Encaminhamento de Pacotes
Encaminhamento de Pacotes

Encaminhamento de Pacotes

[note note_color=”#21ab5136″ text_color=”#2c2c2d” radius=”3″ class=”” id=””]Bem-vindo: este tópico faz parte do Capítulo 14 do curso Cisco CCNA 2, para um melhor acompanhamento do curso você pode ir para a seção CCNA 2 para orientá-lo durante um pedido.[/note]

Processo de decisão de encaminhamento de pacotes

Agora que o roteador determinou o melhor caminho para um pacote com base na correspondência mais longa, ele deve determinar como encapsular o pacote e encaminhá-lo pela interface de saída correta.

A figura demonstra como um roteador primeiro determina o melhor caminho e, em seguida, encaminha o pacote.

Processo de decisão de encaminhamento de pacotes

As etapas a seguir descrevem o processo de encaminhamento de pacotes mostrado na figura:

  1. O quadro de enlace de dados com um pacote IP encapsulado chega à interface de ingresso.
  2. O roteador examina o endereço IP de destino no cabeçalho do pacote e consulta sua tabela de roteamento IP.
  3. O roteador encontra o prefixo correspondente mais longo na tabela de roteamento.
  4. O roteador encapsula o pacote em um quadro de enlace de dados e o encaminha pela interface de saída. O destino pode ser um dispositivo conectado à rede ou um roteador de próximo salto.
  5. No entanto, se não houver nenhuma entrada de rota correspondente, o pacote será descartado.

Clique em cada botão para obter uma descrição das três coisas que um roteador pode fazer com um pacote depois de determinar o melhor caminho.

Se a entrada da rota indicar que a interface de saída é uma rede conectada diretamente, isso significa que o endereço IP de destino do pacote pertence a um dispositivo na rede conectada diretamente. Portanto, o pacote pode ser encaminhado diretamente para o dispositivo de destino. O dispositivo de destino é normalmente um dispositivo final em uma LAN Ethernet, o que significa que o pacote deve ser encapsulado em um quadro Ethernet.

Para encapsular o pacote no quadro Ethernet, o roteador precisa determinar o endereço MAC de destino associado ao endereço IP de destino do pacote. O processo varia dependendo se o pacote é um pacote IPv4 ou IPv6:

  • Pacote IPv4 - O roteador verifica sua tabela ARP para o endereço IPv4 de destino e um endereço MAC Ethernet associado. Se não houver correspondência, o roteador enviará uma solicitação ARP. O dispositivo de destino retornará uma resposta ARP com seu endereço MAC. O roteador agora pode encaminhar o pacote IPv4 em um quadro Ethernet com o endereço MAC de destino adequado.
  • Pacote IPv6 - O roteador verifica seu cache vizinho para o endereço IPv6 de destino e um endereço MAC Ethernet associado. Se não houver correspondência, o roteador enviará uma mensagem de solicitação de vizinho ICMPv6 (NS). O dispositivo de destino retornará uma mensagem de anúncio de vizinho ICMPv6 (NA) com seu endereço MAC. O roteador agora pode encaminhar o pacote IPv6 em um quadro Ethernet com o endereço MAC de destino adequado.

Se a entrada da rota indicar que o endereço IP de destino está em uma rede remota, isso significa que o endereço IP de destino do pacote pertence a um dispositivo na rede que não está conectado diretamente. Portanto, o pacote deve ser encaminhado para outro roteador, especificamente um roteador de próximo salto. O endereço do próximo salto é indicado na entrada da rota.

Se o roteador de encaminhamento e o roteador de próximo salto estiverem em uma rede Ethernet, um processo semelhante (ARP e ICMPv6 Neighbour Discovery) ocorrerá para determinar o endereço MAC de destino do pacote, conforme descrito anteriormente. A diferença é que o roteador irá procurar o endereço IP do roteador do próximo salto em sua tabela ARP ou cache vizinho, em vez do endereço IP de destino do pacote.

Nota: Este processo irá variar para outros tipos de redes da Camada 2.

Se não houver correspondência entre o endereço IP de destino e um prefixo na tabela de roteamento, e se não houver uma rota padrão, o pacote será descartado.

Encaminhamento de pacote ponta a ponta

A principal responsabilidade da função de encaminhamento de pacote é encapsular os pacotes no tipo de quadro de enlace de dados apropriado para a interface de saída. Por exemplo, o formato do quadro de link de dados para um link serial pode ser protocolo ponto a ponto (PPP), protocolo de controle de link de dados de alto nível (HDLC) ou algum outro protocolo de camada 2.

Clique em cada botão e reproduza as animações do PC1 enviando um pacote para o PC2. Observe como o conteúdo e o formato do quadro do link de dados mudam a cada salto.

Na primeira animação, PC1 envia um pacote para PC2. Observe que se uma entrada ARP não existir na tabela ARP para o gateway padrão de 192.168.1.1, PC1 enviará uma solicitação ARP. O roteador R1 então retornaria uma resposta ARP.

R1 agora encaminha o pacote para PC2. Como a interface de saída está em uma rede Ethernet, R1 deve resolver o endereço IPv4 do próximo salto com um endereço MAC de destino usando sua tabela ARP. Se uma entrada ARP não existir na tabela ARP para a interface do próximo salto de 192.168.2.2, R1 enviará uma solicitação ARP. R2 então retornaria uma resposta ARP.

R2 agora encaminha o pacote para R3. Como a interface de saída não é uma rede Ethernet, R2 não precisa resolver o endereço IPv4 do próximo salto com um endereço MAC de destino. Quando a interface é uma conexão serial ponto a ponto (P2P), o roteador encapsula o pacote IPv4 no formato de quadro de link de dados apropriado usado pela interface de saída (HDLC, PPP, etc.). Como não há endereços MAC nas interfaces seriais, R2 define o endereço de destino do link de dados como um equivalente a uma transmissão.

R3 agora encaminha o pacote para PC2. Como o endereço IPv4 de destino está em uma rede Ethernet conectada diretamente, R3 deve resolver o endereço IPv4 de destino do pacote com seu endereço MAC associado. Se a entrada não estiver na tabela ARP, R3 enviará uma solicitação ARP de sua interface FastEthernet 0/0. O PC2 então retornaria uma resposta ARP com seu endereço MAC.

Mecanismos de encaminhamento de pacotes

Conforme mencionado anteriormente, a principal responsabilidade da função de encaminhamento de pacote é encapsular os pacotes no tipo de quadro de enlace de dados apropriado para a interface de saída. Quanto mais eficientemente um roteador puder executar essa tarefa, mais rápido os pacotes podem ser encaminhados pelo roteador. Os roteadores são compatíveis com os três mecanismos de encaminhamento de pacotes a seguir:

  • Troca de processo
  • Troca rápida
  • Cisco Express Forwarding (CEF)

Suponha que haja um fluxo de tráfego que consiste em cinco pacotes. Todos estão indo para o mesmo destino. Clique em cada botão para obter mais informações sobre os mecanismos de encaminhamento de pacotes.

Um mecanismo de encaminhamento de pacotes mais antigo ainda disponível para roteadores Cisco. Quando um pacote chega a uma interface, ele é encaminhado ao plano de controle onde a CPU combina o endereço de destino com uma entrada em sua tabela de roteamento e, a seguir, determina a interface de saída e encaminha o pacote. É importante entender que o roteador faz isso para todos os pacotes, mesmo que o destino seja o mesmo para um fluxo de pacotes. Esse mecanismo de comutação de processo é muito lento e raramente é implementado em redes modernas. Compare isso com a comutação rápida.

Troca de Processo

A comutação rápida é outro mecanismo de encaminhamento de pacotes mais antigo que foi o sucessor da comutação de processos. A comutação rápida usa um cache de comutação rápida para armazenar informações do próximo salto. Quando um pacote chega a uma interface, ele é encaminhado ao plano de controle onde a CPU procura por uma correspondência no cache de comutação rápida. Se não estiver lá, é comutado por processo e encaminhado para a interface de saída. As informações de fluxo do pacote também são armazenadas no cache de comutação rápida. Se outro pacote que vai para o mesmo destino chegar a uma interface, as informações do próximo salto no cache serão reutilizadas sem intervenção da CPU.

Com a comutação rápida, observe como apenas o primeiro pacote de um fluxo é comutado por processo e adicionado ao cache de comutação rápida. Os próximos quatro pacotes são rapidamente processados com base nas informações do cache de comutação rápida.

Troca Rápida

CEF é o mecanismo de encaminhamento de pacotes Cisco IOS mais recente e padrão. Como a comutação rápida, o CEF constrói um Forwarding Information Base (FIB) e uma tabela de adjacência. No entanto, as entradas da tabela não são acionadas por pacote, como a comutação rápida, mas sim por alteração, como quando algo muda na topologia da rede. Portanto, quando uma rede convergiu, a FIB e as tabelas de adjacência contêm todas as informações que um roteador deve considerar ao encaminhar um pacote. O Cisco Express Forwarding é o mecanismo de encaminhamento mais rápido e o padrão em roteadores Cisco e switches multicamadas.

O CEF cria o FIB e as tabelas de adjacência após a convergência da rede. Todos os cinco pacotes são processados rapidamente no plano de dados.

Troca Rápida

Uma analogia comum usada para descrever esses três mecanismos diferentes de encaminhamento de pacotes é a seguinte:

  • A troca de processos resolve um problema fazendo cálculos matemáticos, mesmo que seja o mesmo problema que acabou de ser resolvido.
  • A troca rápida resolve um problema fazendo matemática extensa uma vez e lembrando a resposta para problemas idênticos subsequentes.
  • O CEF resolve todos os problemas possíveis com antecedência em uma planilha.

Pronto para ir! Continue visitando nosso blog do curso de networking, confira todo o conteúdo do CCNA 3 aqui; e você encontrará mais ferramentas e conceitos que o tornarão um profissional de rede.