Ccna1 10 - fundamentos de routing e de sub-redes

CCNA 1
Conceitos Básicos de Redes

Módulo 10
Fundamentos de Routing e de
Sub-redes

Protocolos Roteados
(Routed Protocols)

2

Protocolos Roteáveis e Roteados
Routable and Routed Protocols
Um protocolo roteado permite ao router encaminhar
dados entre nós de diferentes redes.
Um protocolo roteável tem a capacidade de
atribuir um número de rede e um número de host a
cada dispositivo.
Alguns protocolos, como o IPX, exigem apenas um
número de rede, porque utilizam o endereço MAC do
host para o número do host.
Outros protocolos, como o IP, exigem um endereço
completo, que consiste numa parte da rede e uma parte
do host.
Esses protocolos também exigem uma máscara de
rede para diferenciar os dois números.
O endereço de rede é obtido pela operação AND
do endereço com a máscara de rede.
3


4

A razão para a utilização de uma máscara de rede é permitir
que grupos de endereços IP sequenciais sejam tratados
como uma única unidade.

5

IP como Protocolo Roteado
O IP (Internet Protocol) é um protocolo de entrega não
orientado à ligação, não fiável e com entrega de melhor
esforço.
Não orientado à ligação
Não é estabelecido nenhum circuito antes da
transmissão
Entrega de melhor esforço
O IP não verifica que a informação chegou ao
destinatário.

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Aplicação Informação

Transporte Segmento Portos Portod Informação

Rede Datagrama IPs IPd Portos Portod Informação

Dados Trama MACd MACs IPs IPd Portos Portod Informação

Físico

8

Propagação de Pacotes e Comutação num Router

9

O router recebe um pacote de informação de uma das suas
interfaces:
O datagrama é extraído da Trama.
São analisados os endereços IP do datagrama.
O datagrama é encapsulado numa trama.
A nova Trama é transmitida por uma das interfaces
do router.
Endereço MAC do Router
ou de Broadcast


Dados

Físico Trama MACd MACs

A Trama vazia é descartada
Endereço MAC do Host ou
Router de origem
O Datagrama é extraído da Trama
10

Os endereços MAC são alterados de cada vez que um
datagrama passa por um router.

Endereço MAC
do Router


Dados

Físico Trama MACd MACs

Endereço MAC do Host
ou Router de destino É criada uma nova Trama

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Internet Protocol (IP)
O IP é um serviço não orientado à ligação.
A rota dos pacotes é determinada pelos
routers.

22

Anatomia de um pacote IP
Datagrama IP
0 4 8 15 16 31

Version HLen Type of Servive Total Lenght
DM
Identification 0 Fragment Offset
FF
Header TTL Protocol Header Checksum 20 bytes

Source IP Address

Destination IP Address

Options (if any)

Data

32 bits

23

Version (4 bits )– especifica a versão do protocolo IP.
4 se for um pacote IPv4
6 se este for um pacote IPv6.
O campo Tipo de protocolo no cabeçalho da
camada 2 é utilizado para este efeito.
HLen (4 bits) –Header Lenght , indica a dimensão do
cabeçalho do datagrama em palavras de 32 bits.
Type of Service (8 bits) – especifica o nível de importância
atribuído ao datagrama.
Total Lenght (16 bits) – especifica a dimensão total do
pacote em octetos.

24

Identification (16 bits) – contém um número inteiro que
identifica o datagrama. Todos os fragmentos do mesmo
datagrama têm a mesma identificação.
Flags (3 bits) – Os dois bits de ordem inferior controlam a
fragmentação.
DF - indica se o pacote pode ser fragmentado;
MF- indica se este é o último fragmento de uma série
de fragmentados de um pacote.
Fragment Offset (13 bits) – Indica a localização do
fragmento no datagrama original.
TTL (8 bits) – Especifica o número de saltos que o
datagrama pode efectuar.
Este número é decrementado de cada vez que o
pacote passa por um router.
Quando chega a zero, o pacote é descartado.
25

Protocol (8 bits) – Indica o protocolo da camada de
transporte, por exemplo, TCP ou UDP.
Header Checksum (16 bits) – Verifica a existência de
erros no cabeçalho IP.
Source IP Address (32 bits) - Endereço IP de origem,
especifica o endereço IP do emissor.
Destination Ip Address (32 bits) - Endereço IP de destino,
especifica o endereço IP do destinatário.
Options (variável) – Opções, permite ao protocolo IP
suportar várias opções.
Data (variável) – Contém as informações das camadas
superiores.
Dimensão máxima 64 Kb.

26

Protocolos de Routing IP

27

Routing
Routing
Função da camada de Rede.
Processo de localizar o caminho mais eficiente entre
dois dispositivos.
O dispositivo que executa o processo de routing é o
router.

28

Routing

29

Routing
Tabelas de routing
Quando um pacote chega a uma interface, o router
utiliza a sua tabela de routing para determinar por que
interface deve enviar o pacote.
Os routers podem comunicar entre si de modo a
trocarem informação de routing.
Esta função é executada por um protocolo de
routing.

30

Routing
Métricas de Routing
Um router utiliza uma ou mais métricas para
determinar o caminho ideal por onde o tráfego da rede
deve ser encaminhado.
Métricas de routing são valores utilizados para
determinar a vantagem de uma rota sobre a outra.
Os protocolos de routing utilizam várias combinações
de métricas para determinar a melhor rota.

31

Routing versus Switching
O Routing ocorre no nível de rede.
O Switching ocorre no nível de dados.
Não utilizam a mesma informação para o
encaminhamento das mensagens.
Routing – endereços IP.
Switching – endereços MAC.

32

Os endereços IP têm uma estrutura hierárquica de
endereçamento.
A numeração dos telefones tem uma estrutura semelhante.
Os endereços MAC não têm qualquer estrutura.
Os switches têm de manter uma entrada na sua tabela de
endereços MAC para todos os endereços MAC da rede.

33

Tabelas ARP e Tabelas de Routing
Cada interface dos computadores ou routers mantêm
uma tabela ARP.
Os routers mantêm tabelas de routing.

34

Comparação entre Routers e Switches
Os switches não bloqueiam os broadcasts.
Como resultado, os switches podem ficar
sobrecarregados por tempestades de broadcast.
Os routers bloqueiam os broadcasts da rede local.
Uma tempestade de broadcast afecta apenas o domínio
de broadcast que a originou.
Como os routers bloqueiam os broadcasts fornecem um
nível de segurança e de controlo de largura de banda superior
ao dos switches.
Recurso Router Switch
Velocidade Mais lento Mais rápido
Camada OSI Rede (3) Dados (2)
Endereço IP MAC
Broadcast Bloqueia Encaminha
Segurança Mais alta Mais baixa 35

Roteado versus Routing
Protocolos Roteados
Os protocolos utilizados na camada de rede que
transferem dados de um host para outro através de um
router são chamados protocolos roteados ou roteáveis.
Os protocolos de routing permitem aos routers
escolher o melhor caminho para os pacotes.

36

Protocolos de Routing
Os routers utilizam protocolos de routing para troca
de informação de routing.
Os protocolos de routing permitem aos routers
direccionar protocolos roteados.
Funções de um protocolo de routing:
Fornecer métodos para a partilha de informações
de rotas.
Permitir aos routers comunicar entre si de modo a
actualizarem e manterem as suas tabelas de routing.

37

Exemplos de protocolos de routing que suportam o
protocolo roteado IP:
RIP - Routing Information Protocol
IGRP - Interior Gateway Routing Protocol
OSPF - Open Shortest Path First
BGP - Border Gateway Protocol
EIGRP - Enhanced IGRP

38


39

Determinação do Caminho
O caminho é determinado pelo router a partir da
comparação do endereço IP do destinatário e das rotas
disponíveis na sua tabela de routing.
Rotas estáticas - Rotas configuradas manualmente
pelo administrador.
Rotas dinâmicas - Rotas aprendidas com o recurso a
um protocolo de routing.

40


Qual a melhor rota até à Universidade? Existem várias escolhas
possíveis mas qual é a mais rápida, a mais segura, a mais curta ou a
mais fiável?
As mesmas questões são colocadas e respondidas no routing de
pacotes de informação.
41


42

Tabelas de Routing
As tabelas de Routing contêm:
Tipo de protocolo – Protocolo de routing que criou a
entrada da tabela de routing.
Associação destino/próximo salto – Indica se um
destino específico está directamente ligado ao router ou
se pode ser alcançado com o recurso a outro router,
chamado próximo salto no trajecto até o destino final.

43

Tabelas de Routing
As tabelas de Routing contêm:
Métrica – Protocolos de routing diferentes utilizam
métricas de routing diferentes.
RIP - Routing Information Protocol, utiliza a
contagem de saltos como única métrica de routing.
IGRP - Interior Gateway Routing Protocol, utiliza
uma combinação de métricas (largura de banda,
carga, atraso e fiabilidade) para criar um valor de
métrica composto.
Interface de saída– A interface na qual os dados
devem ser enviados, para que cheguem ao destino final.

44

Tabelas de Routing

45

Tabelas de Routing
Os routers comunicam uns com os outros de modo a
manterem as suas tabelas de routing actualizadas.
Trocam mensagens de actualização de routing.
As mensagens são enviadas:
Periodicamente;
Quando há alterações na topologia da rede.
Os routers enviam:
Toda a tabela de routing em cada actualização;
Somente as rotas que sofreram alterações.

46

Algoritmos e Métricas de Routing
As métricas de Routing são os valores utilizados
para a determinação do melhor caminho até ao
próximo salto.
Número Máximo
Protocolo Métrica Origem
de saltos
RIP Contagem de saltos 15 Xerox

Largura de Banda
Carga
IGRP 255 Cisco
Atraso
Fiabilidade

47

Optimização – A optimização descreve a capacidade do
algoritmo de routing para seleccionar a melhor rota. A rota
escolhida dependerá das métricas e dos pesos das métricas
utilizadas no cálculo.
Por exemplo, um algoritmo pode usar métricas de
contagem de saltos e de atraso, mas considerar as
métricas de atraso mais importantes no cálculo.
Simplicidade – Quanto mais simples o algoritmo mais
eficientemente será processado pelo router.
Isto é importante para o dimensionamento da rede de
grandes proporções.
Robustez e estabilidade – Um algoritmo de routing deve
funcionar correctamente caso enfrente circunstâncias
anormais ou imprevistas.
Por exemplo: falhas de hardware, condições de
cargas elevadas ou erros de implementação.
48

Flexibilidade – Um algoritmo de routing deve adaptar-se
rapidamente a diversas alterações da rede.
Estas alterações incluem disponibilidade e memória
do router, alterações na largura de banda e atraso da
rede.
Convergência rápida – Convergência é o processo de
concordância de todos os routers nas rotas disponíveis.
Quando um evento de rede altera a disponibilidade
de um router, são necessárias actualizações para
restabelecer a conectividade da rede.
Algoritmos de routing com convergência lenta
podem impedir a entrega de pacotes.

49

Largura de banda – A capacidade de transmissão de uma
ligação.
Uma ligação Ethernet a 10 Mbps é preferível a uma
linha alugada de 64 kbps.
Atraso – O tempo necessário para entregar um pacote ao
destino.
O atraso depende da largura de banda das ligações
intermediárias, da quantidade de informação que pode
ser armazenada temporariamente em cada router, do
congestionamento da rede e da distância física.
Carga – Actividade num recurso da rede como, por
exemplo, um router ou uma ligação.
Fiabilidade – Normalmente, uma referência à taxa de
erros de cada ligação. 50

Contagem de saltos – Número de routers até ao destino.
Cada router pelo qual os dados passam é igual a um salto.
Se vários caminhos estão disponíveis para um
destino, o preferido será aquele com o menor número
de saltos.
Ticks – O atraso numa ligação que utiliza clock ticks
(impulsos do relógio) do PC IBM.
Um tick corresponde a aproximadamente 1/18 de
segundo.
Custo – Um valor arbitrário, normalmente baseado na
largura de banda, despesa ou em outra medida atribuído
por um administrador de rede.

51

IGP e EGP
Um sistema autónomo é uma rede ou um conjunto de
redes sob controlo administrativo comum.
Interior Gateway Protocols (IGPs) - operam dentro
de um sistema autónomo.
Exterior Gateway Protocols (EGPs) - ligam sistemas
autónomos diferentes.

52

IGP e EGP
Os IGPs encaminham pacotes dentro de um
sistema autónomo.
Routing Information Protocol (RIP) e (RIPv2)
Interior Gateway Routing Protocol (IGRP)
Enhanced Interior Gateway Routing Protocol
(EIGRP)
Open Shortest Path First (OSPF)
Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS)
Os EGPs encaminham pacotes entre sistemas
autónomos.
Border Gateway Protocol (BGP).

53

Link State e Vector Distance
Os IGPs podem ser descritos como protocolos de vector
distance ou de link state.
Vector distance
As tabelas de routing contêm a distância e a
direcção (vector) para as ligações da rede.
A distância pode ser a contagem de saltos até à
ligação.
Os routers enviam periodicamente toda ou parte
das suas da tabelas de routing para os routers
adjacentes.
As tabelas são enviadas mesmo que não haja
alterações na rede.
Este processo também é conhecido como routing
por rumor.
A imagem que um router tem da rede é obtida
a partir da perspectiva dos routers adjacentes.
54

Vector distance
Exemplos de protocolos vector distance:
Routing Information Protocol (RIP) – O IGP mais
comum na Internet, o RIP usa a contagem de saltos
como única métrica de routing.
Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) – Este
IGP foi criado pela Cisco para atacar problemas
associados ao routing em redes grandes e
heterogéneas.
Enhanced IGRP (EIGRP) – Este IGP exclusivo da
Cisco inclui muitos dos recursos de um protocolo de
routing link state.
Por isso, é considerado um protocolo híbrido
balanceado mas é, na verdade, um protocolo
avançado de routing de vector distance.

55

Link State
Os protocolos de routing link state foram criados
para superar as limitações dos protocolos de routing
distance vector.
Respondem rapidamente a alterações da rede,
enviando actualizações somente quando ocorrem
alterações.
São enviadas actualizações periódicas (Link-state
advertisements - LSA) em intervalos maiores, por
exemplo a cada 30 minutos.

56

Link State
Quando uma rota ou uma ligação muda, o
dispositivo que detectou a alteração cria um LSA
relativo a essa ligação.
O LSA é transmitido a todos os routers vizinhos.
Cada router actualiza a sua base de dados de link
states e encaminha esse LSA a todos os routers
vizinhos.
Esta inundação de LSAs é necessária para garantir
que todos os dispositivos de routing tenham bases de
dados que sejam o reflexo da topologia da rede antes
de actualizarem as suas tabelas de routing.
Exemplos de protocolos de routing link state:
Open Shortest Path First (OSPF)
Intermediate System-to-Intermediate System (IS-
IS) 57

RIP
Protocolo de routing distance vector
Contagem de saltos como única métrica.
O RIP selecciona aquele com o menor número de
saltos.
No entanto, como a contagem de saltos é a única
métrica de routing nem sempre é seleccionado o
caminho mais rápido.
ORIP não pode encaminhar um pacote além de 15
saltos.
O RIP versão 1 (RIPv1) não inclui informações
sobre máscaras de rede nas actualizações de routing.
Todos os dispositivos da rede têm de utilizar a
máscara associada à sua classe.
Classful routing - Routing por classes.
58

RIP
O RIP versão 2 (RIPv2) fornece routing de
prefixo e envia informações sobre as máscaras
de sub-rede nas actualizações de routing.
Este processo é conhecido como classless
routing (sem classes).
Com os protocolos classless routing,
subredes diferentes dentro da mesma rede
podem ter máscaras de sub-rede diferentes.
A utilização de diferentes máscaras de sub-
rede na mesma rede é definido como variable-
length subnet masking (VLSM - mascaramento
de sub-redes de tamanho variável).
59

IGRP
Protocolo de routing distance vector desenvolvido
pela Cisco.
O IGRP foi criado especificamente para atacar
problemas associados ao routing em redes de grande
porte que estavam além do alcance de protocolos como
o RIP.
Pode seleccionar o caminho mais rápido disponível
com base no atraso, na carga e na fiabilidade.
Tem um limite máximo para a contagem de saltos
mais alto do que o RIP.
Utiliza somente routing classful.

60

OSPF
Protocolo de routing link state desenvolvido pelo
IRTF (Internet Engineering Task Force) em 1988.
O OSPF foi escrito para atender às necessidades de
redes de grande porte o que não podia ser feito pelo
RIP.

61

IS-IS
O Intermediate System-to-Intermediate System (IS-
IS) é um protocolo de routing link state utilizado para
protocolos roteados diferentes do IP.
O Integrated IS-IS é uma implementação expandida
do IS-IS que suporta vários protocolos roteados,
inclusive IP.

62

EIGRP
Como o IGRP, o EIGRP é um protocolo exclusivo
da Cisco.
O EIGRP é uma versão avançada do IGRP.
É mais eficiente, converge mais rapidamente e gasta
menos largura de banda.
É um protocolo distance vector avançado que
também utiliza funções de protocolos link state.
Deste modo é por vezes considerado como um
protocolo de routing híbrido.

63

BGP
O Border Gateway Protocol é um protocolo EGP
(External Gateway Protocol).
Permite a troca informações de routing entre sistemas
autónomos, ao mesmo tempo que garante a selecção de
caminhos livre de loops
O BGP é o principal protocolo de routing utilizado pelas
maiores empresas e ISPs (Internet Service Providers) na
Internet.
O BGP4 é a primeira versão do BGP que suporta routing
entre domínios (CIDR) e agregação de rotas.
Ao contrário dos protocolos Internal Gateway Protocols
(IGPs), como o RIP, OSPF e EIGRP, o BGP não utiliza
métricas como a contagem de saltos, largura de banda ou
atraso.
O BGP toma decisões de routing com base em
políticas de rede ou regras.
64

Divisão em sub-redes

65

Classes de Endereços IP

66

Divisão em Sub-redes
Sub-
Para criar a estrutura de sub-rede, alguns bits do
host devem ser atribuídos como bits da sub-rede.
Este processo é chamado pedir bits emprestados ou
emprestar bits.
Os endereços de sub-rede incluem a parte da rede de
classe A, classe B e classe C, mais um campo de sub-
rede e um campo de host.
O campo da sub-rede e o campo do host são criados
a partir da parte original do host do endereço IP
principal.
A capacidade de dividir a parte do host original do
endereço nos novos campos de sub-rede e de host
proporciona flexibilidade de endereçamento ao
administrador da rede.

67

Sub-
Divisão de uma classe C

68

Sub-
A divisão em sub-redes permite que o administrador da
rede ofereça contenção de broadcast e segurança aos níveis
inferiores na rede local.
Proporciona alguma segurança, pois o acesso a outras sub-redes
está disponível somente através dos serviços de um router.
Além disso, a segurança de acesso pode ser proporcionada com
o uso de listas de acesso.
Estas listas podem permitir ou negar acesso a uma sub-rede
com base em diversos critérios, proporcionando, assim, mais
segurança.
A divisão em sub-redes é uma função interna da rede.
Para fora da rede, a rede é vista como uma única rede sem que
sejam apresentados detalhes da sua estrutura interna.
Dado o endereço do nó local 147.10.43.14, pertencente à sub-
rede 147.10.43.0, o mundo externo à LAN vê apenas a rede
principal 147.10.0.0.
O endereço da sub-rede 147.10.43.0 é utilizado apenas
dentro da LAN à qual a sub-rede pertence.
69

Máscara de Sub-rede
Sub-
A selecção do número de bits utilizados no
processo de sub-redes depende do número
máximo de hosts exigido por cada sub-rede.
Os dois últimos bits do último octeto,
independentemente da classe de endereço IP,
jamais poderão ser atribuídos à sub-rede.
O uso de todos os bits disponíveis para criar
sub-redes, com excepção dos dois últimos,
resultará em sub-redes com apenas dois hosts
utilizáveis.
Este é um método prático para a conservação
de endereços no endereçamento de ligações série
nos routers.
Bits emprestados 1 2 3 4 5 6 7 8
Valor 128 64 32 16 8 4 2 1
70

Sub-
A máscara de sub-rede fornece ao router as
informações necessárias para determinar em que
rede e sub-rede um host específico reside.
A máscara de sub-rede é criada com o uso de 1s
binários nas posições dos bits relativos à rede.
Os bits da sub-rede são determinados com a adição do
valor às posições dos bits tomados por empréstimo.
Formato com barras /25 /26 /27 /28 /29 /30 N/A N/A
Máscara 128 192 224 240 248 252 254 255
Valor 128 64 32 16 8 4 2 1

71

Sub-
Se tiverem sido emprestados três bits, a máscara para um
endereço de classe C será 255.255.255.224.
Esta máscara também pode ser representada, no formato de
barras, como /27.
O número após a barra é o total de bits usados para a parte da
rede e da sub-rede.

224 no quarto octeto representa o valor total dos bits
emprestados
128 64 32 16 8 4 2 1
1 1 1 0 0 0 0 0

3 bits emprestados
124 + 64 + 32 = 224

72

Sub-
Para determinar o número de bits necessários é necessário
saber-se quantos hosts são necessários na maior sub-rede e
o número de sub-redes.
Por exemplo, a rede requer 30 hosts e cinco sub-redes.
Utilizando a tabela de divisão em sub-redes e consultando a
linha Hosts utilizáveis, a tabela indica que, para 30 hosts
utilizáveis, são necessários três bits.
A tabela também mostra que para três bits são criadas seis
sub-redes utilizáveis.
Formato com barras /25 /26 /27 /28 /29 /30 N/A N/A
Máscara 128 192 224 240 248 252 254 255
Valor 128 64 32 16 8 4 2 1
Número de Sub-redes 4 8 16 32 64
Sub-redes utilizáveis 2 6 14 30 62
Número de hosts 64 32 16 8 4
Hosts utilizáveis 62 30 14 6 2

73

Sub-
A diferença entre hosts utilizáveis e total de hosts
resulta do uso do primeiro endereço disponível como ID
e do último endereço disponível como broadcast para
cada sub-rede.
Tomar emprestado o número apropriado de bits para
acomodar o número necessário de sub-redes e de hosts
por sub-rede pode ser resultado de um acto de
balanceamento, que pode resultar em endereços de host
não utilizados em múltiplas sub-redes.
A capacidade de usar estes endereços não é fornecida
em routing classful.
Sub-redes utilizáveis = 2nº de bits emprestados-2
Hosts utilizáveis = 2nº de bits restante de host-2

74

Aplicação da Máscara de Sub-rede
Sub-

$ % & $
'

!

"

#

(

75

Divisão de Classes A e B em Sub-redes
Sub-
O procedimento de divisão em sub-redes das
classes A e B é idêntico ao da classe C, excepto
que pode envolver um número significativamente
maior de bits.
O número de bits disponíveis para atribuição ao
campo de sub-rede em um endereço de Classe A é 22,
enquanto num endereço de classe B é de 14 bits.

76

Cálculo da Sub-rede através de And
Sub-

Endereço do pacote 201.10.11.65 11001001.00001010.00001011.010000001

And
Máscara 255.255.255.224 11111111.11111111.11111111.11100000

Endereço da Sub-rede 201.10.11.64 11001001.00001010.00001011.010000000

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