Loading

Module 1: Roteadores e Networking

Nota de Estudos
Study Reminders
Support
Text Version

Set your study reminders

We will email you at these times to remind you to study.
  • Monday

    -

    7am

    +

    Tuesday

    -

    7am

    +

    Wednesday

    -

    7am

    +

    Thursday

    -

    7am

    +

    Friday

    -

    7am

    +

    Saturday

    -

    7am

    +

    Sunday

    -

    7am

    +

Roteadores IP
Bem-vindo de volta para o curso em Redes de Computadores e Protocolos da Internet. Então, até agoraolhamos para o mecanismo de roteamento IP em detalhes e olhamos para o formato de endereçamento IP, como funciona o roteamento e o tipo diferente de protocolos de roteamento que sãoimplementados pela internet. Então, hoje vamos analisar o dispositivo em detalhes quesuportam roteamento.(Consulte o Tempo do slide: 00:47)Então, vamos basicamente olhar para o design de um Router IP que como um roteador IP parececomo, quais são os diferentes componentes dentro de um roteador IP e como você pode projetar um roteador IP otimizadocom a ajuda de diferentes plataformas de hardware. E no próximo casalde classes, iremos também para uma demonstração sobre o roteador IP para mostrar a você um roteadorprático e seus diferentes componentes que estão lá dentro dele e como você pode configurarele e como você pode processar diferentes componentes que estão lá dentro do roteador. Então, deixenós olhar para o design de um roteador em detalhes.(Consulte o Tempo do slide: 01:23)Então, se você olhar para o ciclo de vida de um roteador aparentemente ele é muito simples. Assim, o ciclo de vidade um roteador é que você pode representá-lo na forma de fazer repetição loop. Assim, você encontra um caminho paraum destino particular, então você encaminhá, encaminhamento, encaminhamento, encaminhamento, encaminhamento múltiplopara aquele destino novamente sempre que um novo destino vier você descobrir o caminhoe depois para frente, encaminhamento, encaminhamento os pacotes para aquele destino até que o roteadorfique desligado.Então, a partir desta simples funcionalidades de loop você pode ver que há duas funcionalidades básicasde um roteador IP. Então, as funcionalidades estão primeiro encontrando um caminho e depoisfazendo o encaminhamento. Encontrar um caminho significa que você precisa executar um protocolo de roteamento. Como nósolhamos mais cedo há vários tipos de protocolos de roteamento o domínio inter eintra de domínios. Em caso de roteamento intra de domínio pesquisamos háprotocolos de roteamento de vetores a distância, os protocolos de roteamento de estado de link e em formato de protocoloo protocolo de informações de roteamento ou protocolo OSPF e para roteamento de domínio inter temoso protocolo de gateway de borda ou o BGP. Agora, este protocolos de roteamento irá ajudá-lo a executar esta tarefa para descobrir o caminho e então o encaminhamento real vem e o realencaminhamento significa, você tem a tabela de roteamento onde você tem toda essa informação.Então, uma vez que você tenha construído a tabela de roteamento e você tiver um pacote de entrada de pacotes,você olha para a parte do cabeçalho do pacote, descubra o endereço IP de destino, a partir do endereço IP de destino, você faz uma correspondência com a tabela de roteamento, descubra a próxima top eencaminhar o pacote para aquele próximo top.Então, essa é a parte do motor de encaminhamento. Por isso, consequentemente temos realmente essas 2operações básicas: construção da tabela de roteamento para descobrir um caminho. Esta parte do roteadorchamamos como um plano de controle do roteador que realmente controla todo o mecanismo de encaminhamentoe, em seguida, fazer uma correspondência de roteamento e encaminhar o pacote para uma interface dedicadaque parte chamamos como parte de plano de dados do roteador.Então, o plano de controle do roteador ele cuida de encontrar um caminho e o plano de dados do roteadorele cuida de fazer uma correspondência com a tabela de roteamento e depois um encaminhamento o pacotepara uma interface que irá transferir o pacote para o próximo hop.Agora, em toda esta arquitetura há uma observação interessante. A observação éque, a funcionalidade do plano de controle ele é meio periódica; periódica no sentido como,você descobrirá um caminho para um destino apenas quando você obterá um novo pacote onde as informaçõesnão estão disponíveis na tabela de roteamento. Durante esse tempo você executará um protocolo de roteamentoou em caso de roteamento de estado de link ou OSPF tipo de protocolo de roteamento a distânciaprotocolo de roteamento de vetores, você trocará periodicamente as mensagens de controle de roteamento ea partir desta troca periódica das mensagens de controle de roteamento você descobrirá o caminho.Assim, esta, a frequência das operações no plano de controle, é comparativamente superiorem comparação com a frequência de operações que está lá no plano de dados ou no plano de encaminhamento. Algum tempo em algum livro de referência o avião de dados também é denominado comoo plano de encaminhamento.Em caso de avião de dados se você apenas pensar em um roteador típico que suporte dizer 100 Gbpsde dados e o pacote único for de tamanho ou se o seu dizer que o tamanho médio do pacote é 1 MBe você tiver dizer a velocidade do link de 100 Gbps, você pode pensar no número de pacotes o plano de dadosprecisa processar por segundo. Então, é por isso que a frequência de operações queestá lá no plano de dados, ela é significativamente maior em comparação com a frequência de operaçõesque está lá no plano de controle. E isto é, que dá a interessante escolha de designde desenvolver nosso hardware de roteador. Então, vamos aos detalhes disso.(Consulte o Slide Time: 05:52)Bem. Então, toda essa evolução da arquitetura do roteador, veio de 5 geração dediferente a partir de 1980s até hoje. Então, a geração 5 do roteador, portanto, são apenas comoum computador padrão que temos um computador com várias interfaces. A segunda geraçãodos roteadores que vieram no início de 1990s, são delegadas a interfaces. Entãoque significa, você tem uma arquitetura de roteador onde você terá várias interfaces tais,um dispositivo dedicado.A terceira geração dos roteadores que veio no final de 1990s, temos uma arquitetura roteirista distribuída. Em seguida temos a quarta geração de roteador que veio no início de 2000; ela édistribuída sobre vários racks. Então, o conceito de pilha de rack é que esse roteador inteiro. Então,você diz que várias interfaces dizem que você tem 32 interfaces, agora dizem que você requer 120interfaces diferentes. Então, você pega 4 diferentes roteadores e o coloca em racks diferentese tem um roteador interligado. E então no roteador de quinta geração que somosusando ou que dirá que o roteador de próxima geração ou muitos dos data centers de grande escalacomeçaram a usar esse tipo de roteadores, que são chamados de software definidosroteadores de rede.(Consulte o Tempo do slide: 17:20)Bem, assim, este são os componentes básicos arquitetônicos de um roteador. Você tem um processador, um processador de propósito geralque possui um componente de memória e um componente CPU. O processadorestá conectado a várias placas de interface. Então, esta placa de interface de rede são a placa de interface de redeque estão conectadas através de uma rede de interconexão dentro doseu hardware do roteador.Então, esta cada placa de interface individual nós somos tipo de interface IO, a interface IOda rede. Então, você tem esse cabo RJ45. Então, você coloca este cabo RJ45 nesta placa de interface.Em caso de wireless, eles são transmitidos sem fio. Então, você tem um transmissor e um receptor. Então, esse é todo o amplo componente arquitetônico de um roteador.(Consulte o Slide Time: 08:10)Então, o hardware do roteador o processador é responsável pela função de controle, nós chamamos comoum processador de rotas. A função de controle significa executar o programa de roteamento e, em seguida, enviaros pacotes de dados sobre a rede e construir a tabela de roteamento.Então, o processador é basicamente responsável pela execução desses programas para construção da tabela de roteamentocom base no algoritmo de roteamento e o encaminhamento ele é feito na curvada interface. Pois aqui a interessante escolha do design é que como mencionei anteriormente que suas funcionalidades de controlenão são tão frequentes enquanto, suas funcionalidades de dados são muitofrequentes e é por isso que as funcionalidades de controle implementamos geralmente como uma parte de um softwareenquanto, as funcionalidades de dados elas são implementadas como uma parte do hardware.Então, na placa de interface de rede este avião de dados funcionalidades que significa, fazendo uma correspondênciacom a tabela de roteamento descobrir o próximo hop e enviá-lo para o próximo hop, estecaminho inteiro ele é feito com a ajuda de um hardware especializado que é chamado TernaryContent Addressable Memory ou TCAM. Assim, com a ajuda dessa memória TCAM, nósaplicamos, fazemos uma correspondência de hardware com a tabela de roteamento para um look rápido.Então, a correspondência de rotas precisa ser verificada. O exemplo que eu tenho dado que se você tem uma linha100 Gbps e se você tem 1 Mbps de tamanho de pacote, então, é por isso que em média você tem que, em média, processar um número significativo de pacotes por segundo em cada interfaces de rede.(Consulte o Tempo do slide: 09:50)Então, dessa forma estamos dividindo toda essa funcionalidades de roteamento no plano de dados e no plano de controle. O plano de controle é implementado como uma parte do software que éresponsável pela construção da tabela de roteamento e o plano de dados é implementado no hardwareque é responsável por implementar o mecanismo de encaminhamento.(Consulte o tempo de deslizamento: 10:09)Então, este é um tipo de componente estrutural de estrutura entre o mapeamento do hardware originale o seu plano de controle. Então, você tem esses processos de interface que sãoconectados a um processador de pacotes. Este processador de pacotes contém o mecanismo de encaminhamento parafazer uma correspondência com a tabela de roteamento e, em seguida, descobrir a próxima parada.Então, esta parte é implementada em TCAM no hardware e então você terá o processador da rotaque é um processador de propósito geral que implementa o mecanismo de roteamento; quesignifica, para descobrir o caminho e, em seguida, para descobrir o caminho de roteamento baseado no algoritmo de roteamento específico de roteamentoconfigurado no roteador e na construção da tabela de roteamento. E esta parte constitui o seu plano de controle e esta parte constitui o seu plano de dadosno hardware do roteador.(Consulte o Slide Time: 11:11)Agora, se você olhar para a infraestrutura física de um roteador, normalmente usamos algochamado de chassis sorteado. Então, esta é uma estrutura de um chassi sorteado que são usados para construirup grandes roteadores. Então, aqui está uma estrutura de um chassi. Então, você tem esse chassi múltiplo.Então, placa de interface individual eles são inseridos dentro desses slots e então o processador da rotaele também é inserido em um slot.E então temos toda essa rota de arquitetura de rota que parece algo comoisso. Assim, mostraremos uma demo disso nas aulas subsequentes. Então, esse tipo de chassisorteado arquitetura baseada em chassis, ele simplifica os reparos e atualizações de componentesdentro de um roteador.
Roteadores IP-Part2
Agora, vamos analisar os componentes funcionais de um roteador a partir da perspectiva do controlee do caminho de dados. Você tem a função de roteamento e no caminho de dados você tem o encaminhamento IPcomo mencionamos.E no meio entre você tem a tabela de roteamento. Assim, essas funcionalidades de roteamento aplicam o protocolo de roteamento, diferente tipo de protocolo de roteamento baseado em sua configuração, ele podeser OSPF ou tipo RIP de protocolo de roteamento, protocolo de informações de roteamento ou sorteio abertopassado primeiro, que são tipo de vetor de distância e um protocolo de roteamento de estado de link. Assim, como juntamente com este vetor de distância ou link de roteamento de estado de link você também pode ter o protocolo de gateway de borda.Então, esses protocolos de roteamento eles executam periodicamente e constroem a tabela de roteamento.Agora esse mecanismo de encaminhamento ele faz nossa consulta de rota nesta tabela de roteamento e fazer denosso processamento de pacotes das informações de roteamento. Então, a ideia é algo assimsempre que você estiver recebendo um pacote você olha para o cabeçalho IP, a partir do cabeçalho IP vocêextraia o campo IP de destino, depois de extrair o campo IP de destino, então você faz uma correspondênciacom a tabela de roteamento, descubra a próxima interface de hop e encaminharão o pacote paraque próxima interface hop. Então, esse é todo o processo que está sendo executado no caminho dos dados.(Consulte o Slide Time: 13:33)Agora, o plano de controle em um roteador é um computador de propósito especial que possui o roteamentofuncionalidades. Como mencionei é implementado como um software que software chamamos decomo um sistema operacional de roteador, o roteador OS que suporta as funcionalidades básicas de computaçãopara executar um roteador juntamente com as funcionalidades de roteamento. Agora, esses protocolos de roteamento, elessão implementados dentro de um SO roteador. Um exemplo de um roteador OS é o sistema operacional Cisco IOS, Ciscoque implementa diferente tipo de protocolo de roteamento como uma partede seu sistema operacional.(Consulte o Tempo do slide: 14:08)Agora, as funções de roteamento são basicamente há 3 funcionalidades que você precisa executar dentro do plano de controle de um roteador, o cálculo de rota baseado em um protocolo de roteamento, a manutenção da tabela de roteamento e a execução do protocolo de roteamento.Agora, em roteadores comerciais, essas funções de roteamento são manipuladas por um único processador de propósito geralque nós chamada como processador de rotas que mencionei anteriormente.(Consulte o Slide Time: 14:36)Agora, o plano de dados de um roteador que é a parte interessante, implementa as funcionalidades do encaminhamento. Então, ele faz uma consulta de rota e encaminhá o pacote para a interface de destino. Então, essa funcionalidade é semelhante a um comutador de camada 2. Assim, você pode usar o tecido switch. Então, um malha de comutação significa que é um mapeamento de portas de entrada para portas de saída; quesignifica, se um pacote é uma entrada de make para uma determinada porta em qual porta de saída ele precisa serencaminhado para, portanto, uma malha de comutação parece algo assim.(Consulte o Tempo do slide: 15:15)Então, um malha de comutação significa que você tem um conjunto de portas de entrada e a partir dessas portas de entrada vocêtem você um conjunto de portas de saída. Então, essas são portas de entrada e estas são suas portas de saída. Assim, curiosamente em roteador esta entrada de portas de entrada e portas de saída são iguais. Assim, as portas de entradae portas de saída são basicamente as interfaces. Então, este sou eu estou nomeando as interfacesadequadamente isso; I1, I2, I3, I4, I5, qualquer uma da interface pode funcionar como uma porta de entrada tão bemcomo uma porta de saída. Da mesma forma, I1, I2, I3, I4, I5. Então, um malha de comutação é uma conexão de hardwareque fazem uma conexão de uma porta a todas as demais portas de saída.Então, dessa forma dentro dessa lógica de malha, então, isso é este contém a lógica do tecido. Então, essa lógica de malha, um conjunto de portões lógicos que realmente encaminha as informações que são alimentadas para uma porta de entrada deuma outra porta de saída. Então, essa é a funcionalidade dos portões lógicos queestão lá dentro das malhas do interruptor. Então, dessa forma em um roteador, sempre que um pacote vem emuma porta de entrada do campo de endereço de destino, você faz uma rota olhar para cima dentro da tabela de roteamentoe então decidir qual é a sua porta de saída. Diga-se por exemplo, para um pacote na porta de entradaI1, se decidir com base na tabela de roteamento que a porta de saída deve ser I4 entãoesta lógica de malha irá copiar os dados desta porta de entrada para a porta de saída em I4.OK. Assim, ele mantém também mantém o buffer de interface para implementar a funcionalidade da loja e. Então, sempre que você estiver recebendo os pacotes você está recebendo os pacotesum atrás do outro. Assim, em toda interface você deve ter um pacote de buffer deveser temporariamente inserido dentro do buffer então um dos outro eles serão transmitidossobre o link pela camada 2 na camada de link de dados.(Consulte o Tempo do slide: 17:28)Agora, no encaminhamento IP precisamos fazer um processamento de pacotes de energia de pacotes IP. Agora, o encaminhamento do IPé distribuído. Distribuído no sentido como, ele é tratado por controlador de interface individual. Então, essa interface de rede eles são meio microcontrolador. Então, vocêtem um controlador de interface lá. O controlador de interface manipula o encaminhamento de pacotesque estão chegando a uma única interface. Assim, para este encaminhamento de pacotes utilizamos os dispositivos de hardware especiaisque são a memória TCAM ternária endereçável quefaz um mapping, 1o match entre uma tabela e a entrada correspondente.(Consulte o Tempo do slide: 18:15)Então, o processamento por pacotes os componentes básicos de arquitetura são algo como quevocê tem uma tabela de roteirização, uma cópia da tabela de roteamento é colocada em cada roteadores individuais. Então,sempre que você estiver colocando uma cópia da tabela de roteamento em cada roteador individual,sempre que um pacote vem este controlador de interface ele faz uma decisão de roteamento olhandopara esta tabela de roteamento local. Então, essa tabela de roteamento local tem um nome que é chamada de uma base de informações de encaminhamentoque virá depois de um par de minutos. Então, ele faz uma decisão de roteamento, coloque o pacote em uma fila e então você tem essa malha de comutação a lógica do tecidoque fazem um mapeamento a partir desta fila de entrada para a fila de saída.Então, esta fila de saída está conectada à interface de saída através da qual o pacote éencaminhado. Agora, como mencionei que toda interface de roteador pode funcionar como uma fila de entrada comobem como uma fila de saída.(Consulte o Slide Time: 19:10)Então, as interfaces eles mantêm uma base de informações de encaminhamento que é a tabela de roteamento dolocal. Esta base de informações de encaminhamento é um mapeamento da interface de entrada paraa interface de saída.Então, a base de informações de encaminhamento não passa de uma réplica da tabela de roteamento utilizada emas interfaces individuais para a tomada de decisão de encaminhamento. Então, uma cópia da tabela de roteamentoela é colocada em cada interfaces individuais na forma de uma base de informações de encaminhamento.(Consulte o Tempo do slide: 19:37)Então, esta é uma ideia que sempre que você tem um pacote em evento; um pacote em evento significa um pacoteé entrada para o sistema ele é colocado na interface de entrada. Na interface de entrada vocêolha para a base de informações de encaminhamento sua cache local da tabela de roteamento que éimplementada dentro do hardware. Depois de olhar para este cache local, se houver um acerto, issosignifica, a informação está lá em seu FIB. Então, você encaminhá o pacote, coloque o pacote ema interface de saída e execute um evento de saída de pacotes; isso significa, saída o pacote para o link. Caso contrário, se houver um FIB significa; isso significa, as informações não estão lá na base de informações de encaminhamento do. Você olha para a tabela de roteamento, faça uma consulta de rota. O procedimento de consulta de rotasirá interagir com o protocolo de roteamento, obter as informações do roteamentoe colocá-lo no FIB.(Consulte o Slide Time: 20:32)Então, a diferença entre RIB e FIB é que a base de informações de roteamento é a tabela de roteamento de software original doque é uma implementada no software e mantida emo plano de controle. E o encaminhamento de base de informações é a cópia das rotas necessáriasmantidas na interface do hardware TCAM. Agora, este RIB ele é dinâmico emantém toda a informação de roteamento, enquanto que, FIB atualizado sempre que necessário.(Consulte o Tempo do slide: 20:58)Então, aqui está um exemplo. Então, no controlador de rota você tem toda essa RIB. Agora, eminterfaces individuais como Eth0 e Eth1, você tem uma cópia deste RIB. Então, aqui nesteEth0 você tem as informações sobre estas 3 entradas; estas 3 entradas significa, esta entrada,esta entrada e esta entrada, enquanto aqui, você tem as informações sobre esta entrada e esta entradano Eth1. Então, dessa forma uma parte da tabela de roteamento é copiada para o FIB, encaminhando a base de informações da interfaceem interface de rede individual sempre que necessário.(Consulte o Tempo do slide: 21:41)Agora, este RIB alimenta o FIB. Então, isso significa, você tem esse algoritmo de várias rotinas,todo algoritmo de roteamento pode ter sua própria tabela de roteamento. Então, você tem a tabelade roteamento do BGP, você tem o OSPF que contém o banco de dados do estado do link, você tem as rotas estáticasqual programa de rede são entradas manualmente. Assim, todas essas informações alimentam a base de informações de roteamentoe a partir da base de informações de roteamento sempre que requerido, as informaçõessão copiadas para aquele hardware do TCAM na base de informações de encaminhamento.Então, por interessante escolha de design em um roteador é que todo esse plano de controle funcionalidades;que significa, este protocolo de roteamento juntamente com a base de informações de roteamento que são suasfuncionalidades de controle que é implementada como uma parte do software. Considerando que, no plano de dados, você tem as informações de roteamento em termos de tabela de encaminhamento ou a base de informações de encaminhamentoque é implementada dentro do hardware TCAM para fazer uma consulta rápida dedas informações. Então, esse hardware TCAM, então, eu não estou indo para o detalhedesign lógico do hardware TCAM.Então, se você estiver interessado pode olhar para o design do hardware TCAM. Trata-se de um tipo especial de hardware que faz a primeira consulta de uma informação dentro da tabela. Então,novamente repetindo todo esse procedimento que sempre que você está recebendo um pacote primeiro vocêextraia o cabeçalho IP, a partir do cabeçalho IP você extraia o endereço IP de destino então vocêusa o hardware TCAM para fazer uma correspondência com a base de informações de encaminhamento.Se a informação já está lá você então usa a malha de comutação para copiar o pacote dea interface de entrada para a interface de saída. Se as informações não estão lá no FIB entãovocê precisa fazer um controle de software na base de informações de roteamento para obter as informaçõesda base de informações de roteamento e atualizar o FIB.Então, dessa forma todo esse procedimento de roteamento é implementado dentro de um roteador. Então, essa é umabreve introdução sobre as funcionalidades do roteador. Na próxima aula, vamos analisar uma demonstraçãode um roteador prático, de um roteador de ATPG e olhamos para o diferente componentedele em um pouco detalhes.Obrigado a todos por participarem desta aula.