Introdução a Protocolos de Roteamento IGP
Apresentação:
Meu nome é Octávio, atuo como Analista de Redes, e estou me preparando para a certificação CCNP Service Provider. E como uma forma de me ajudar a fixar os estudos, vou procurar escrever artigos/resumos de alguns assuntos que estudei. Sempre usando como base as RFCs e o próprio Official Cert Guide escrito por Riapolov Khalil.
Introdução:
Roteamento IP é o processo que permite a um pacote de dados encontrar seu caminho numa rede até alcançar o seu destino. Para isso, dispositivos como roteadores ou switches L3 analisam o endereço de destino do pacote e consultam em uma tabela de roteamento - uma espécie de “mapa”. Se o endereço de destino estiver presente nesta tabela, o roteador encaminha o pacote para o próximo salto (next-hop), que repetirá o mesmo processo, até que o pacote chegue ao seu destino.
“_ Ok Octávio, mas como é esta tabela de roteamento? Como ela é populada?”.
Existem duas formas de popular uma tabela de roteamento, sendo elas:
- Roteamento Estático;
- Roteamento Dinâmico.
Roteamento Estático:
Antes mesmo do surgimento dos protocolos de roteamento dinâmico, o roteamento estático era a única forma de interligar redes IP. Esse método consiste em configurar manualmente, em cada roteador, a rota que deve ser usada para alcançar uma determinada rede de destino.
Com o crescimento exponencial da internet e das redes privadas, foram identificados algumas limitações do roteamento estático:
- Falta de escalabilidade
- Nenhuma capacidade de convergência automática
- Alto risco de erro humano
Esses fatores impulsionam a criação de protocolos de roteamento dinâmicos, que automatizam o processo de descoberta e adaptação das rotas.
Roteamento Dinâmico:
RIP (Routing Information Protocol)
O primeiro protocolo de roteamento amplamente utilizado foi o RIP (Routing Information Protocol), protocolo do tipo distance vector, baseado no algoritmo Bellman-Ford. Ele foi padronizado inicialmente no RFC 1058 e se tornou um marco por permitir que roteadores compartilhassem informações automaticamente. RIP era simples, mas limitado: suportava no máximo 15 saltos, o que o tornava inadequado para redes maiores.
Além disso, o RIP envia sua tabela de roteamento completa a cada 30 segundos para todos os seus vizinhos, utilizando a porta UDP 520. Isso gera bastante tráfego de controle, especialmente em topologias maiores, e contribui para a sua convergência lenta. O RIP calcula rotas com base apenas na quantidade de saltos (hop count), sem considerar fatores como largura de banda, latência ou confiabilidade do link.
Para tentar reduzir o risco de loops de roteamento e instabilidade, foram implementados mecanismos auxiliares no protocolo, como:
- Split Horizon
- Route Posioning
- Hol-down Timers
Com o tempo, surgiram novas versões:
- RIP v1: protocolo classful, que não transporta a máscara de sub-rede e não suporta VLSM.
- RIP v2: inclui suporte a VLSM, autenticação simples e transmissão via multicast.
- RIPng: versão do protocolo adaptada ao IPv6, definida no RFC 2080, utilizando a porta UDP 521.
Apesar de obsoleto para redes modernas de médio e grande porte, o RIP ainda pode ser útil em ambientes pequenos, laboratoriais ou embarcados, pela sua simplicidade e facilidade de configuração.
Não entraremos em detalhes sobre o RIP, pois é um protocolo legado, e não é mais cobrado na certificação CCNP SP, porém, segue link da RFC 1058 e também um link falando um pouco mais sobre o algoritmo Bellman-Ford.
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc1058
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2453
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2080
https://pt.wikipedia.org/wiki/Algoritmo_de_Bellman-Ford
IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)
O protocolo IS-IS é um IGP (Internal Gateway Protocol), do tipo link-state desenvolvido originalmente pela ISO para operar em redes OSI. Seu funcionamento foi adaptado para suportar redes IP.
O IS-IS funciona construindo uma visão completa da topologia da rede, onde cada roteador gera informações chamadas LSPs (Link State PDUs). Essas informações são propagadas para todos os roteadores dentro da mesma área, e armazenadas em uma database, chamada LSDB (Link-State Database). O algoritmo utilizado no IS-IS se chama SPF (Dijkstra).
O IS-IS possui dois niveis, sendo eles:
- Level 1 (L1): roteadores L1 possuem visibilidade apenas da topologia dentro de sua própria area IS-IS. Eles constroem sua LSDB com base nos LSPs trocados com outros roteadores L1. Quando precisam se comunicar com destinos fora da área, encaminham os pacotes para um roteador L1/L2, que age como gateway.
- Level 2 (L2): roteadores L2 formam adjacências com outros roteadores L2 e trocam informações entre áreas, operando como backbone do domínio IS-IS. Eles não precisam conhecer detalhes das áreas L1; apenas os caminhos para alcançar cada área via outros roteadores L2.
- Level 1/2 (L1/L2): roteadores híbridos que participam tanto da topologia intra-área. Eles possuem duas LSDBs distintas: uma para L1 e outra para L2, permitindo que atuem como ponto de redistribuição entre os níveis. São ideais para fazer a interligação entre áreas distintas.
O IS-IS define suas áreas por meio do endereço NET (Network Entity Title), configurado manualmente em cada roteador.
A estrutura do endereço NET é baseada no modelo OSI e segue o seguinte formato:
49.0001.5254.000d.f536.00
- 49 = AFI (Authority and Format Identifier)
- 0001 = ID da Área
- 5254.000d.f536 = System ID
- 00 = Selector (SEL), fixado como 00 para roteamento IP
Desta forma, roteadores que compartilham o mesmo ID de Área (49.0001) formarão adjacências de nível 1 (L1), enquanto adjacências entre diferentes áreas ocorrerão entre roteadores configurados com L2 ou L1/L2.
O IS-IS não depende de IP para formar adjacências. Ele utiliza o endereço NET, que são parte da estrutura OSI.
Um dos pontos fortes do IS-IS é sua extensibilidade através dos TLVs (Type-Length-Value), estruturas flexíveis que transportam atributos como prefixos IPv4, IPv6, SR, etc. Isso permite evolução do protocolo sem alterar sua base.
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc1195
https://pt.wikipedia.org/wiki/Algoritmo_de_Dijkstra
OSPF (Open Shortest Path First):
Já o OSPF também é um protocolo de roteamento dinâmico do tipo link-state. Ele foi criado especificamente para ambientes IP e tornou-se um dos protocolos IGP mais populares em redes corporativas e provedores de serviços.
Cada roteador OSPF forma adjacências com seus vizinhos e troca mensagens chamadas de LSAs (Link-State Advertisements). A partir dessas informações, cada roteador constrói localmente uma LSDB, que é idêntica entre os roteadores da mesma área. O cálculo das rotas também é feito utilizando o algoritmo SPF (Dijkstra), determinando o melhor caminho até cada destino.
Em redes do tipo broadcast, o OSPF elege um DR (Designated Router) e um BDR (Backup Designated Router) para reduzir a quantidade de mensagens de controle trocadas entre os roteadores. O DR é o responsável por gerar os Network LSAs (Tipo 2), enquanto o BDR assume em caso de falha do DR.
Esse mecanismo é essencial para escalabilidade em redes com muitos dispositivos.
Existem 4 tipos de rede no OSPF, sendo elas:
- Broadcast: redes com suporte a multicast e detecção automática de vizinhos. DR/BDR são eleitos.
- Non-Broadcast (NBMA): redes como Frame Relay, onde é necessário configurar vizinhos manualmente. Também tem eleição de DR/BDR
- Point-to-Point: links diretos entre dois roteadores. Não há eleição de DR/BDR
- Point-to-Multipoint: simula vários links ponto-a-ponto sobre uma rede multiponto. Não utiliza DR/BDR.
A correta identificação do tipo de rede e uso adequado do DR/BDR são fundamentais para garantir a convergência eficiente e evitar sobrecarga de tráfego OSPF. Cada roteador OSPF forma adjacências com seus vizinhos.
O OSPF divide a rede em áreas visando reduzir o tamanho da LSDB e melhorar a escalabilidade:
- Área 0 (Backbone): é o núcleo da rede, conhecida também como área de trânsito, onde todas as áreas devem estar conectadas a ela para troca de LSAs.
- Áreas regulares: comunicam-se entre si somente através da Área 0.
- Stub Area / Totally Stubby Area: restringe certos tipos de LSAs para reduzir caraga e complexidade.
- NSSA (Not-So-Stubby Area): permite redistribuir controlada de rotas externas.
Existem 6 tipos de LSAs
- Tipo 1 - Router LSA
- Tipo 2 - Network LSA
- Tipo 3 - Summary LSA
- Tipo 4 - ASBR Summary LSA
- Tipo 5 - External LSA
- Tipo 7 - NSSA External LSA
Com o surgimento do IPV6, o OSPF foi atualizado para uma nova versão chamada OSPFv3. Embora a base do protocolo permaneça a mesa, diversos aspectos fundamentais forma aprimorados:
- Separação entre topologia e endereçamento: ao contrário do OSPFv2, onde as rotas e topologia são dependentes dos endereços IPv4 atribuídos às interfaces, o OSPFv3 trata os endereços IPv6 como atributos das rotas, permitindo maior flexibilidade e facilidade na convergência.
- Operação por interface: O OSPFv3 opera com base nas interfaces, e não em redes IP. Isso facilita a ativação de múltiplas instâncias de OSPFv3 na mesma interface física.
- Suporte a múltiplas instâncias: através do uso do campo Instance ID no cabeçalho OSPFv3, é possível executar mais de uma instância do protocolo na mesma interface, permitindo designs mais flexíveis.
- Uso de endereços link-local: O OSPFv3 utiliza endereços IPv6 link-local para formar adjacências, alinhando-se ao padrão de comunicação entre roteadores em IPv6.
- Autenticação separada: O OSPFv3 não possui autenticação embutida no protocolo, como no OSPFv2. Em vez disso, a segurança é fornecida pelo IPsec, que protege os pacotes OSPFv3 no nível da camada de rede.
Essas mudanças tornam o OSPFv3 mais modular, seguro e melhor adaptado para ambientes modernos, especialmente em redes com requisitos avançados de separação de tráfego, como uso de VRFs e múltiplos domínios de roteamento.
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2328
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc5340
Conclusão
Neste primeiro artigo, exploramos os conceitos fundamentais dos protocolos de roteamento IGP, entendendo suas origens, funcionamento e principais características. Abordamos desde o roteamento estático até os protocolos dinâmicos mais relevantes como RIP, IS-IS e OSPF, destacando suas diferenças, aplicações e limitações.
Essa base teórica é essencial para compreender como as redes convergem e como os dispositivos interagem para construir uma topologia consistente. No entanto, a teoria só ganha sentido real quando aplicada na prática.
Por isso, na segunda parte deste material, vamos mergulhar no hands-on, apresentando exemplos de configuração para cada protocolo em diferentes cenários, utilizando equipamentos reais ou simulados. Vamos focar em comandos, boas práticas e resolução de problemas comuns encontrados no dia a dia de quem trabalha com redes.
Prepare-se para colocar a mão na massa e consolidar o conhecimento de forma prática!