Camada de Rede

1. Introdução

2. Funções

3. Estratégia de conexão

4. Roteamento

5. Congestionamento

6. Interconexão de redes

Os tópicos a serem examinados podem ser encontrados nos seguintes capítulos de livros:

1. Computer Networks, Tanenbaum, cap. 5

2. Redes de Computadores, Soares et alii, caps. 10 e 11

3. Outros bons livros de redes de computadores, nos capítulos sobre camada de rede do protocolo OSI

1. Introdução

A terceira camada do protocolo OSI é também a última em que todas as máquinas da sub-rede tomam parte. É na camada de rede que cada máquina determina, finalmente, se a mensagem é de fato endereçada a ela ou não.

Isso implica, na prática, no desenvolvimento de atividades de endereçamento e roteamento, para que os pacotes de dados possam chegar corretamente aos seus destinos e de forma eficiente.

2. Funções

Como a função primária da camada de rede é o tratamento de endereços, os serviços por ela prestados à camada de transporte são:

1. Definição de endereços

2. Definição da estratégia de conexão

3. Definição de rotas a serem seguidas pelos pacotes

4. Definição de técnicas para tratamento de congestionamentos

Dessas características não examinaremos aqui os detalhes de como se definem endereços (e como eles são tratados), deixando esse item para ser discutido dentro da camada de transporte, no contexto do protocolo TCP/IP. Nos concentraremos portanto no tratamento de rotas, o que envolve os itens 2 a 4.

3. Estratégia de Conexão

Como mencionado, a camada de rede se preocupa essencialmente com atividades de endereçamento e roteamento. Entretanto, uma condicionante bastante severa à atividade de roteamento é a forma como se estabelecem conexões entre as entidades que irão se comunicar. Essa conexão diz respeito ao formato em que se define um caminho na rede, o que pode ser feito de duas formas distintas:

1. Circuito Virtual, em que o caminho é definido no estabelecimento da conexão, não sendo mais alterado a partir daí. Todos os pacotes seguem sempre a mesma rota, independentemente de situações como perda de linha ou congestionamento. É uma forma mais simples de se fazer o roteamento.

2. Datagrama, em que o caminho é definido para cada pacote individualmente, que é denominado datagrama. Aqui é possível buscar sempre o melhor caminho para a transmissão. Entretanto isso cria um custo computacional adicional, que nem sempre é desejável.

4. Roteamento

A transmissão de informações entre duas máquinas apenas é possível se existir uma ligação entre as mesmas. Se essas máquinas fizerem parte da mesma sub-rede (domínio) não existe maior preocupação em como se estabelecer tal conexão. Para máquinas em sub-redes distintas, muitas vezes bem distantes uma da outra, é preciso que se defina o caminho que deve ser percorrido pelos pacotes transferidos entre cada máquina. Ao processo de definição do caminho denominamos roteamento, que é, na prática, uma das operações mais caras no funcionamento de uma rede.

Existem diversas formas de se fazer o roteamento, tais como:

1. Hot potato

2. Flooding

3. Caminho mínimo (Dijkstra, Bellman-Ford)

4. Por tabelas estáticas (ou dinâmicas), etc.

5. Congestionamento

Um problema intrinsicamente associado ao roteamento é o de tratamento de congestionamentos. A relação entre os dois é bastante óbvia, pois um caminho é mais ou menos eficiente dependendo de quantos pacotes estão trafegando por ele num dado instante. É natural que quanto mais pacotes trafegando, menor será a folga do canal e, portanto, maior a possibilidade de redução na velocidade do tráfego naquele ponto da rede.

Dentro da camada de rede se estabelecem, portanto, serviços para o tratamento de congestionamentos, que podem tanto se aproveitar dos algoritmos de roteamento, quanto ter funcionamento dedicado e independente, como é o caso do algoritmo de Leaky Bucket.

5. Interconexão de redes

Como a camada de redes é a responsável pelo roteamento de pacotes entre as várias sub-redes, cabe a ela hospedar os dispositivos que executarão tal função. Esses dispositivos são denominados roteadores (routers), possuindo um alto grau de processamento e "inteligência". O funcionamento estável e eficiente de uma rede depende, fundamentalmente, da eficiência dos roteadores. A velocidade do tráfego, além de restrições locais, depende das capacidades de transferência dos roteadores, uma vez que todo o tráfego entre duas redes quaisquer deve, obrigatoriamente, passar por um ou mais desses dispositivos.

Apenas como lembrança, vale dizer que enquanto um bridge se ocupa de apenas duas sub-redes, sendo portanto capaz de transferir dados de uma para outra, um roteador é capaz de identificar endereços de redes que distam vários passos (conexões entre sub-redes) entre si, estabelecendo rotas para se transferir pacotes entre uma e outra, além de poder conectar simultaneamente diversas sub-redes.