge mais rapidamente que o RIP, evitando loops de roteamento, e não tem a limitação de saltos entre roteadores viabilizando a implementação de redes grandes.

Protocolo de Roteamento Interno - EIGRP:

A Cisco aprimorou ainda mais o protocolo IGRP para suportar redes grandes, complexas e críticas, e criou o Enhanced IGRP. Combina protocolos de roteamento baseados em Vetor de Distância com os mais recentes protocolos baseados no algoritmo de Estado de Enlace (Link-State). Ele também proporciona economia de tráfego por limitar a troca de informações de roteamento àquelas que foram alteradas. Uma desvantagem do EIGRP, assim como do IGRP, é que ambos são de propriedade da Cisco, não sendo amplamente disponíveis fora dos equipamentos deste fabricante.

Protocolo de Roteamento Interno - OSPF:

No ano de 1988, a Internet Engineering Task Force iniciou o trabalho em um protocolo de roteamento denominado de OSPF - Open Shortest Path First, que se tornou padrão em 1990. Após isso, fornecedores começaram a implementá-lo em seus equipamentos (TANEMBAUM, 2003). O OSPF é classificado como um protocolo IGP. Isso significa que o mesmo distribui informações de roteamento entre roteadores pertencentes a um único sistema autônomo (MOY, 1998, p. 5).

O OSPF, nos dias atuais, encontra-se na versão 2, em ampla utilização. Tal versão é especificada na RFC 2328. Uma versão 3 do mesmo também foi concebida, para utilização em equipamentos com IPV6. O OSPF foi concebido como sucessor do RIP e, como tal, tem uma série de características avançadas. Em seu âmago, contudo, ele é um protocolo de estado de enlace que usa broadcasting de informação de estado de enlace e um algoritmo de menor custo dijkstra (KUROSE & ROSS, 2009, p. 294).

Quando o OSPF foi pensado, o mesmo teria que atender a alguns requisitos. Primeiramente, o novo protocolo deveria ser amplamente divulgado na literatura especializada, assim “O” de (Open – Aberto) da sigla OSPF. Já o segundo ponto era que o OSPF deveria ser capaz de analisar um número superior de métricas com relação ao RIP. Outro requisito era que este novo protocolo fosse dinâmico e capaz de realizar a convergência rapidamente, diferentemente do RIP. Já outra novidade do OSPF era sua capacidade de admitir o roteamento baseado no tipo de serviço. Ou seja, o novo protocolo deveria rotear o tráfego em tempo real de uma determinada maneira e outro tipo de tráfego de maneira distinta. No protocolo IP existe um campo Type of Service, entretanto, nenhum protocolo de roteamento fazia uso do referido. Logo, tal campo foi incluído no OSPF (TANEMBAUM, 2003).

Um quinto requisito era que o OSPF deveria balancear a carga, dividindo-a por várias linhas, já que a maioria dos protocolos anteriores enviavam todos os pacotes apenas pela menor rota. Outro dado importante a se destacar foi que em 1988 o crescimento de tráfego foi tanto que nenhum roteador era capaz de conhecer a topologia da rede inteira. O novo protocolo deveria ser projetado de forma que nenhum roteador fosse obrigado a conhecer a topologia. Também foram levados em consideração alguns melhoramentos de segurança. E, por fim, era necessário tomar providências para conectar os roteadores ligados à internet por meio de um túnel, pois os protocolos anteriores não o faziam muito bem (TANEMBAUM, 2003).

Protocolo de Roteamento Interno - Integrated IS-IS:

O IS-IS, assim como o OSPF, é um protocolo intradomínio, hierárquico e que utiliza o algoritmo de Estado de Enlace. Pode trabalhar sobre várias sub-redes, inclusive fazendo broadcasting para LANs, WANs e links ponto-a-ponto. O Integrated IS-IS, como outros protocolos integrados de roteamento, convoca todos os roteadores a utilizarem um único algoritmo de roteamento.

Protocolo de Roteamento Externo:

Roteadores que trocam dados entre Sistemas Autônomos são chamados de roteadores externos (exterior routers), e estes utilizam o Exterior Gateway Protocol (EGP) ou o BGP (Border Gateway Protocol). Para este tipo de roteamento são considerados basicamente coleções de prefixos CIDR (Classless Inter Domain Routing) identificados pelo número de um Sistema Autônomo.

Protocolo de Roteamento Externo - BGP:

Caracteriza-se por ser um protocolo de roteamento interdomínios, criado para uso nos roteadores principais da internet. O BGP foi projetado para evitar loops de roteamento em topologias arbitrárias, o mais sério problema de seu antecessor, o EGP (Exterior Gateway Protocol). Outro problema que o EGP não resolve – e é abordado pelo BGP – é o do Roteamento Baseado em Política (policy-based routing), um roteamento com base em um conjunto de regras não técnicas, definidas pelos Sistemas Autônomos. Já a última versão do BGP, o BGP4, foi projetada para suportar os problemas causados pelo grande crescimento da internet.

Como Melhorar a Performance de Roteamento:

Atualmente, com o grande tráfego de dados nas redes, contar com um sistema de roteamento de alta performance é um investimento necessário às grandes organizações. Desse modo, quanto mais moderno, atualizado e qualificado for o sistema de roteamento de uma empresa, melhor será o desempenho de sua rede, evitando gargalos em diversos processos que demandam conexão à internet. Nesse sentido, o que se tem usado nos últimos tempos para melhorar a performance de roteamento das redes de médias e grandes companhias é a implementação de plataformas de roteamento inteligentes. Esses sistemas inteligentes geralmente são projetados para avaliar automaticamente todas as rotas de rede disponíveis e selecionar o melhor desempenho em termos de latência, perda de pacotes, capacidade do provedor e uso, além da confiabilidade histórica da rota.

Fontes: https://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeipec1/pagina_4.asp

https://imasters.com.br/cisco/tipos-de-roteamento

https://www.cloudflare.com/pt-br/learning/network-layer/what-is-routing/

https://blog.algartelecom.com.br/roteamento-conceito-tipos-e-como-melhorar-a-performance/

https://flammadesign.com.br/glossario/o-que-e-roteamento-entenda-o-conceito-e-tipos/

https://www.juniper.net/br/pt/research-topics/what-is-segment-routing.html

https://flammadesign.com.br/glossario/o-que-e-roteamento-entenda-o-conceito-e-tipos/