O documento discute diversos tópicos relacionados a redes de computadores, incluindo reserva de recursos, controle de admissão, roteamento proporcional, programação de pacotes, serviços integrados, serviços diferenciados, troca de rótulos e MPLS, interconexão de redes e como conectar redes diferentes.

1. Tecnologias de Redes de
Computadores
Gustavo Sousa Pavani
Universidade Federal do ABC (UFABC)
2º Quadrimestre - 2016
Aula 10

2. 2Gustavo S. Pavani
Reserva de recursos
 A capacidade de regular o tráfego implica garantir que
todos os pacotes de um mesmo fluxo sigam a mesma rota.
 Ao se estabelecer uma rota, é necessário garantir a
capacidade necessária de:
– Largura de banda;
– Espaço de buffer;
 Alguns buffers podem ser reservados para um fluxo específico.
– Ciclos de CPU.
 Retardo pode ser grande, em vista do tempo que o pacote fica
enfileirado antes de ser enviado.
 Seja a capacidade média de processamento de pacotes por segundo
igual a , a taxa média de chegadas de pacotes por segundo igual a 
e  =  / .
 O retardo médio é dado por
 

1
11
T

3. 3Gustavo S. Pavani
Controle de admissão - 1
 Quando um fluxo é oferecido a um roteador, ele deve
determinar se aceita ou rejeita esse fluxo, em função da
sua capacidade e da quantidade de compromissos que já
assumiu com outros fluxos.
– Não é simplesmente questão de comparar os recursos solicitados
com a capacidade excedente do roteador.
 Dificuldade da aplicação em descrever as necessidades do fluxo.
 Algumas aplicações são mais tolerantes que outras na negociação dos
recursos necessários ao fluxo.
– O conjunto dos parâmetros específicos negociados é chamado de
especificação dos fluxos.
 Ao longo da rota, cada roteador examina e modifica os parâmetros
conforme o necessário. As modificações somente podem reduzir o
fluxo.
 Quando a especificação chega no destino, os parâmetros podem ser
estabelecidos.

4. 4Gustavo S. Pavani
Controle de admissão - 2
 Especificação de fluxo, baseada nas RFCs 2210 e 2211.
 Mapeamento entre a especificação de fluxo em um
conjunto de reserva de recursos é específico da
implementação e não é padronizado.
– Quanto mais restrita, melhor.

5. 5Gustavo S. Pavani
Roteamento proporcional
 A maioria dos algoritmos de roteamento tenta achar um
melhor caminho para cada destino e enviar todo o tráfego
para esse destino pelo melhor caminho.
 Um abordagem diferente, é dividir o tráfego
correspondente a cada destino entre vários caminhos.
– Um método simples é dividir o tráfego igualmente ou torná-lo
proporcional à capacidade dos enlaces de saída.

6. 6Gustavo S. Pavani
Programação de pacotes - 1
 Um fluxo pode receber muito mais recursos do que
permite sua capacidade e prejudicar todos os outros
fluxos, pois um transmissor agressivo pode capturar a
maior parte dos roteadores por onde passam seus
pacotes.
– Para evitar esse problema, foram criados vários algoritmos de
programação de pacotes.
 Enfileiramento justo.
– Os roteadores têm filas separadas para cada linha de saída, uma
para cada fluxo.
 Quando uma linha fica ociosa, o roteador varre as filas em rodízio,
tomando o primeiro pacote da fila seguinte. Desse modo, com n hosts
competindo por uma dada linha de saída, cada host chega a enviar um
dentre cada n pacotes.
 Problema: oferece mais largura de banda para hosts com pacotes
grandes do que para hosts que utilizam pacotes pequenos.
– Solução: simular um rodízio byte a byte, classificando os pacotes
em ordem de término e enviando-os nessa ordem.

7. 7Gustavo S. Pavani
Programação de pacotes - 2
– Problema: dá a todos os hosts a mesma prioridade.
 Em muitas situações, é necessário dar maior largura de banda a
alguns hosts.
– Solução: enfileiramento justo ponderado, onde há pesos, de forma
que esses hosts possam receber dois ou mais bytes por pulso.
 Às vezes, o peso é igual ao número de fluxos que saem de uma
máquina, de forma que cada processo recebe uma largura de banda
equivalente.

8. 8Gustavo S. Pavani
Serviços integrados - 1
 IETF definiu uma arquitetura para multimídia de fluxos.
– Algoritmos baseados em fluxo ou serviços integrados (RFC
2205 até 2210).
 Foca nas aplicações de unidifusão e multidifusão (multicasting).
 RSVP – Resource reSerVation Protocol.
– Descrito inicialmente na RFC 2205.
– É empregado para fazer reservas de recursos.
 Permite que vários transmissores enviem dados para vários grupos de
receptores. Torna possível que vários receptores individuais mudem
livremente de canais. Otimiza o uso da largura de banda ao mesmo
tempo que otimiza o desempenho.
– Na sua forma mais simples, o protocolo utiliza roteamento por
multicasting com árvores de amplitude.
 Informações extras transmitidas periodicamente ao grupo a fim de
informar aos roteadores ao longo da árvore que devem manter certas
estruturas de dados em suas respectivas memórias.

9. 9Gustavo S. Pavani
Serviços integrados - 2
– Exemplo: Hosts 1 e 2 são transmissores do multicasting e os hosts
3, 4 e 5 são os receptores do multicasting.
 Uso de árvores de multicasting para cada grupo.

10. 10Gustavo S. Pavani
Serviços integrados - 3
– Para obter uma melhor recepção e eliminar o congestionamento, qualquer
um dos receptores de um grupo pode enviar uma mensagem de reserva
pela árvore para o transmissor.
 A mensagem é propagada com a utilização do algoritmo de encaminhamento
pelo caminho inverso. Em cada hop, o roteador detecta a reserva e guarda a
largura de banda necessária. Se não há largura de banda disponível, ele deve
reportar a falha.
 No momento em que a mensagem retorna à origem, a largura de banda já terá
sido reservada ao longo de todo o caminho entre o transmissor e o receptor.

11. 11Gustavo S. Pavani
Serviços integrados - 4
– Ao fazer uma reserva, um receptor pode opcionalmente especificar
uma ou mais origens a partir das quais deseja receber
informações.
 Deve especificar se as opções são fixas ou se tem o desejo de manter
em aberto a opção de alterar essas opções mais tarde.
 Os roteadores utilizam essas informações para otimizar o
planejamento da largura de banda.
 Por exemplo, dois receptores só são configurados para compartilhar
um caminho se ambos concordarem em não alterar as origens
posteriormente.
 Assim, a largura de banda reservada é desacoplada da opção pela
origem. Quando um receptor reserva a largura de banda, ele pode
alternar para outra origem e manter a parte do caminho que for válida
para a nova origem.

12. 12Gustavo S. Pavani
Serviços diferenciados - 1
 Os serviços integrados têm a desvantagem de exigirem uma
configuração antecipada antes de estabelecer um fluxo.
– Isso não se ajusta bem quando existem milhares ou milhões de
fluxos.
– Além disso, eles mantém o estado interno por fluxo nos roteadores.
– Finalmente, o RSVP (e assemelhados) possui uma implementação
complexa, além de exigir trocas complexas entre roteadores a fim de
configurar os fluxos.
 O IETF criou uma abordagem mais simples para oferecer
qualidade de serviço, que não requer configuração
antecipada e que não envolve toda a rota do fluxo.
– Qualidade de serviço baseada na classe.
– O IETF padronizou uma arquitetura baseada para ela, que é
chamada de arquitetura de serviços diferenciados (RFC 2474 e
2475).

13. 13Gustavo S. Pavani
Serviços diferenciados - 2
 Os serviços diferenciados podem ser oferecidos por um
conjunto de roteadores que formam um domínio
administrativo.
– Se define um conjunto de classes de serviço com regras de
encaminhamento correspondentes.
 Uso do campo Tipo de serviço.
 Como não há nenhuma configuração antecipada, nenhuma reserva de
recursos e nenhuma negociação fim a fim para cada fluxo, a
implementação dos serviços diferenciados é bem mais simples do que
a dos serviços integrados.
 Encaminhamento expedido (Expedited forwarding)
– Descrito na RFC 3246.
– Há duas classes de serviços disponíveis: regular e expedido.
 A vasta maioria do tráfego deve ser regular, mas uma pequena fração
é expedida, que deve trafegar pela sub-rede como se nenhum outro
pacote estivesse presente.

14. 14Gustavo S. Pavani
Serviços diferenciados - 3
– Um modo de implementar essa estratégia é programar os roteadores
para terem duas filas de saída para cada linha de saída: uma para
pacotes regulares e outra para pacotes expedidos.
 Quando um pacote chega, ele é enfileirado conforme seu tipo.
 Deve-se fornecer mais largura de banda a fila dos pacotes expedidos do
que a quantidade de pacotes expedidos que trafegam na rede em
relação aos pacotes regulares, para se obter um baixo retardo, mesmo
que a sub-rede estiver sob uma carga de tráfego pesada.

15. 15Gustavo S. Pavani
Serviços diferenciados - 4
 Encaminhamento garantido
– Descrito na RFC 2597.
– Especifica quatro classes de prioridade, cada uma com seus
recursos.
 Também define três probabilidades de descarte de pacotes que
estejam sofrendo congestionamento: baixa, média e alta.
 Considerados em conjunto, esses dois fatores definem 12 classes de
serviço.
– O host transmissor ou o roteador de ingresso devem classificar os
pacotes em uma das quatro classes de prioridade.
 Os pacotes são marcados de acordo com sua classe. No IP há um
campo de 8 bits (Type of Service) que pode ser usado para esse
propósito.
– Os pacotes são passados por um filtro modelador/regulador que
pode retardar ou descartar alguns deles para modelar os 4 fluxos
em formas aceitáveis.
 Pode ser usado o balde furado, o balde de símbolos ou qualquer
esquema mais elaborado.

16. 16Gustavo S. Pavani
Serviços diferenciados - 5

17. 17Gustavo S. Pavani
Troca de rótulos e MPLS - 1
 Uso de um rótulo (label) no início de cada pacote para
permitir que o roteamento seja feito com base no rótulo e
não no endereço de destino.
– Para rotear, basta fazer uma pesquisa em tabela, de forma que o
roteamento é feito com bastante rapidez. Também facilita a reserva
de recursos ao longo do caminho.
 MPLS (MultiProtocol Label Switching)
– Definido na RFC 3031 e em várias outras.
– Problema de onde pôr o rótulo, pois não existia nenhum campo
disponível no pacote IP.
– Novo cabeçalho MPLS antes do cabeçalho IP.
 Campo Label que contém o rótulo.
 Campo QoS que indica a classe de serviço.
 Campo S para indicar o empilhamento de rótulos.
 Campo TTL.

18. 18Gustavo S. Pavani
Troca de rótulos e MPLS - 2
– O cabeçalho do MPLS não faz parte nem do pacote da camada de
rede nem do quadro da camada de enlace de dados.
 Independente dessas camadas.
– O rótulo é usado como um índice da tabela, que determina a linha
de saída e o novo valor do rótulo.
 Rótulo tem significado local.

19. 19Gustavo S. Pavani
Troca de rótulos e MPLS - 3
– É comum os roteadores agruparem vários fluxos de um mesmo
roteador ou LAN em um único rótulo.
 Esses fluxos formam um FEC (Forwarding Equivalence Class).
 Todos os pacotes são tratados do mesmo modo para fins de
encaminhamento.
– Há duas maneiras de se criar entradas na tabela de roteamento:
 Orientada para dados: quando um pacote chega, o primeiro roteador
que ele acessa entra em contacto com o próximo roteador por onde o
pacote deve passar e pede que ele gere um rótulo para o fluxo. Uso
da técnica de threads coloridos para evitar laços.
 Orientada a controle: Quando um roteador é inicializado, ele verifica
quais as rotas ele é o destino final. Em seguida, cria uma ou mais
FECs para elas, aloca um rótulo para cada uma e repassa os rótulos
para seus vizinhos. Esse mecanismo é repetido até que todos os
roteadores tomem conta do caminho. Os recursos podem ser
reservados à medida que o caminho é construído.

20. 20Gustavo S. Pavani
Interconexão de redes
 Até agora supomos que havia uma única rede homogênea,
com cada máquina usando o mesmo protocolo em cada
camada.
 Existem uma série de questões que surgem quando duas ou
mais redes são interconectadas para formar uma inter-rede.

21. 21Gustavo S. Pavani
Diferenças entre redes - 1
 Quando os pacotes enviados por uma origem em uma
rede devem transitar por uma ou mais redes externas
antes de chegar à rede destino podem ocorrer muitos
problemas nas interfaces existentes entre as redes.
– Rede orientada a conexões e rede sem conexões.
– Conversões de protocolo.
– Conversões de endereço.
– Redes que não aceitam multicasting.
– Diferentes tamanhos máximos usados por redes distintas.
– Diferenças em qualidades de serviço.
– Diferenças nos mecanismos de controle de erro, fluxo e
congestionamento.
– Diferentes mecanismos de segurança, definições de parâmetro,
regras de contabilidade e mesmo leis de privacidade nacionais.

22. 22Gustavo S. Pavani
Diferenças entre redes - 2

23. 23Gustavo S. Pavani
Como conectar redes - 1
 As redes podem ser interconectadas por diversos
dispositivos diferentes:
– Camada física: hubs ou repetidores.
– Camada de enlace de dados: pontes e switches.
– Camada de rede: roteador.
 Se duas redes tiverem camada de rede distintas, o roteador deve ser
capaz de realizar a conversão entre os formatos de pacote. Nesse
caso, o roteador é dito multiprotocolo.
– Camada de transporte: gateway de transporte.
 Exemplo: TCP e SNA.
– Camada de aplicação: gateway de aplicação.
 Diferença entre o caso comutado e o caso roteado.
– No switch, o quadro inteiro é transportado, de acordo com o
endereço MAC.
 Não precisa conhecer o protocolo de camada de rede que está sendo
usado para comutar os pacotes.

24. 24Gustavo S. Pavani
Como conectar redes - 2
– No roteador, o pacote é extraído do quadro e o endereço contido
no pacote é usado com o objetivo de definir para onde enviá-lo.
(a) Duas redes Ethernet conectadas por switch.
(b) Duas redes Ethernet conectadas por roteadores.

25. 25Gustavo S. Pavani
Circuitos virtuais concatenados - 1
 No modelo de circuitos virtuais concatenados é
estabelecido uma conexão para um host de uma rede
distante, de forma semelhante ao modo como as conexões
normalmente são estabelecidas.
– A sub-rede percebe que o destino é remoto e cria um circuito
virtual até o roteador mais próximo da rede de destino.
– Em seguida, constrói um circuito virtual desse roteador até um
gateway exterior. Esse gateway registra a existência do circuito
virtual em suas tabelas e continua a construir um outro circuito
virtual até o roteador da próxima sub-rede.
– Esse processo continua até que o host de destino seja alcançado.
– Quando os pacotes de dados começam a fluir ao longo do
caminho, cada gateway transmite os pacotes que chegam, fazendo
a conversão entre os formatos de pacotes e números de circuito
virtuais, se necessário.

26. 26Gustavo S. Pavani
Circuitos virtuais concatenados - 2
 Sequência de circuitos virtuais entre origem e destino
passando por um ou mais gateways.
– Funciona melhor se todas as redes têm aproximadamente as
mesmas propriedades.

27. 27Gustavo S. Pavani
Interconexão de redes sem conexões
 Esse modelo não exige que todos os pacotes pertencentes
a uma mesma conexão percorram a mesma sequência de
gateways.
– Problemas de conversão de protocolo.
– Problemas de endereçamento. Exemplo: IP e SNA.
– Mas possibilita a interligação de sub-redes que não usam circuitos
virtuais.

28. 28Gustavo S. Pavani
Tunelamento
 Quando os hosts de origem e destino estão no mesmo tipo
de rede, mas há uma rede de outro tipo entre eles, é
possível usar a técnica de tunelamento (tunneling).
– A rede intermediária pode ser considerada um grande túnel, que se
estende de um roteador multiprotocolo a outro.