Roteamento: Fundamentos e Tipos device_hub

Como pacotes encontram seu caminho na rede global

O Que É Roteamento?

Roteamento é o processo crucial de encaminhar pacotes de dados de uma rede de origem para uma rede de destino. Os roteadores são os dispositivos que tomam essas decisões, consultando suas tabelas de roteamento. Os protocolos de roteamento, por sua vez, definem como essas tabelas são construídas e mantidas, garantindo que o tráfego encontre o melhor caminho (Kurose §4.5).

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business

O que é um AS (Sistema Autônomo)?

Um AS (Autonomous System) é um conjunto de redes IP (roteadores e suas redes internas) sob uma única e comum administração (por exemplo: uma grande operadora de telecomunicações, uma universidade, ou uma empresa multinacional). Cada AS possui um número único globalmente (ASN - Autonomous System Number) e é responsável por:

  • Gerenciar suas próprias políticas de roteamento.
  • Utilizar protocolos de roteamento interno (IGP) para gerenciar o tráfego dentro do seu próprio AS (ex: OSPF, RIP).
  • Conectar-se a outros ASes através de protocolos de roteamento externo (EGP), principalmente o BGP, para troca de informações de rota na Internet.

Exemplo: AS 26599 (UFPR), AS 1916 (TIM).

Tipos de Roteamento

A forma como as tabelas de roteamento são construídas pode ser classificada em:

Roteamento Estático

As rotas são configuradas manualmente pelo administrador da rede. São fixas e não se ajustam automaticamente a mudanças na topologia. Ideal para:

  • Redes muito pequenas e estáveis.
  • Conexões ponto-a-ponto específicas.
  • Rotas padrão (default routes) para enviar todo o tráfego desconhecido para um único gateway.
  • Situações onde o controle preciso e a segurança são prioritários.
exemplo_rota_estatica.txt
R1(config)# ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.0.2
! Rota estática para a rede 192.168.2.0/24 via o próximo salto 10.0.0.2
R1(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.0.2 ! Rota padrão (Default Route)

Roteamento Dinâmico

Roteadores trocam informações de rota automaticamente através de protocolos de roteamento. Eles aprendem sobre a topologia da rede, atualizam suas tabelas e se adaptam a falhas. Ideal para:

  • Redes médias a grandes e complexas.
  • Topologias com mudanças frequentes.
  • Ambientes que exigem redundância e alta tolerância a falhas.
  • Automação do aprendizado de rotas.
lan

IGP (Interior Gateway Protocols)

  • **Operam dentro de um único AS.**
  • **Exemplos:** RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol).
  • **Foco:** Convergência rápida e eficiência dentro de uma rede administrada.
public

EGP (Exterior Gateway Protocols)

  • **Conectam ASes diferentes na Internet.**
  • **Principal Exemplo:** BGP (Border Gateway Protocol).
  • **Foco:** Troca de rotas entre provedores, políticas de roteamento e estabilidade da Internet.
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Decisões de Roteamento: O Ciclo de Vida de um Pacote

Quando um roteador recebe um pacote, ele segue um processo lógico para decidir como encaminhá-lo:

processo_roteamento.txt
# Como um roteador decide o próximo salto:
1. Verifica o endereço IP de destino do pacote.
2. Consulta sua Tabela de Roteamento local.
3. Seleciona a melhor rota que corresponde ao destino (priorizando a rota mais específica, ou a de menor métrica/custo).
4. Encaminha o pacote para o "próximo salto" (Next Hop) via a interface de saída indicada na rota.
5. Se não encontrar rota, descarta o pacote ou envia para a rota padrão (default route).
table_view

Anatomia da Tabela de Rotas

A tabela de roteamento é uma coleção de entradas, cada uma indicando como chegar a uma rede específica ou a um destino padrão. Os principais campos incluem:

  • Rede Destino: O prefixo da rede que se deseja alcançar (ex: 192.168.1.0/24).
  • Next Hop (Próximo Salto): O endereço IP do roteador vizinho para o qual o pacote deve ser enviado.
  • Interface de Saída: A porta física do roteador pela qual o pacote deve sair.
  • Métrica: Um "custo" associado à rota, usado para escolher o melhor caminho quando há múltiplas rotas para o mesmo destino (ex: número de saltos, largura de banda, atraso).
  • Código de Status: Indica como a rota foi aprendida (C: Conectada, S: Estática, R: RIP, O: OSPF, B: BGP).
exemplo_tabela_rotas_cisco.txt
# Exemplo de saída 'show ip route' em um roteador Cisco:
C    192.168.1.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0 # Rota de rede conectada
S    10.0.0.0/24 [1/0] via 192.168.1.1 # Rota estática para 10.0.0.0/24 via 192.168.1.1

📌 Boas Práticas: Quando Usar Cada Tipo de Roteamento?

Roteamento Estático

  • Redes muito pequenas e com topologia estável.
  • Conexões ponto-a-ponto dedicadas.
  • Configuração de rotas padrão (default routes).
  • Quando a segurança e o controle manual são cruciais e as mudanças são raras.

Roteamento Dinâmico

  • Redes médias a grandes e com topologias complexas.
  • Ambientes que exigem alta escalabilidade e redundância.
  • Quando a rede é propensa a mudanças frequentes (adição/remoção de rotas).
  • Necessidade de adaptação automática a falhas e otimização de caminho.

Algoritmos de Roteamento

RIP, OSPF & Tunelamento

RIP (Routing Information Protocol)

  • Vetor de Distância: Mantém tabela de distâncias (hops) e próximo salto, trocando atualizações periódicas com vizinhos.
  • Métrica: número de saltos (máximo 15, 16 = infinito).
  • Convergência: lenta, vulnerável a “count-to-infinity”.
  • Configuração Cisco:
    router rip
    version 2
    network 10.0.0.0

OSPF (Open Shortest Path First)

  • Estado de Enlace: Roteadores inundam LSPs, constroem mapa completo da área.
  • Menor Caminho: Algoritmo de Dijkstra sobre grafo da topologia.
  • Hierarquia: Áreas (Área 0 = backbone), DR/BDR em LANs.
  • Mensagens: HELLO, DBD, LSR, LSU, LSUck.
  • Configuração Cisco:
    router ospf 1
    network 10.0.1.0 0.0.0.255 area 0

Tunelamento

  • Conceito: Encapsula um protocolo dentro de outro para atravessar domínios incompatíveis.
  • IPv6 sobre IPv4 (6in4):
    ip tunnel add tun6in4 mode sit remote 198.51.100.1 local 203.0.113.10
    ip link set tun6in4 up
    ip addr add 2001:db8::2/64 dev tun6in4
  • Aplicações: transição IPv6, VPNs MPLS, MBone multicast.

BGP

Border Gateway Protocol (EGP)

Visão Geral

  • EGP entre AS: Roteamento entre Sistemas Autônomos (AS) na Internet usando TCP/179.
  • Políticas de Roteamento: Controle baseado em políticas — filtros, comunidades, preferências.
  • Vizinhança BGP: Estabelece sessão TCP confiável; troca de tabelas de rotas e atualizações incrementais.

Atributos de Caminho

  • AS_PATH: Lista de ASs atravessados.
  • NEXT_HOP: Próximo salto para alcance do prefixo.
  • LOCAL_PREF: Preferência interna de saída.
  • MED: Multi-Exit Discriminator, sugere rota preferencial a AS vizinho.

Tipos de AS

  • Stub AS: Um único ponto de saída, não trafega rotas de terceiros.
  • Multihomed AS: Conecta-se a múltiplos ASs, mas não provê trânsito.
  • Transit AS: Operadoras/backbones que transportam tráfego de outros ASs.

Comandos de Exemplo

bgp_show.txt
router# show ip bgp summary
Neighbor AS MsgRcvd MsgSent Uptime State/PfxRcd
203.0.113.2 65002 1234 1201 2d18h 42

warning Nota

O BGP não propaga automaticamente falhas em camadas inferiores — ajustes manuais de políticas são críticos para evitar loops ou tráfego indesejado.

Leitura: Kurose §4.6, 4.7; Tanenbaum §5.2.

Atividade Prática

Simulação de Roteamento no Packet Tracer

Objetivo

Compreender na prática como funcionam roteamento estático e dinâmico (RIP e OSPF), observando:

  • Como as rotas estáticas são configuradas manualmente;
  • Como protocolos dinâmicos descobrem e propagam caminhos;
  • Como a rede se adapta a falhas de enlace.

Passos da Atividade

  1. Desenhe a topologia:
    • 3 roteadores em linha (R1–R2–R3) e duas LANs nas extremidades (LAN_A em R1, LAN_C em R3).
    • Use links seriais (WAN) entre R1–R2 e R2–R3; interfaces Ethernet para as LANs.
  2. Configure endereçamento IP:
    • Sub-redes distintas em cada enlace.
    • Teste conectividade inicial com pings entre vizinhos.
  3. Roteamento Estático:
    • Em cada roteador, crie rotas para redes não diretamente conectadas (ex.: em R1, `ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 `).
    • Verifique com show ip route como as rotas aparecem manualmente.
  4. Habilite RIP em R1 e R3:
    • Ative RIPv2 (`router rip` + `version 2`).
    • Anuncie as redes conectadas diretamente.
    • Observe as tabelas após convergência (show ip route).
  5. Habilite OSPF em R2:
    • Configure OSPF (`router ospf 1` + `network ... area 0`).
    • Verifique vizinhanças (show ip ospf neighbor).
    • Analise a árvore de caminhos (show ip ospf database).
  6. Teste Resiliência:
    • Desative um enlace WAN (ex.: em R2, `shutdown` em Serial0/0/0).
    • Observe como RIP e OSPF reagem — tempos de convergência e métricas alteradas.
    • Reative o enlace e valide a restauração das rotas.