Comutação na camada de Rede    Objectivo:    Estudar as funções, comutação e protocolos da camada de rede:       • Comutaç...
Camada de Rede    • Protocolos da camada de      Rede em cada estação,               aplicação                            ...
Modelo de serviço de Rede                       • Modelo de serviço para     • abstracção mais                         o “...
Comutação Circuitos    • Rede comutada simples   Provedor de                              telecomunicações                ...
Comutação de Circuitos    • Rede telefónica por Comutação de circuitos5
Comutação de Circuitos    • Establecimiento de circuito6
Circuitos virtuais     “Caminho da-origem-ao-destino se comporta como um circuito      telefónico”       em termos de de...
Circuitos virtuais:       protocolos de sinalização    • Usados para estabelecer, manter, destruir CV    • Usados em ATM, ...
Rede de datagramas    • Princípio       – Transmite os dados em pequenos pacotes        • Se o quadro de origen for muito ...
Rede de datagramas: o modelo da Internet     • Não requer estabelecimento de chamada na camada de Rede     • Roteadores: n...
Exemplos de Paradigmas de Serviços                  Uso de várias tecnologias     CO: Orientada à Conexão     CL: Não orie...
Rede de datagramas ou CVs: por quê? Internet                          ATM • troca de dados entre            • evoluiu da t...
Roteamento      protocolo de roteamento        meta: determinar caminho                     5     (sequência de roteadores...
Os protocolos de roteamento fazem uso de algoritmos de roteamento para calcular o caminho de custo mínimo da origem até o...
Métricas    comuns utilizadas são        a quantidade de saltos (a quantidade de conexões de roteador para roteador visit...
Dois algoritmos gerais são usados para calcular informações métricas:• vector de distância• estado de enlace.
Algoritmos de vector de distância Um algoritmo de definição de rotas por vector de distâncias determina a distância entre ...
Um exemplo de algoritmo de vector dedistâncias é o algoritmo de Bellman-Ford.Dois protocolos de definição de rotas baseado...
Algoritmo de Bellman-Ford. É baseado em vector de distancias e age no número de saltos entre um nó de origem e um destino....
Os vértices A,B,C,D,E e F podem ser entendidos como roteadores e os enlaces conectando esses vértices são canais de comun...
Examinamos os custos de todos os caminhos de A paracada um dos nós com base no número de saltos.
No último passo (três saltos), dois caminhos são  seleccionados. O primeiro caminho ABFD, representa o  caminho de custo ...
A árvore de custo mínimo do nó A é:
Algoritmos de Estado de Enlace Num Algoritmo de Estado de Enlace, o roteador de uma rede não envia a todos os outros rotea...
Um exemplo de algoritmo de Algoritmo de Estado deLigações é o algoritmo de caminho mínimo de Dijkstra,que age sobre o comp...
Considere o seguinte gráfico não-direccionado que ilustrauma rede.Os vértices A,B,C,D,E e F podem ser entendidos comorotea...
Para implementarmos esse algoritmo, vamos manter umregisto corrente dos sucessivos nós mais próximos daorigem. Vamos repre...
Primeiro nó mais próximo (k = 1)O primeiro nó mais próximo de A é B ou E, pois ambos se conectam directamente a A. Como o...
Segundo nó mais próximo (k = 2) O segundo nó mais próximo de A  pode ser (a) uma ligação directa  partindo de A ou (b) at...
Terceiro nó mais próximo (k = 3) O terceiro nó mais próximo de  A deve vir de uma ligação que      K   Nó   Caminho  incl...
Quarto nó mais próximo (k = 4) O quarto nó mais próximo de A  deve vir de um caminho que        K   Nó   Caminho  inclui ...
Quinto nó mais próximo (k =5) O quinto nó mais próximo de A deve  vir de um caminho que inclui os nós  B, E, F ou C.     ...
Roteamento: Propriedades DesejáveisSimplicidadeRobustez (capacidade de aceitar alterações na topologia sem ter que inter...
Roteamento: Propriedades Desejáveis(II)              Conflito entre equidade e optimização35
Classificação de Algoritmos de Roteamento     Informação global ou descentralizada?     Global:      Todos roteadores têm...
Classificação de Algoritmos de Roteamento(II)     Estático ou dinâmico?     Estático:       rotas mudam lentamente com ...
Algoritmos de Roteamento     Estáticos:       Rota mais curta       Inundação (Flooding)       Roteamento baseado no f...
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  1. 1. Comutação na camada de Rede Objectivo: Estudar as funções, comutação e protocolos da camada de rede: • Comutação de circuitos; • Comutação de circuitos virtuais; • Algoritmos de roteamento;1
  2. 2. Camada de Rede • Protocolos da camada de Rede em cada estação, aplicação transporte roteador Rede enlace • Transporta pacotes da física Rede Rede enlace Rede estação de origem à enlace física física enlace física receptora: Rede – determinação do caminho: enlace física rota seguida por pacotes da Rede enlace origem ao destino. Algoritmos física de roteamento. Rede – comutação: mover pacotes Rede enlace enlace física dentro do roteador da entrada física à saída apropriada. Rede – estabelecimento da enlace aplicação física transporte chamada: algumas Rede enlace arquitecturas de Rede física requerem a determinação do caminho antes de enviar os2 dados.
  3. 3. Modelo de serviço de Rede • Modelo de serviço para • abstracção mais o “canal” que transporta pacotes do remetente ao importante provida receptor? – largura de banda pela camada de garantida? Rede: – preservação de – circuito virtual temporização entreabstração do serviço pacotes? – entrega sem perdas? – entrega ordenada? – datagrama – realimentar informação sobre congestionamento ao remetente?3
  4. 4. Comutação Circuitos • Rede comutada simples Provedor de telecomunicações Roteador4
  5. 5. Comutação de Circuitos • Rede telefónica por Comutação de circuitos5
  6. 6. Comutação de Circuitos • Establecimiento de circuito6
  7. 7. Circuitos virtuais  “Caminho da-origem-ao-destino se comporta como um circuito telefónico”  em termos de desempenho  em acções da Rede e ao longo do caminho da-origem-ao-destino  Estabelecimento de cada chamada antes do envio dos dados  Cada pacote tem ident. de circuito virtual (CV) (e não endereços origem/destino)  Cada roteador no caminho da-origem-ao-destino mantém “estado” para cada conexão que o atravessa  conexão da camada de transporte só envolve os 2 sistemas terminais  Recursos de enlace, roteador (banda, buffers) podem ser alocados ao CV  para permitir desempenho como de um circuito7
  8. 8. Circuitos virtuais: protocolos de sinalização • Usados para estabelecer, manter, destruir CV • Usados em ATM, frame-relay, X.25 • Não usados na Internet de hoje aplicação 6. dados recebidos aplicação transporte 5. começa fluxo de dados Rede 4. conexão completa 3. chamada aceite transporte 1. inicia chamada 2. chegada de chamada Rede enlace enlace física física8
  9. 9. Rede de datagramas • Princípio – Transmite os dados em pequenos pacotes • Se o quadro de origen for muito grande, é fragmentado Dados do utilizador Informação de controlo (cabeçalho do pacote) pacote9
  10. 10. Rede de datagramas: o modelo da Internet • Não requer estabelecimento de chamada na camada de Rede • Roteadores: não guardam estado sobre conexões fim a fim – não existe o conceito de “conexão” na camada de Rede • Pacotes são roteados tipicamente usando endereços de destino – 2 pacotes entre o mesmo par origem-destino podem seguir caminhos diferentes. aplicação aplicação transporte transporte Rede 1. envia dados 2. recebe dados Rede enlace enlace física física10
  11. 11. Exemplos de Paradigmas de Serviços Uso de várias tecnologias CO: Orientada à Conexão CL: Não orientada à Conexão11
  12. 12. Rede de datagramas ou CVs: por quê? Internet ATM • troca de dados entre • evoluiu da telefonia computadores • conversação humana: – serviço “elástico”, sem – temporização estrita, requisitos temporais requisitos de restritos confiabilidade • sistemas terminais – requer serviço garantido “inteligentes” (computadores) • sistemas terminais “não – podem se adaptar, exercer inteligentes” controlo, recuperar de – telefones erros – complexidade dentro da – núcleo da Rede simples, Rede complexidade na “borda” • muitos tipos de enlaces – características diferentes12 – serviço uniforme difícil
  13. 13. Roteamento protocolo de roteamento meta: determinar caminho 5 (sequência de roteadores) “bom” 3 pela Rede da origem ao destino B C 5 2 A 2 1 F 3 Abstracção de grafo para 1 2 algoritmos de roteamento: D E 1 • Os vértices do grafo são roteadores • caminho “bom”: • arestas do grafo são os – tipicamente significa enlaces físicos caminho de menor – custo do enlace: atraso, custo financeiro, ou nível de – outras definições são congestionamento13 possíveis
  14. 14. Os protocolos de roteamento fazem uso de algoritmos de roteamento para calcular o caminho de custo mínimo da origem até o destino.Os algoritmos de roteamento usam uma “métrica de custo mínimo” para determinar o melhor caminho.
  15. 15. Métricas comuns utilizadas são a quantidade de saltos (a quantidade de conexões de roteador para roteador visitadas por um pacote a caminho do seu destino), atraso de propagação, largura de banda, tempo, utilização do canal, bem como métricas esotéricas como a taxa de erros.
  16. 16. Dois algoritmos gerais são usados para calcular informações métricas:• vector de distância• estado de enlace.
  17. 17. Algoritmos de vector de distância Um algoritmo de definição de rotas por vector de distâncias determina a distância entre os nós de origem e de destino calculando o número de saltos de roteador necessários para um pacote chegar da rede de origem à rede de destino.
  18. 18. Um exemplo de algoritmo de vector dedistâncias é o algoritmo de Bellman-Ford.Dois protocolos de definição de rotas baseadosem vector de distancias são o RIPv1 e RIPv2,que os roteadores trocam tabelas com seusvizinhos a cada 30 segundos. Tanto o RIPv1assim como RIPv2 dão suporte a, no máximo,15 saltos.
  19. 19. Algoritmo de Bellman-Ford. É baseado em vector de distancias e age no número de saltos entre um nó de origem e um destino. Para ilustrar esse algoritmo, vamos considerar o seguinte gráfico não- direccionado que ilustra uma rede.
  20. 20. Os vértices A,B,C,D,E e F podem ser entendidos como roteadores e os enlaces conectando esses vértices são canais de comunicação.Os rótulos dos enlaces representam um custo arbitrário. O nosso objectivo é encontrar o caminho mínimo de A para D usando o número de saltos como base para a nossa selecção de caminho.
  21. 21. Examinamos os custos de todos os caminhos de A paracada um dos nós com base no número de saltos.
  22. 22. No último passo (três saltos), dois caminhos são seleccionados. O primeiro caminho ABFD, representa o caminho de custo mínimo de A a D com base na métrica de saltos.O segundo caminho, ABFE, é seleccionado, pois representa o caminho de custo mínimo de A a E.O resultado final do algoritmo de Bellman-Ford é uma árvore representando o custo mínimo pago pelo nó de origem para todos os outros nós da rede.
  23. 23. A árvore de custo mínimo do nó A é:
  24. 24. Algoritmos de Estado de Enlace Num Algoritmo de Estado de Enlace, o roteador de uma rede não envia a todos os outros roteadores a sua tabela de rotas. Em vez disso, os roteadores trocam informações sobre as ligações estabelecidas com outros roteadores. Essa informação é enviada através de um anúncio de estado de ligações (LSA – link-state advertisement), que contem os nomes e as diversas métricas de custo dos vizinhos de um roteador.
  25. 25. Um exemplo de algoritmo de Algoritmo de Estado deLigações é o algoritmo de caminho mínimo de Dijkstra,que age sobre o comprimento do caminho paradeterminar a rota mais curta.Alguns protocolos de definição de rotas com base noestado de enlace são OSPF, IS-IS da OSI e o Protocolode Serviços de Ligação Netware (NLSP – Netware’s LinkServices Protocol).
  26. 26. Considere o seguinte gráfico não-direccionado que ilustrauma rede.Os vértices A,B,C,D,E e F podem ser entendidos comoroteadores e os enlaces conectando esses vértices são canaisde comunicação.Os rótulos dos enlaces representam uma métrica arbitráriade custo. O nosso objectivo é encontrar o caminho mínimode A para D com base na distância.
  27. 27. Para implementarmos esse algoritmo, vamos manter umregisto corrente dos sucessivos nós mais próximos daorigem. Vamos representar como k o n-ésimo nó maispróximo. Assim, o nó A corresponde a k = 0. Ou seja, o nómais próximo de A com distância zero é ele mesmo. Isso épasso de inicialização do algoritmo. Começamos agora abusca dos nós mais próximos sucessivos de A.
  28. 28. Primeiro nó mais próximo (k = 1)O primeiro nó mais próximo de A é B ou E, pois ambos se conectam directamente a A. Como o K Nó Caminho caminho AB tem custo menor, ele é o 0 A - seleccionado. Assim, B é o mais próximo de A. 1 B AB
  29. 29. Segundo nó mais próximo (k = 2) O segundo nó mais próximo de A pode ser (a) uma ligação directa partindo de A ou (b) através de um caminho que inclui o primeiro nó mais K Nó Caminho próximo. Os caminhos possíveis e os seus custos 0 A - associados são: ABC = 9, ABF = 8, ABE = 7 ou AE = 7. Há dois caminhos 1 B AB mais curtos: ABE e AE. Assim, E é o segundo nó mais próximo de A. 2 E ABE AE
  30. 30. Terceiro nó mais próximo (k = 3) O terceiro nó mais próximo de A deve vir de uma ligação que K Nó Caminho inclui os nós B ou E. (Não há outras ligações directas com A). 0 A - Os caminhos possíveis e os seus custos associados são: ABC = 9, 1 B AB ABF = 8, ABEF = 11 ou AEF = 11. 2 E ABE O caminho mínimo é ABF. Assim, F é o terceiro nó mais AE próximo de A. 3 F AEF
  31. 31. Quarto nó mais próximo (k = 4) O quarto nó mais próximo de A deve vir de um caminho que K Nó Caminho inclui os nós B, E ou F. 0 A - Os caminhos possíveis e os seus custos associados são: ABC = 9, 1 B AB ABFD = 13. 2 E ABE O caminho mínimo é ABC. AE Assim, C é o quarto nó mais 3 F AEF próximo de A. 4 C ABC
  32. 32. Quinto nó mais próximo (k =5) O quinto nó mais próximo de A deve vir de um caminho que inclui os nós B, E, F ou C. K Nó Caminho 0 A - Os caminhos possíveis e os seus custos associados são: ABCD = 15, ABFD = 1 B AB 13, ABEFD = 16 e AEFD = 16. 2 E ABE O caminho mínimo é ABFD. Assim, D é o quinto nó mais próximo de A. AE Como D é o nó de destino, o caminho 3 F AEF mínimo de A a D é ABFD. 4 C ABC 5 D ABFD
  33. 33. Roteamento: Propriedades DesejáveisSimplicidadeRobustez (capacidade de aceitar alterações na topologia sem ter que interromper todas as tarefas )Estabilidade (convergência)Justiça ou EquidadeOptimização 34
  34. 34. Roteamento: Propriedades Desejáveis(II) Conflito entre equidade e optimização35
  35. 35. Classificação de Algoritmos de Roteamento Informação global ou descentralizada? Global:  Todos roteadores têm informação completa de topologia, custos dos enlaces  Algoritmos: “estado de enlaces”. Descentralizada:  roteador conhece os vizinhos directos e custos até eles  processo iteractivo de cálculo, troca de informação com vizinhos  Algoritmos: “vector de distâncias”.36
  36. 36. Classificação de Algoritmos de Roteamento(II) Estático ou dinâmico? Estático: rotas mudam lentamente com o tempo Dinâmico: rotas mudam mais rapidamente actualização periódica em resposta a mudanças nos custos dos enlaces37
  37. 37. Algoritmos de Roteamento Estáticos: Rota mais curta Inundação (Flooding) Roteamento baseado no fluxo Dinâmicos: Baseado no vector de distâncias Baseado no estado do canal Roteamento Hierárquico38

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