Roteador (Equipamento de Camada 3)

O roteador é o equipamento de rede responsável por encaminhar pacotes entre redes IP distintas (domínios de broadcast diferentes) com base no endereço lógico de destino contido no cabeçalho da Camada de Rede (IPv4 ou IPv6). Enquanto o switch encaminha quadros com base em endereços MAC (Camada 2), o roteador toma decisões com base em endereços IP (Camada 3) e, por isso, é o elemento que define os limites entre redes e sustenta a interconexão global da Internet.

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1. Funções Principais

Um roteador executa, no mínimo, as seguintes funções:

1. Recepção de quadros da Camada 2 (Ethernet, PPP, etc.), desencapsulando o pacote IP.
2. Decremento do TTL no cabeçalho IP (RFC 791) e descarte do pacote com geração de ICMP Time Exceeded se chegar a zero (evita loops infinitos).
3. Cálculo do checksum do cabeçalho IP (em IPv4 — em IPv6 esse campo foi removido).
4. Consulta à tabela de roteamento (FIB — Forwarding Information Base) usando o endereço de destino.
5. Reescrita do endereço MAC de origem e destino (reencapsulamento Ethernet para o próximo salto).
6. Encaminhamento (forwarding) do pacote pela interface de saída apropriada.

Encaminhamento vs Roteamento

• Forwarding (encaminhamento): ação local de pacote-a-pacote, feita no plano de dados (data plane), em hardware (ASIC/FPGA/NPU) — microssegundos.
• Routing (roteamento): processo de aprendizagem e cálculo de caminhos, feito no plano de controle (control plane), em software (processo de roteamento executando em CPU) — segundos a minutos.

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2. Tabelas de Roteamento: RIB e FIB

RIB (Routing Information Base)

A RIB é a tabela completa construída pelos protocolos de roteamento (OSPF, BGP, IS-IS, EIGRP, estática, conectada direta). Pode conter múltiplas rotas para o mesmo destino, aprendidas por fontes distintas. Cada entrada contém:

• Prefixo de destino (ex.: 192.168.10.0/24)
• Protocolo de origem (static, connected, OSPF, BGP, etc.)
• Métrica/custo (distance, metric, local preference)
• Next-hop (IP do próximo roteador ou interface de saída)

FIB (Forwarding Information Base)

A FIB é a tabela otimizada usada pelo plano de dados para o encaminhamento real. É derivada da RIB após a eleição da melhor rota para cada prefixo (considerando administrative distance, métrica e regras de seleção do BGP). É estruturada em estruturas de dados avançadas para lookup ultrarrápido:

• Trie binária (1 bit por nível) — histórica, lenta.
• Patricia trie / Radix tree — usada no BSD/Linux kernel.
• TCAM (Ternary Content-Addressable Memory) — hardware paralelo que faz lookup em 1 ciclo de clock; permite longest prefix match em paralelo.

Algoritmo de Lookup: Longest Prefix Match (LPM)

Quando o roteador recebe um pacote para 192.168.10.5, ele consulta todas as entradas compatíveis e escolhe a mais específica (máscara maior):

RIB:
  0.0.0.0/0      via 200.1.1.1   (default route)
  192.168.0.0/16 via 10.0.0.1
  192.168.10.0/24 via 10.0.0.2   ← escolhida (mais específica)

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3. Protocolos de Roteamento

IGP (Interior Gateway Protocol)

Usado dentro de um Sistema Autônomo (AS):

Protocolo	Tipo	Algoritmo	Métrica	RFC/Especificação
RIPv2	Vetor de distância	Bellman-Ford	hop count (max 15)	RFC 2453
OSPFv2/v3	Estado de enlace	Dijkstra (SPF)	custo (108 / bandwidth)	RFC 2328 / RFC 5340
IS-IS	Estado de enlace	Dijkstra (SPF)	custo configurável	ISO 10589, RFC 5308
EIGRP	Híbrido (DUAL)	Diffusing Update	composta (bw + delay)	Cisco proprietário → RFC 7868

EGP (Exterior Gateway Protocol)

Usado entre Sistemas Autônomos:

• BGP-4 (Border Gateway Protocol): RFC 4271. Protocolo de vetor de caminhos (path-vector) que mantém a tabela de roteamento global da Internet (DFZ — Default-Free Zone). Troca de prefixos entre ASes usando atributos como AS_PATH, LOCAL_PREF, MED, NEXT_HOP, ORIGIN.

Sistema Autônomo (AS)

Um AS é um conjunto de redes IP sob uma única política administrativa, identificado por um número de 32 bits (ASN) atribuído pelo IANA/RIRs. Exemplos: AS 3356 (Level 3/Lumen), AS 15169 (Google), AS 28571 (Brasil Telecom). Faixas: públicos (2 bytes: 1-64495; 4 bytes: 1-4199999999) e privados (64512-65535 e 4200000000-4294967294, RFC 6996).

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4. Conceitos Fundamentais de Roteamento

Next-hop

Endereço IP do próximo roteador ao longo do caminho para o destino. Pode ser:

• Específico (ex.: 10.0.0.2) — exige resolução ARP/ND para descobrir o MAC.
• Direto via interface (ex.: Serial0/0 em links ponto-a-ponto PPP/HDLC).
• Null (descarte deliberado — black-hole).

Métrica

Valor numérico que permite comparar rotas para o mesmo destino. Cada protocolo usa a sua:

• RIP: hop count (cada salto = 1)
• OSPF: custo (10⁸ / bandwidth em bps; FastEthernet = custo 1)
• EIGRP: fórmula composta (K1×BW + K3×Delay + K5/(K4+Reliability))
• BGP: vetor de atributos na ordem: LOCAL_PREF → AS_PATH (mais curto) → ORIGIN → MED → eBGP>iBGP → IGP metric

Administrative Distance (Cisco)

Critério de desempate entre rotas aprendidas por protocolos distintos para o mesmo prefixo. Quanto menor a distância, mais preferida a rota.

Origem	Distância	Origem	Distância
Conectada	0	IS-IS	115
Estática	1	RIP	120
eBGP	20	EIGRP (externo)	170
EIGRP (interno)	90	iBGP	200
OSPF	110

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5. Fabricantes e Sistemas Operacionais

Fabricante	SO	CLI primário
Cisco	IOS IOS-XE, IOS-XR, NX-OS	Cisco IOS CLI
Juniper	Junos OS, Junos Evolved	Junos CLI (XML/JSON)
Huawei	VRP (Versatile Routing Platform)	Comando similar ao Cisco
Arista	EOS	Linux-based, bash accessível
Aruba (HPE)	ArubaOS-CX, ArubaOS-Switch	CLI Cisco-like
MikroTik	RouterOS	Winbox/CLI/REST
Nokia	SR OS, SR Linux	MD-CLI, classic CLI
VyOS (open-source)	VyOS	FRR + CLI própria

Exemplos de configuração IOS (Cisco):

interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.0.0.1 255.255.255.252
!
router ospf 1
 network 10.0.0.0 0.0.0.3 area 0
!
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 200.1.1.1

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6. Funções Adicionais de um Roteador

Embora o forwarding seja a função nuclear, roteadores modernos agregam inúmeras capacidades:

• NAT/PAT (Network Address Translation) — RFC 1631, tradução IPv4 privada/pública.
• ACLs (Access Control Lists) — filtragem L3/L4 por IP de origem/destino, protocolo, porta.
• QoS — marcação DSCP, filas LLQ/CBWFQ, policing, shaping.
• Túneis — GRE (RFC 2784), IPsec (RFC 4301), VXLAN (RFC 7348).
• MPLS — comutação por rótulo entre roteadores LSR.
• Multicast — PIM-SM, IGMP snooping/proxy.
• DHCP Relay — encaminha requisições DHCP entre sub-redes (RFC 1542).

Roteador como Elemento de Segurança (Perímetro)

No controle de perímetro, roteadores com ACL desempenham papel de defesa fundamental, assumindo também a função de elemento de segurança ativo. Embora a função básica seja conectar segmentos distintos, o roteador pode ser configurado para realizar uma crítica de segurança sobre os pacotes que o atravessam, delimitando a fronteira entre a rede interna (Intranet) e redes externas não confiáveis (Internet).

Funcionamento das ACLs

Uma ACL é uma lista sequencial de instruções de permissão ou negação. O roteador compara argumentos do cabeçalho dos pacotes com as regras: endereço IP de origem/destino, tipo de protocolo (TCP, UDP, ICMP), porta (socket). Há regra de bloqueio implícita final (deny any): qualquer tráfego não explicitamente permitido é bloqueado.

• ACL Padrão (Standard): analisa apenas o IP de origem. Ex.: access-list 10 permit 192.168.1.0 0.0.0.255.
• ACL Estendida (Extended): analisa origem, destino, protocolo e porta. Ex.: access-list 101 permit tcp any host 10.1.1.1 eq 80.

Quanto à direção: Inbound processa a ACL antes de consultar a tabela de roteamento (eficiente, descarta maliciosos cedo); Outbound processa pacotes já roteados logo antes de saírem pela interface.

Integração na Defesa em Camadas

• Zonas de segurança: segmenta a rede em DMZ (Zona Desmilitarizada), Intranet, Extranet.
• Módulos de firewall: alguns roteadores corporativos permitem adicionar módulos de hardware/software de firewall (Cisco ASA, ISR com FirePOWER), realizando inspeção stateful.
• Barreira primária: ao inspecionar tráfego de entrada no perímetro, barra ataques conhecidos e reduz a superfície de exposição dos servidores internos.

Em suma, o uso de ACLs em roteadores é uma prática estratégica que aproveita a infraestrutura existente para criar uma posição de defesa no perímetro, controlando rigorosamente o que entra e sai da organização.

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7. Arquitetura Interna de um Roteador Moderno

[ Plano de Controle ]                    [ Plano de Dados ]
OSPF/BGP/IS-IS/RIB   <------ RIB -----> FIB (TCAM)
(CPU: x86/ARM/PowerPC)              (NPU/ASIC/FPGA)

• Plano de controle: roda em CPU genérica (x86, ARM, PowerPC). Calcula rotas, mantém adjacências.
• Plano de dados: implementado em ASIC (Broadcom Jericho, Cisco Silicon One, Juniper Trio) ou NPU — processa milhões de pacotes por segundo com latência de microssegundos.
• Plano de gerência: SNMP, NETCONF/YANG, gRPC, Telemetry (RFC 8641), SSH.
• Convergência: OSPF converge em ~1 s; BGP em 30 s a minutos.
• Alta disponibilidade: VRRP/HSRP (RFC 5798/2281), NSR (Non-Stop Routing), SSO (Stateful Switchover), chassis virtuais (StackWise, Virtual Chassis).

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8. Conclusão

O roteador é o pilar que sustenta a interconexão global da Internet. Ele combina três dimensões técnicas — plano de dados (forwarding em hardware via TCAM/NPU), plano de controle (protocolos OSPF/IS-IS/BGP calculando caminhos em CPU) e plano de gerência (NETCONF/YANG, SNMP) — em um único equipamento. Compreender os conceitos de RIB/FIB, next-hop, métrica, administrative distance e AS é pré-requisito para qualquer engenheiro de redes. Em ambientes modernos, o roteador ainda acumula papéis de NAT, ACL, túnel, QoS e segurança de perímetro, tornando-se um equipamento multifuncional, central na arquitetura de qualquer organização.