Introdução ao roteamento de pacotes IP

Hoje em dia, quando viajamos, é comum usarmos navegadores GPS para aprendermos o caminho até nosso destino, ou para encontrar um novo, caso o que conheçamos não possa ser usado. Na Internet, os mecanismos de roteamento e encaminhamento atuam como um GPS, fornecendo um mapa para que os dados cheguem ao seu destino. Este é o vídeo: "Introdução ao roteamento dos pacotes IP", feito pelo NIC.

br. A Internet é uma rede de redes, chamadas de Sistemas Autônomos ou ASs. Essas redes possuem diversas interligações entre si, permitindo que existam muitas opções de caminhos para ir de uma à outra.

Isto torna a rede resiliente, resistente a falhas, mas exige que decisões inteligentes sobre por onde os pacotes trafegam sejam tomadas continuamente. Os equipamentos responsáveis pelo papel de interligar essas redes são os roteadores. Seu trabalho pode ser resumido em: aprender caminhos, receber pacotes, encaminhar pacotes, aprender novos caminhos, receber e encaminhar mais pacotes, e assim sucessivamente, ad infinitum… O processo de aprendizagem desses caminhos, criando uma espécie de mapa, e de escolha das melhores opções é o que chamamos de roteamento.

O roteador pode receber informações sobre os caminhos existentes de diversas formas: É possível configurar manualmente essas informações. São as rotas estáticas. O roteador identifica automaticamente as redes que estão diretamente conectadas a suas interfaces.

O roteador pode trocar informações com roteadores vizinhos, por meio do uso de um protocolo de comunicação. Isso é chamado de roteamento dinâmico. Todas essas informações são armazenadas em uma tabela, um mapa virtual, a tabela de rotas, também chamada de RIB, do inglês Routing Information Base.

Esta tabela é composta pela lista de todos as redes conhecidas, representadas por seus prefixos, e do endereço IP do próximo roteador a ser usado para alcançá-las. Se você ainda não entende muito bem como as redes são representadas por meio de prefixos e máscaras, você pode assistir ao vídeo "Os endereços IP não são todos iguais - parte 1" e depois voltar aqui. Assim como um navegador GPS pode nos mostrar mais de uma opção de caminho para chegar a um destino, na RIB também pode haver mais de uma rota para chegar a uma mesma rede.

No GPS você deve escolher a opção que acha melhor, antes de começar sua viagem. Os roteadores também fazem esse tipo de escolha. Para agilizar o encaminhamento dos pacotes IP, eles normalmente trabalham com uma segunda tabela, a tabela de encaminhamento, ou FIB, do inglês Forwarding Information Base.

Na FIB, apenas a melhor rota para cada rede existente na RIB é gravada. Nela, além dos destinos e caminhos, há também a informação sobre a interface específica que deve ser usada para encaminhar os pacotes. O encaminhamento ocorre quando o roteador efetivamente move um pacote de dados que foi recebido para sua interface de destino.

Para definir qual rota será inserida na FIB, o roteador baseia-se em características da topologia da rede, políticas de roteamento, de que modo a rota foi aprendida e em métricas como distância, filtros, atraso, banda disponível, etc. Qualquer mudança, ao longo do tempo, em um destes fatores, pode influenciar e alterar a decisão sobre qual o melhor caminho até uma determinada rede. Em um GPS você pode procurar a rota para chegar a uma cidade, sem dizer exatamente a que bairro ou rua quer ir.

Ou pode procurar a rota para chegar a uma rua específica. Se você sabe pra qual rua quer ir exatamente, não faz sentido seguir uma rota mais genérica, que vai te levar provavelmente até o centro da cidade. Analogamente, em uma mesma tabela de encaminhamento pode haver prefixos que abrangem redes maiores, ou partes menores dessas mesmas redes, simultaneamente.

Se o endereço de destino se encaixa em mais de uma rede presente na tabela, os roteadores sempre escolhem a rota mais específica, que aponta o caminho para a menor rede, aquela com o prefixo mais longo. Agora suponha que você e um amigo querem visitar um ao outro e não vão usar GPSs. O trajeto que seu amigo fará dependerá de algumas coisas: de onde você mora, do caminho que você ensinará pra ele e de como ele mesmo vai interpretar as informações que você deu.

Assim também, para você visitá-lo, o caminho escolhido dependerá de onde ele mora, das informações e dicas sobre como chegar lá que ele vai te enviar, e de como você vai decidir lidar com essas informações e dicas. Você pode por exemplo, decidir seguir algumas das dicas dadas, mas ignorar outras. No roteamento acontece algo similar.

O tráfego de entrada, os pacotes que chegam até uma rede, dependem das informações de roteamento enviadas por essa rede às demais. Dependem também de como os endereços estão distribuídos internamente, e de como as outras redes decidem tratar a informação enviada. Já o tráfego de saída depende das informações de roteamento recebidas das outras redes, e dos filtros e políticas que são aplicadas a elas.

Note que o fluxo de informações de roteamento e o fluxo de tráfego sempre estão em sentidos contrários. Se você for professor de uma grande universidade e convidar seu amigo para visitá-lo no trabalho, além de ensiná-lo a chegar ao campus, provavelmente terá também que indicar os detalhes do caminho dentro do mesmo. Seu amigo usará um mapa da cidade.

Mas também um mapa menor, da sua universidade, com os prédios e departamentos lá indicados. Na Internet também usamos dois tipos de mapas ou, mais especificamente, dois tipos de protocolo de roteamento. Um tipo de protocolo de roteamento é usado dentro dos Sistemas Autônomos.

É como o mapa da universidade. É chamado de protocolo de roteamento interno, ou IGP. As principais alternativas para IGP são o OSPF e o ISIS.

Para a comunicação entre diferentes Sistemas Autônomos é usado o protocolo de roteamento externo na Internet, ou EGP. É como o mapa da cidade. O protocolo usado para roteamento externo é o BGP-4.

A tabela de roteamento do IGP deve ser a menor possível, para garantir uma operação eficiente, por isso é boa prática usá-lo apenas para a infraestrutura da rede. Ou seja, o OSPF ou o ISIS devem ser usados apenas para ensinar aos roteadores de dentro de uma rede, os caminhos para enviarem informações uns para os outros. O IGP não deve trabalhar com rotas para redes na Internet, nem mesmo para clientes internos do AS.

É bom considerar que o IGP é usado dentro da organização, então os roteadores podem confiar uns nos outros e descobrir seus vizinhos automaticamente. O roteamento externo, o BGP, é usado entre ASs diferentes. Mas ele também cuida das rotas para a Internet e clientes dentro da rede.

O BGP deve ser configurado para não depender da topologia interna do AS. Ou seja, se houver alguma alteração, por exemplo devido a uma indisponibilidade de um enlace ou equipamento, o IGP acha um caminho novo e o BGP não é afetado. Devemos considerar que o BGP marca fronteiras administrativas entre organizações diferentes.

A comunicação entre diferentes roteadores é configurada manualmente. Esses conceitos sobre roteamento, encaminhamento de pacotes e processo de escolha das rotas valem tanto para redes IPv6, quanto IPv4. O que muda com a adoção do IPv6, no modelo de pilha dupla, é que os roteadores passam a trabalhar com duas tabelas de roteamento e duas tabelas de encaminhamento, ou seja, uma RIB IPv6 e outra IPv4.

Uma FIB apenas com as melhores rotas IPv6 e outra apenas com as melhores rotas IPv4. Fique atento a mais vídeos sobre Internet e redes no canal NICbrVideos do Youtube.