Routing dynamiczny

Transkrypt

Routing dynamiczny

Routing dynamiczny
1
Routing dynamiczny
2
Miejsce w modelu OSI/ISO
Obsługuje funkcje związane
z określoną aplikacją
Warstwa aplikacji
Routing dynamiczny
Zapewnia przepływ danych
pomiędzy dwoma
komputerami, obsługując
znajdującą się nad nią
warstwę aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportu
Obsługuje ruch pakietów w sieci
Warstwa sieci
Zawiera programy obsługi
urządzeń i odpowiadające
im karty interfejsów
sieciowych. Odpowiada
za fizyczne dołączenie do
kabla sieciowego
Warstwa łącza
Warstwa łącza
Routing dynamiczny
© DSRG 2001-2003, Paweł Rzepa
www.cs.agh.edu.pl
3
Plan wykładu
Schemat adresacji CIDR
Routing statyczny kontra dynamiczny
Podział protokołów routingu
Protokoły wewnętrzne
Zawiera skojarzenie pomiędzy adresem IP przeznaczenia (może to być
zarówno pełny adres komputera jak i adres sieci) a adresem IP routera
następnego przejścia
R0
?
120.0.0.0
120.1.1.1
R1
130.2.0.0
0.0.5.5
R2
130.2.1.1 130.2.2.1
120.1.3.8
200.2.5.0
200.2.5.1
R3
200.2.5.2
150.2.0.0
150.2.1.2
120.1.3.8
– RIP, RIP2, IGRP
– OSPF
Sieć docelowa IP nast. przejścia
200.2.5.0
150.2.0.0
120.0.0.0
130.2.0.0
www.cs.agh.edu.pl
Tablica routingu
•
•
•
•
•
Routing dynamiczny
www.cs.agh.edu.pl
130.2.2.1
130.2.2.1
bezp. dołączona
bezp. dołączona
Sieć docelowa IP nast. przejścia
120.0.0.0
150.2.0.0
130.2.0.0
200.2.5.0
130.2.1.1
200.2.5.2
bezp. dołączona
bezp. dołączona
www.cs.agh.edu.pl
4
Routing dynamiczny
5
• Routing IP jest dokonywany na podstawie kolejnych
przejść
• Router nie zna pełnej trasy do żadnego z punktów
przeznaczenia
• Routing jest możliwy dzięki przekazywaniu
datagramu do następnego routera. Zakłada się, że
kolejny router jest „bliżej” punktu przeznaczenia niż
komputer wysyłający informację oraz że wysyłający
komputer jest połączony z jakimś routerem, który
odbiera od niego datagramy.
Routing dynamiczny
www.cs.agh.edu.pl
Classless Inter-Domain
Routing (CIDR)
6
Classless Inter-Domain
Routing (CIDR)
Tablica routingu – wnioski
Routing dynamiczny
Schemat adresacji - po co go wprowadzamy ?
• Problem 1: brak wolnych adresów sieci
– np. tylko 16384 sieci klasy B
– rozwiązanie: „dzielenie” adresów klasy B na mniejsze
(odpowiadające klasie C)
• Problem 2: wzrost wielkości tablic routingu
– rozwiązanie: agregacja tablic routingu
w zależności od providera lub od lokalizacji geograficznej
7
Routing dynamiczny
www.cs.agh.edu.pl
Podział Protokołów
Routingu
Struktura adresu CIDR
Prefix 13 do 27 bitów - numer sieci
Numer hosta
Nie mówimy o klasach adresów
• Podsumowanie:
Wewnętrzny
– Podobnie, CIDR służy oszczędzaniu adresów przez ich gęstą
alokację
– Techniki te są jednak środkami przejściowymi, jedynym
rozwiązaniem omówionych problemów jest nowy schemat
adresacji
Routing
Dynamiczny
Routing
Statyczny
www.cs.agh.edu.pl
Z wektorem
odległości
Stanu
łącza
Zewnętrzny
Z wektorem
odległości
Stanu
łącza
www.cs.agh.edu.pl
8
Routing dynamiczny
9
Hierarchiczny routing w sieci IP
Routing dynamiczny
10
AS- Autonomus System
Intra-AS border (exterior gateway) routers (routing zewnętrzny)
Wydzielony administracyjnie (przez przypisanie AS-id)
zbiór routerów, który realizuje ten sam protokół routingu
dynamicznego
Wprowadzenie AS zmniejsza wielkość tablic routingu oraz
Skraca czas ich wyznaczania przez protokoły routingu
Wprowadzenie AS (hierarchii) jest podstawą skalowalności
routingu w sieci Internet
Inter-AS interior (gateway) routers (routing wewętrzny)
Routing dynamiczny
www.cs.agh.edu.pl 11
Routing dynamiczny
Intra-AS and Inter-AS Routing
border (exterior gateway) routers
Inter-AS
routing
C.b
between
A and B
A.a
b
a
A.c
C
Host
h1
A
b
c
Intra-AS routing
within AS A
Host
h2
c
a
B
a
d
B.a
b
Wymagania stawiane
protokołom routingu
Intra-AS routing
within AS B
interior (gateway) routers
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
13
Routing dynamiczny
14
Alternatywna ścieżka
Zbieżność
Zbieżność
X
N1
Router potrzebuje czasu na znalezienie alterantywnej
ścieżki w wypadku zmiany topologii sieci (np. awaria)
Czas, po którym routery będą miały jednakowy “obraz”
sieci jest zależny od konfiguracji (np. odstęp między
periodycznie rozsyłanymi pakietami)
Routing dynamiczny
Równoważenie obciążenia
R1
Pierwotna ścieżka
Czas wykrywania awarii:
Łącza szeregowe:
natychmiastowo (przerwa w obwodzie)
Token Ring i FDDI: od razu
Ethernet: dwa lub trzy cykle zegara “keepalive”
Brak EIGRP Hello lub OSPF Hello
Routing dynamiczny
Równoważenie obciążenia
R2
T1
N1
R2
768K
T1
T1
N2
R1
T1
T1
R4
N1
R1
• Zbliżone koszty ścieżek
www.cs.agh.edu.pl
N2
512K
R3
• Równe koszty ścieżek
T1
R4
R3
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
17
Routing
statyczny vs. dynamiczny
•
•
•
•
•
•
Przewidywalny – trasa po której
pakiet jest przesyłany jest
dobrze znana i może być
kontrolowana.
Łącza nie są dodatkowo
obciążone wiadomościami
służącymi do routowania.
Łatwe do skonfigurowania w
małych sieciach.
Brak skalowalności
Brak obsługi redundantnych
połączeń
Nieumiejętność dostosowania
się do dynamicznych zmian w
konfiguracji sieci
•
•
•
•
•
Skalowalność
Zdolność dostosowania się do
zmian topologii sieci
Łatwość konfiguracji – nie
popełniamy błędów
Większy stopień zawiłości działania
sieci. Im lepiej protokół reaguje na
zmiany w sieci tym bardziej
skomplikowany musi być –
trudności w implementacji –
różnice pomiędzy sprzętem od
różnych producentów
Konieczność okresowej wymiany
danych to z punktu widzenia
użytkownika niepotrzebne
obciążenie sieci.
Routing dynamiczny
Routing dynamiczny
18
Klasyfikacja protokołów
routingu dynamicznego
• Podział ze względu na obszary zastosowań
– protokoły wewnętrzne
– protokoły zewnętrzne
• Podział ze względu na charakter
wymienianych informacji
– protokoły z wektorem odległości
– protokoły stanu łącza
Routing dynamiczny
Protokoły routingu —
wewnętrzne i zewnętrzne
•
Wewnętrzne
–
–
–
–
•
Stosowane wewnątrz jednej domeny administracyjnej
Proste, w małym stopniu obciążają routery
Mało skalowalne
RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing
Protocol), OSPF (Open Shortest Path First),
Zewnętrzne
Protokoły z wektorem
odległości
ang. Distance Vector
– Odpowiadają za wymianę informacji pomiędzy dwiema niezależnymi
administracyjnie sieciami
– Dają się skalować, łatwo obsługują duże sieci
– Są skomplikowane, ilość dodatkowych informacji przesyłanych siecią może
szybko zablokować pracę małej lub średniej sieci
– EGP (exterior gateway protocol), BGP (border gateway protocol)
•
Można je zamieniać, ale nie jest to mądre, bo zostały przystosowane
do innego trybu pracy
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
21
Protokoły dystans-wektor
Routing dynamiczny
22
Distance Vector Routing Algorithm
• Based on Bellman-Ford algorithm
• Router regularnie wysyła wszystkim swoim sąsiadom
informacje na temat każdej dostępnej, znanej sobie
sieci:
– At node X, the distance to Y is updated by
D X (Y ) = min Z ∈N ( X ) (c( X , Z ) + D Z (Y ))
where DX(Y) denote the distance at X currently from X to Y,
N(X) the neighbors of node X, and c(X, Z) the distance of the direct link
from X to Z
– Jak daleko do niej jest (dystans)
• Czas podróży
• Liczba przeskoków
• Koszt przesyłu
• Properties
– distributed:
– Jak się można do niej dostać (wektor)
• each node communicates its routing table to its directly-attached neighbors
– iterative:
• Zwykle — „wyślij do mnie, bo ja wiem, jak to przesłać dalej”.
• Inny router. Np. gdy router docelowy nie obsługuje danego
protokołu routingu.
• continues periodically or when link changes, e.g. detects a link failure
– asynchronous:
• nodes need not exchange info/iterate in lock step!
– convergence in finite steps, independent of initial condition
• if the network is connected
Routing dynamiczny
Budowa tablic routingu
Protokół d-w — stan 0
• Routery otrzymują tablice od swoich sąsiadów
• Zapamiętują najlepszą znaną odległość do
określonego odbiorcy oraz router który
przesłał taką informację
• Uaktualniają wpis jeśli odbiorą informację o
lepszej odległości
• Obliczają minimalną odległość przyrostowo,
nie potrzebują przechowywać wszystkich
danych od sąsiadów
Routing dynamiczny
www.cs.agh.edu.pl
NHR
a0b0d0-
NHR
a0c0-
NHR
b0e0-
NH
a1
c1
U
V
X
a
b
NH
a1
c1
e
c
d
f
NHR
c0f0-
Y
Z
NHR
d0e0f0-
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
25
Routing dynamiczny
Protokół d-w — stan I
NHR
a0b0d0c1U
NHR
a0c0NH
a1
c1
U
Protokół d-w — stan I
NHR
b0e0-
V
NHR
a0c0-
NH
a1
b1
c2
d1
NH
a2
c1
f1
d
c
Z
NHR
d0e0f0-
NHR
c0f0a1U
Routing dynamiczny
Y
Z
NHR
a0b0d0c1U
NH
a1
b1
c2
d1
U
V
c
U
Y
NH
a2
b2
c2
d1
e1
f1
c
e
d
f
Z
NH
a2
c1
f1
b
e
f
NHR
c0f0a1U
X
a
d
NHR
d0e0f0a1V
b1V
c1Y
NHR
c0f0a1U
www.cs.agh.edu.pl
Y
NHR
b0e0a1V
c2V
d1V
NH
a2
b1
c3
d2
e1
V
b
NH
a1
b1
c2
d1
NHR
a0b0d0c1U
NHR
a0c0b1V
d1V
f1Y
X
a
Routing dynamiczny
Protokół d-w — stan II
NHR
b0e0a1V
c2V
d1V
NH
a1
b1
c2
d1
NHR
d0e0f0-
NH
a2
c1
f1
Protokół d-w — stan II
NH
a2
c1
f1
e
d
f
Y
NHR
a0c0b1V
d1V
f1Y
b
NH
a1
b1
c2
d1
f
NHR
c0f0a1U
X
a
e
c
NHR
b0e0-
NH
a1
b1
c2
d1
V
b
NH
a1
c1
NHR
a0b0d0c1U
U
X
a
26
Z
NH
a2
b2
c2
d1
e1
f1
NHR
d0e0f0a1V
b1V
c1Y
NH
a2
b1
c3
d2
e1
NH
a2
b2
c2
d1
e1
f1
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
29
Routing dynamiczny
Protokół d-w — stan III
NHR
a0b0d0c1U
e1X
f1Z
NHR
a0c0b1V
d1V
f1Y
U
V
c
U
Y
NH
a2
b1
c3
e1
e
Z
NHR
d0e0f0a1V
b1V
c1Y
NH
a2
b2
c2
d1
e1
f1
NH
a2
b2
c2
d1
e1
f1
NHR
c0f0a1U
b2Z
d1Z
e1Z
Protokół d-w — stan IV
NHR
a0b0d0c1U
e1X
f1Z
NH
a1
b1
c2
d1
e2
f2
U
V
c
NH
a1
b1
c2
d1
e2
f2
c
Y
Z
NHR
c0f0a1U
b2Z
d1Z
e1Z
NHR
a0b0d0c1U
e1X
f1Z
NHR
a0c0b1V
d1V
f1Y
e2Y
U
X
NHR
b0e0a1V
c2V
d1V
f1Z
V
X
a
b
e
e
d
c
d
f
Z
NH
a2
b3
c1
d2
e2
f1
NHR
d0e0f0a1V
b1V
c1Y
Routing dynamiczny
f
Y
e
d
NH
a2
b3
c1
d2
e2
f1
b
NH
a1
b1
c2
d1
e2
f2
X
b
Protokół d-w — stan ustalony
NHR
b0e0a1V
c2V
d1V
f1Z
NH
a1
b1
c2
d1
e2
f2
a
NH
a2
b3
c1
d2
e2
f1
V
f
Routing dynamiczny
NH
a2
b3
c1
d2
e2
f1
NHR
b0e0a1V
c2V
d1V
f1Z
NH
a1
b1
c2
d1
e2
f2
a
d
f
NHR
a0b0d0c1U
e1X
f1Z
NH
a1
b1
c2
d1
e2
f2
b
NH
a2
b2
c2
d1
e1
f1
NHR
a0c0b1V
d1V
f1Y
e2Y
NHR
a0c0b1V
d1V
f1Y
X
a
NHR
c0f0a1U
b2Z
d1Z
e1Z
Protokół d-w — stan III
NHR
b0e0a1V
c2V
d1V
f1Z
NH
a2
b1
c3
e1
30
NHR
d0e0f0a1V
b1V
c1Y
NHR
c0f0a1U
b2Z
d1Z
e1Z
www.cs.agh.edu.pl
Y
Z
•
NHR
d0e0f0a1V
b1V
c1Y
•
Sieć znajduje się w stanie
ustalonym
Kolejność wysyłania danych
przez routery była
przypadkowa
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
33
Routing Information Protocol
(RIP)
• Router wysyła informacje co 30s do
wszystkich swoich sąsiadów — pakiety typu
broadcast — o znanych sobie sieciach i
odległości do nich
• Miarą odległości jest liczba routerów jaką
należy przejść, żeby dostać się do danej sieci
• Po 180s nie odświeżona droga jest usuwana z
tablicy routingu
Routing dynamiczny
Routing dynamiczny
Pakiet RIP — enkapsulacja
Pakiet RIP
Port 520
To Send/Rcv
Nagłówek IP
4
polecenie
(zapytanie/odpowiedź)
8
12
16
20
Nagłówek UDP Pole danych
Pole danych
Routing dynamiczny
24
28
31
N
wersja
musi być wypełnione zerami
identyfikator rodziny adresów
Sieć 1
R0
R1
R2
N
R3
H
Sieć 1 15
11
13
3
5
7
9
• Router R2 wysyła informacje o dostępności
sieci 1 co 30 sekund
• Po 180 sekundach R1 wpisuje do swojej
tablicy nową drogę do sieci 1
metryka
H
Sieć 1 16
10
12
14
2
4
6
8
adres IP
N
Wady RIP — liczenie do
nieskończoności
Pakiet RIP
0
34
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
37
RIP — zmniejszanie
prawdopodobieństwa wystąpienia
liczenia do nieskończoności
• Uaktualnianie z podzielonym horyzontem
Routing dynamiczny
RIP — dzielony horyzont
• Zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia
zjawiska zliczania do nieskończoności
– router nie propaguje informacji o dostępności sieci na interfejs,
przez który prowadzi najlepsza trasa
N
• Wstrzymanie
• Odświeżanie wymuszone
Routing dynamiczny
Reverse-Poison
distance
table E sends
to its neighbors
E’s
distance
table
A
10
E
2
D
distance
R2
R3
N
H
Sieć 1 3
Routing dynamiczny
Reverse-Poison
1
To B
ToD,C
A: ∞
A: 1
A: 1
8, B
B: 8
B: ∞
B: 8
4, D
C: 4
C: 4
C: ∞
D: 2
D: 2
D: ∞
E: 0
E: 0
E: 0
2, D
R1
Nie zawsze zapobiega zliczaniu do nieskończoności
To A
1, A
2
8
1
C
R0
Sieć 1
R2 nie wysyła informacji o dostępności
Sieci 1 do R1 bo przez ten router
prowadzi najkrótsza trasa tej sieci
– w wypadku zmiany w tablicy router nie czeka 30s tylko
rozgłasza nową informację natychmiast
B
H
Najkrótsza trasa do 1
jest dostępna przez R1
Sieć 1 3
– router wstrzymuje się z akceptacją komunikatów o dostępności
sieci, o której awarii otrzymał informację
(zazwyczaj na 60 sek.)
7
38
1
1
1
through
neighbor
www.cs.agh.edu.pl
When the link between C and D fails, C will set its distance to D
as ∞
However, A will then use B to go to D, and B will use A to go to D
because there is no reverse-poison between them
After such updates, A (and B) will then report new path to C for
D, and C will use the path; we thus have the count-to-infinity
problem again
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
41
RIP — wstrzymanie
Routing dynamiczny
RIP i podsieci
•
10.1.0.0/24
10.2.0.0/24
•
• Pakiet RIP wysyłany jest natychmiast po
zaobserwowaniu zmiany
– czas zwykle jest opóźniony o kilka sekund, żeby
nie spowodować zalewania sieci
• Nie wysyłana jest cała tablica routingu a tylko
informacja o zmianach
Routing dynamiczny
Wady RIP — synchronizacja
Potrafi przekazywać informacje
jedynie o sieciach i pojedynczych
komputerach
– W polu hosta są same zera — sieć
– W przeciwnym przypadku — host
10.3.0.0/24
42
RIP — odświeżanie wymuszone
• Po otrzymaniu komunikatu od routera, że
poprzednio dostępna sieć jest niedostępna
włącza licznik (hold-down timer)
• Jeśli otrzyma komunikat od tego samego
routera, że sieć jest dostępna wyłącza licznik
• Jeśli otrzyma komunikat od innego routera
ogłaszający lepszą trasę wyłącza licznik
• Jeśli otrzyma gorsze trasy ignoruje je
• Po upłynięciu licznika kasuje wpis
Routing dynamiczny
Potrafi obsłużyć sytuację, w której
istnieją jednakowo długie podsieci
— na podstawie adresów swoich
interfejsów.
– Wszystkie routery zakładają, że w
sieci istnieje jedna długość maski
www.cs.agh.edu.pl
• Co 30 sekund w sieci opartej na protokole RIP następuje
znaczny spadek wydajności (synchronizacja
komunikatów o tablicach routingu)
– mniejsza przepustowość lub większy procent zagubionych
pakietów
• Rozwiązania:
– inicjowanie routerów w różnych momentach
– modyfikacja interwału (15s – 45s; średnio 30s) pomiędzy
wysyłaniem kolejnych informacji o zawartości tablicy routingu
(losowo)
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
45
Wady RIP — rozgłaszanie
• W przypadku Ethernetu lub FDDI — naturalna
metoda przesyłania informacji dotyczących
routingu
• W ISDN lub X.25 „milczenie jest złotem”
– Transmisja wymaga zestawienia kanału
transmisyjnego
– ISDN „B” — 64 kbps
– kanał wirtualny X.25 — 9,6 kbps
Routing dynamiczny
Wady RIP — rozgłaszanie
• Remedium: tablice routingu rozgłaszane są tylko
wtedy, gdy zachodzi taka konieczność
– transmisja z potwierdzeniem
– problem:
• jak stwierdzić, że połączenie z sąsiednim routerem działa?
– założenie osiągalności
– jeśli próba przesłania pakietu zawiedzie to przerwane
• „zapominanie” informacji o gorszych drogach
– po 30 sekundach się nie pojawią (!!!)
– rozwiązanie: przechowywanie listy tras wewnątrz routera
• przesłanie 2 pakietów RIP zajmuje około 1 sekundy (!)
Routing dynamiczny
» stosowane nie tylko w przypadku łącz typu X.25
Routing dynamiczny
Wady RIP
10.3.0.0/24
– łącze X.25 i FDDI „tyle samo warte”
R1
• X.25 drogie i wolne
• FDDI tanie i szybkie
Sieć 1
B
C
20.0.0.0/8
Sieć 2
R2
R3
X.25
(9600 bps)
• R1 nie może przekazać
informacji o podsieci, bo na tym
interfejsie nie ma podsieci —
inne routery zinterpretowały by
jego komunikat jako drogę do
hosta 10.1.0.0
• R2 może nie znać poprawnej
drogi do hosta 10.1.1.1
10.1.1.1
10.2.0.0/24
10.0.0.0
• Dobry do sieci jednorodnych
10.0.0.0
10.1.0.0/24
100000000 bps
A
RIP i podsieci
• Zbyt prosta metryka
100000000 bps
46
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
49
Routing dynamiczny
RIP i podsieci
RIP-2
10.1.0.0/16
10.0.0.0/8
50
10.2.0.1
Pakiet zostanie utracony
• W ramce zawarta jest również maska podsieci
• Propaguje numer domeny routingu
• Propaguje adres następnego routera (next-hop)
sumaryzacja
10.0.0.0/8
10.2.0.0/16
Routing dynamiczny
4
polecenie
(zapytanie/odpowiedź)
8
12
16
wersja
20
24
28
Wybrany do komunikacji
ze światem zewnętrznym
31
A
numer domeny routingu
identyfikator rodziny adresów
B
C
znacznik trasy
adres IP
N
RIP-2 — przykład
Pakiet RIP-2
0
Routing dynamiczny
D
F
E
maska podsieci
System autonomiczny „X”
System autonomiczny „Y”
next hop
• Na podstawie numeru domeny routingu wiadomo które pakiety
odbierać
• W protokole RIP w drodze od A do F przez D pakiet dwa razy
przesyłany jest przez ten sam Ethernet
• W RIP-2 router D może rozgłosić w domenie X adres E jako „nexthop” w drodze do F
metryka
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
53
RIP-2 — bezpieczeństwo
• Wada RIP-1
• Mechanizm autentykacji RIP-2
– w ramce RIP-2 można umieścić pole zawierające
„hasło” (rodzina adresów ‘FFFF’)
– nie powoduje to utraty kompatybilności
z RIP-1
Routing dynamiczny
RIP-2 — podsumowanie
• Oferuje znaczące rozszerzenia względem RIP-1
– routing bazujący na CIDR i podsieciach
– autoryzacja pakietów
– kompatybilność z RIP-1
• Nie eliminuje wszystkich wad RIP-1
– np. konieczność liczenia do nieskończoności w razie
awarii sieci
– bardzo prosta metryka
54
RIP-2 — rozgłaszanie
• Wada RIP-1
– w RIP-1 każdy komputer nadający z portu 520 jest
uznawany za router
– konieczna ręczna konfiguracja routingu: lista
autoryzowanych sąsiadów
Routing dynamiczny
www.cs.agh.edu.pl
– używa broadcastowego adresu MAC do rozsyłania
informacji o dostępności do sieci
• RIP-2 używa do tego celu multicastowego
adresu IP klasy D (224.0.0.9)
– nie są konieczne mechanizmy rutowania pakietów
klasy D, bo informacje dotyczą tylko lokalnej sieci
Routing dynamiczny
Interior Gateway Routing
Protocol (IGRP)
• Jeden z częściej używanych obecnie protokołów
routingu
– przedstawiciel rodziny „dystans-wektor”
– periodyczne komunikaty o zawartości tablic routingu
(co 90 sekund)
– złożone metryki
• Właścicielem praw autorskich jest CISCO
• Zaprojektowany w roku 1986
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
57
Protocol (IGRP)
Routing dynamiczny
58
Protocol (IGRP)
• Metryki elementarne
Metryki
– statyczne
• opóźnienie (ang. delay, ozn. D)
elementarne
statyczne
opóźnienie
przepustowość
złożone
T - opóźnienie transmisji
M – pełna metryka
dynamiczne
niezawodność łącza
obciążenie łącza
liczba hopów
MTU
Routing dynamiczny
Protocol (IGRP)
• Metryki elementarne - c.d.
– dynamiczne
• niezawodność łącza (ang. reliability, ozn. R)
– stopień pewności, że pakiet dotrze do celu
8 bitów:
1 odpowiada 0%
255 odpowiada 100%
(keep-alive 10 s mierzone w okresie 5 min)
• obciążenie łącza (ang. load, ozn. L)
– dotyczy najbardziej obciążonego łącza na ścieżce
8 bitów:
1 odpowiada 0%
255 odpowiada 100%
• liczba routerów na ścieżce (ang. hops, ozn. H)
• path MTU
www.cs.agh.edu.pl
– mierzone w dziesiątkach mikrosekund
– suma opóźnień pomiędzy routerem a adresem docelowym
• przepustowość (ang. bandwidth, ozn. B)
– najmniejsza z przepustowości pomiędzy routerem a adresem
docelowym
– jednostka: 10 000 000 / przepustowość w kbps
– liczba sekund potrzebna na przesłanie 10 mld. bitów
– 24 bity => zakres przepustowości
od 1200 bps do 10 Gbps
Routing dynamiczny
Przepustowość
Bandwith
B IGRP parameter value
Satelite (500 Mbps)
Ethernet (10 Mbps)
Token Ring (4 Mbps)
Token Ring (16 Mbps)
FDDI (18 Mbps)
Serial links:
1.544 Mbps
64 kbps
56 kbps
10 kbps
1 kbps
20
1 000
2 500
625
100
6 476
156 250
178 571
1 000 000
10 000 000
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
61
Routing dynamiczny
Protocol (IGRP)
Delay
Delay
D IGRP parameter value
Satelite (2 sec)
Ethernet (1 ms)
Token Ring (2.5 ms)
Token Ring (0.6 ms)
FDDI (0.1 ms)
Serial links:
1.544 (20 ms)
64 (20 ms)
56 (20 ms)
10 (20 ms)
1 (20 ms)
200 000
100
250
62.5
10
• Metryka złożona
– T - opóźnienie transmisji
• dla pakietów o długości 10 000 bitów
T = B+D
• dla pakietów o innej długości P
• przy uwzględnieniu obciążenia łącza
P*B
10000 + D
 256 
B *

256 − L 

T = P*
10000 + D
Protocol (IGRP)
• Metryka złożona - c.d.
Routing dynamiczny
Protocol (IGRP)
• Rzeczywista (pełna) metryka
– T - opóźnienie transmisji
B
K5


M =  K1* B + K 2 *
+ K 3* D  *
256 − L

 R + K4
• po uwzględnieniu współczynnika niezawodności
 256 
B *

256 − L  255

T = P*
*
10000 + D
R
•
• wada tego podejścia:
– krótkie okresy pomiaru obciążenia łącza powodują
destabilizację
T=
– dostępna jest tylko część przepustowości
20
20
20
20
20
Routing dynamiczny
62
dla K5=0
Współczynniki K1 - K5 są ustalane przez administratora
– np. ustalenie K5=0 powoduje, że współczynnik niezawodności nie jest
brany pod uwagę
– ustawienie domyślne (por. z opóźnieniem dla pakietu 10 000b):
• K1 = K3 =1
• K2 = K4 = K5 = 0
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
65
IGRP — rozważania
• Pakiety IGRP nie przekazują obliczonych
metryk tylko składowe wymagane do
obliczenia metryki — każdy router stosuje
swoje współczynniki
• Dobrze jest ustalić takie same współczynniki
we wszystkich routerach w danej domenie
routingu.
• Nieskończoność jest zakodowana jako
D=MAX
Routing dynamiczny
Mechanizmy IGRP
Routing dynamiczny
66
Protocol (IGRP)
• Sposoby zapobiegania pętlom reakcja na zmianę
topologii
– „podzielony horyzont”
– „wstrzymanie (ang. path holddown)”
– „odświeżanie wymuszone”
• Routing wielościeżkowy
– dzielenie obciążenia między kilka możliwych ścieżek
– pozytywny „efekt uboczny”: zapasowa ścieżka w razie
awarii na najlepszym łączu
Routing dynamiczny
Enhanced IGRP (EIGRP)
Stabilność:
• path holddown – przez pewien czas po stwierdzeniu zmiany w topologii
(np. wyłączenie routera) nie jest przyjmowana żadna informacja dot. ścieżek,
które w wyniku tej zmiany stały się nieosiągalne
• split horizon – informacja o ścieżce nie jest wysyłana w kierunku w którym
prowadzi ta scieżka (dodatkowe zabezpieczenie)
• poisonous routing – jeśli router otrzyma informację od routera przez który
prowadzi droga do danej sieci, że odległość wzrosła to odrzuca tą drogę.
Zegary:
• update timer – jak często rozsyłane są wiadomości (standardowo: 90 sek.)
• invalid timer – jaki czas odczekać przed uznaniem ścieżki za nieważną
(3*update timer = 270 sek.)
• Wady IGRP
– synchronizacja
– nieefektywne algorytmy zapobiegania pętlom
• Algorytm DUAL (J.J. Garcia-Luna-Aceves)
(Diffusing Update ALgorithm)
– usuwanie pętli
– zastosowanie zarówno w protokołach dystanswektor, jak i w prot. stanu łącza
• hold-time – czas przetrzymywania ścieżki w stanie „holddown” (280 sek.)
• flush timer – czas, jaki ma upłynąć przed usunięciem ścieżki z tablicy routingu (630s.)
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
69
Routing dynamiczny
EIGRP
EIGRP
Neighbor Table
Tabela zawiera wszystkich sąsiadów danego routera.
Brak wiadomości HELLO powoduje modyfikacje tej tablicy.
Wiadomość HELLO zawiera HoldTime – czas po którym
Musi przyjść nowe HELLO. Brak HELLO oznacza zmianę
topologii
Typy pakietów EIGRP:
Hello/Acks ·
Updates ·
Topology Table
Queries ·
Zawiera wszystkie sieci docelowe rozgłaszane przez routery sąsiednie.
Rekord tej tablicy zawiera:
- adres celu
- lista (sąsiad, jego metryka do celu), węzłów które rozgłaszały
ten adres metryka do celu.
Replies ·
Routing dynamiczny
70
Requests
Routing dynamiczny
• Algorytm DUAL - c.d.
Niech d(k,j) - odległość między k oraz j,
l(i,k) - koszt łącza między i oraz jego sąsiadem k
– w przypadku protokołów d-w d(k,j) uzyskiwana od sąsiadów,
l(i,k) jest parametrem lokalnym
i
k
l(i,k)
– Router wybiera następny router x na ścieżce do sieci j tak, by
zminimalizować sumę
d(i, j) = l(i, x)+d(x, j)
– Przypuśćmy, że router otrzymuje uaktualnienie (update) jednej
z rozważanych wielkości (np. l’(i,k) lub d’(k,j))
• jeśli suma l’(i,k)+d’(k,j)<d(i,j) , to przyjmuje k jako następny krok
na ścieżce do j i rozsyła tą informacje do sąsiadów
• W przeciwnym wypadku nic nie robi, chyba, że k=x,
wtedy szuka w swoim otoczeniu akceptowalnego sąsiada k czyli
takiego, że
d(k, j) < d(i, j)
Spośród akceptowalnych sąsiadów wybiera się k takiego, że
j
d(k,j)
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
73
Routing dynamiczny
74
DUAL cd.
d’(i,j) = l(i,k)+d(k,j)
przyjmuje najmniejszą wartość. Informację o nowym next hop
czyli „k” rozsyła się sąsiadom.
Gdy nie ma akceptowalnych sąsiadów to rozpoczyna
się proces dyfuzji
1. „i” wysyła zapytania o d(k,j) do wszystkich swoich sąsiadów
„k” za wyjątkiem x od którego otrzymał update. Zapytanie to
zawiera nowe l’(i,k)+d’(k,j),
2. Jeśli „k” nie przesyła informacji przez „i” to odpowiada
wysyłając swoją tablicę routingu, jeśli tak to węzeł „k”
rozpoczyna proces dyfuzji.
Akceptacja krótszej drogi nie może prowadzić do powstania pętli
Routing dynamiczny
DUAL cd.
B stracił akceptowalnego
sąsiada
Informuje o tym sąsiadów
Metryki
Dotyczą
Celu N
D ma akceptowalnego
sąsiada
Nie rozpoczna dyfuzji !
Routing dynamiczny
• Wady IGRP
– synchronizacja
– Nieefektywna technika zapobiegania pętlom
• Zalety EIGRP
– Rozszerzenia względem protokołu IGRP:
• Komunikaty „hello” - poznawanie sąsiadów
– periodycznie wysyłane na adres multicastowy
– odpowiedzią jest pakiet „hello” sąsiada
Metryki
Dotyczą
Celu N
• Algorytm usuwania pętli (DUAL)
C nie ma akceptowalnego sąsiada
Rozpoczyna się proces dyfuzji !
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
77
Routing dynamiczny
78
Protokoły stanu łącza
• Router wysyła informację do wszystkich routerów o
stanie swoich łączy
• Router przechowuje w pamięci „mapę sieci”
– mapa jest regularnie uaktualniana
– możliwe centralne wyznaczanie ścieżki do celu
• Szybka reakcja na zmiany topologii
– relatywnie (w stosunku do protokołów
dystans-wektor) małe pakiety informacyjne
• Brak pętli
– brak konieczności „liczenia do nieskończoności”
• Możliwość stosowania wielu metryk
Routing dynamiczny
Tworzenie tablic routingu
• Wykrywanie sąsiadów
• Współdzielenie informacji o sąsiadach ze
wszystkimi routerami
• Tworzenie tablic zawierających pełną
informację o sieci (mapa sieci) oraz na ich
podstawie tablicy routingu
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
Open Shortest Path First
(OSPF)
• Wybrane cechy OSPF:
• zalewanie z potwierdzeniami
• zabezpieczanie pakietów z opisami sieci
• każdy rekord opisu łącza jest przechowywany tylko przez
określony czas
– jeśli do tego czasu nie zostanie odebrany komunikat
odświeżający, to rekord jest usuwany
• wszystkie rekordy zabezpieczone sumą kontrolną
• komunikaty mogą być autoryzowane
(np. przez podanie hasła)
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
81
Routing dynamiczny
(OSPF)
• Założenia projektantów protokołu (IETF):
•
•
•
•
separacja routerów od innych komputerów
obsługa sieci rozgłoszeniowych (Ethernet, FDDI)
obsługa sieci bez rozgłoszeń (X.25, ATM)
podział wielkich sieci na mniejsze
82
(OSPF)
• Obsługa sieci rozgłoszeniowych
– wybór jednego routera do pełnienia roli reprezentanta zmniejsza liczbę
rozgłaszanych ścieżek oraz liczbę wpisów w bazie topologii sieci
Designated Router
A
B
A
B
D
E
D
E
• Separacja routerów i innych komputerów
– łącze z sąsiednim routerem identyfikowane przez adres tego routera,
inne komputery adresowane przez numer sieci
(OSPF)
Routing dynamiczny
Rozmiar tablic LSD
• Obsługa sieci rozgłoszeniowych
– w przypadku łącz stosunkowo drogich za redukcją wykorzystania łącz
przemawiają nie tylko względy efektywności obliczeniowej, ale również
względy finansowe
– różnica polega na niewykorzystywaniu adresów rozgłoszeniowych,
w zamian wiele połączeń punkt-punkt
www.cs.agh.edu.pl
Bez
designated
router
Z designated
router
500
400
300
200
100
21
0
16
224.0.0.5
600
11
Token
Ring
Designated
router
• Obsługa sieci bez rozgłoszeń (X.25, ATM)
Liczba wpisów w LSD
700
– pakiety LSA (link state advertisement) rozsyłane są na adres
multicastowy 224.0.0.6 przeznaczony dla wybranych routerów
(all-designated-routers)
– jeśli pakiet zawiera nowe informacje, wybrany router rozsyła je do
innych tego typu urządzeń dołączonych do tej samej sieci (używając
adresu 224.0.0.5)
OSPF — sieci rozgłoszeniowe
6
Routing dynamiczny
1
Liczba routerów
• Designated router traktuje routery jako sąsiadów
• Inne routery widzą jako sąsiada tylko designated router
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
85
OSPF — designated router
• Jeden z routerów uruchamia funkcjonalność
designated router
– Wybór przy wymianie pakietów HELLO
– Zwiększenie niezawodności poprzez wybranie
zapasowego designated router
• aktywuje się po awarii routera podstawowego
– Od designated do normalnego == 0
– Od normalnego do designated — wynika z sieci
– Suma jest poprawna
Routing dynamiczny
Wykrywanie sąsiadów
R1
(13) a
R4
b (13)
(12) c
R2
(11) e
d (11)
f (33)
(21) g
• Podział wielkich sieci na mniejsze
– liczba połączeń może rosnąć nawet z kwadratem liczby routerów
– czas obliczeń ścieżki jest jednym z newralgicznych wskaźników dla
efektywności sieci
– wielkość pamięci routera jest ograniczona
– OSPF pozwala wybrać ścieżkę według określonego kryterium, bądź
zbioru kryteriów spośród następujących:
•
•
•
•
minimalny koszt,
stopień pewności dotarcia pakietu do celu,
maksymalna przepustowość ścieżki,
minimalne opóźnienie
Routing dynamiczny
Potwierdzenie pakietów HELLO
R1
R2
i (8)
R6
• R3 wysyła przez wszystkie swoje interfejsy
pakiet HELLO (‘Hello, to ja R3’)
• R3 otrzymuje od swoich sąsiadów pakiety
HELLO
• Pakiety HELLO muszą być potwierdzone
(OSPF)
R3
h(17)
R5
86
• Kryteria wyboru ścieżki
• Metryka
Routing dynamiczny
www.cs.agh.edu.pl
• R1 może wysyłać pakiety, ale nie może ich
otrzymywać (np. uszkodzona karta sieciowa)
• R1 wysyła HELLO do R2
• R2 wysyła HELLO do R1
• R1 nie potwierdza HELLO od R2 — dla R2
trasa jest bezużyteczna
• Pakiet HELLO zawiera listę sąsiadów
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
89
Routing dynamiczny
Pakiety LSA
R1
R2
b (13)
(12) c
(13) a
(21) g
(11) e
Tablica LSD
R3
R1
i (8)
(13) a
h(17)
d (11)
R4
f (33)
R5
R6
R4
• Budowa pakietów LSA
(Link State Advertisment)
Dokąd
Sieć
Metryka
– Przykład dla routera R3
R2
f
33
• Zalewanie sieci pakietami
R5
g
21
R6
i
8
– Nowy pakiet
90
b (13)
(12) c
R2
(21) g
(11) e
d (11)
f (33)
R3
i (8)
h(17)
R5
R6
• Budowa tablic LSD (Link State Database)
Src
R1
R1
R2
R2
R2
R2
• Zapamiętany
• Przesłany na wszystkie łącza oprócz tego, które otrzymało pakiet
– Stary pakiet
Dest
R2
R4
R1
R4
R5
R3
Net
b
a
b
c
e
f
Dist
13
13
13
12
11
33
C.d.
R3 R2
R3 R5
R3 R6
R4 R1
R4 R2
R4 R5
f
g
i
a
c
d
33
21
8
13
12
11
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
R6 R3
R6 R5
e
g
d
h
i
h
11
21
11
17
8
17
• Odrzucony
Routing dynamiczny
Tworzenie tablicy routingu
R1
(13)a
b(13)
(12)c
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
R6 R3
R6 R5
e
g
d
h
i
h
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
R4
R2
R5
C.d.
R3 R2
R3 R5
R3 R6
R4 R1
R4 R2
R4 R5
11
21
11
17
8
17
i(8)
h(17)
f
g
i
a
c
d
R3
33
21
8
13
12
11
R6
• Algorytm Dijkstry
www.cs.agh.edu.pl
Oznaczenia:
– E - zbiór węzłów, dla których najkrótsza ścieżka jest znana
– R - zbiór pozostałych węzłów
– O - uporządkowana lista ścieżek
– Tworzenie drzewa
• Analizujemy budowę
drzewa z punktu
widzenia routera R3
OSPF - algorytm Dijkstry
•
• Korzeń — system tworzący
drzewo
• Gałęzie — połączenia do
innych systemów
Routing dynamiczny
•
Algorytm:
– (1) Niech E zawiera tylko węzeł początkowy - S, zaś R wszystkie
pozostałe
– (2) Niech O zawiera wszystkie jednosegmentowe ścieżki
rozpoczynające się w S, uporządkowane według metryki łącza
– (3) Jeśli O jest zbiorem pustym lub metryka pierwszej ścieżki w O
ma wartość nieskończoną, to wszystkie węzły w R są nieosiągalne.
STOP
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
93
Routing dynamiczny
OSPF - algorytm Dijkstry (c.d.)
•
Algorytm Dijkstry
R1
Algorytm - c.d.:
– (4) Dla ścieżki P - najkrótszej w O:
(13)a
• usuń P z O
• Niech V będzie końcem ścieżki P:
– jeśli V należy do E, skocz do (3)
– w przeciwnym wypadku, P jest najkrótszą ścieżką do V,
- przenieś V z R do E
R2
d(11)
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
R6 R3
R6 R5
• N - liczba połączeń
Praktyczna złożoność obliczeniowa algorytmu zależy przede wszystkim od
implementacji operacji wstawiania
(13)a
b(13)
Routing dynamiczny
(12)c
R2
f(33)
(11)e (21)g
R3
e
g
d
h
i
h
C.d.
R3 R2
R3 R5
R3 R6
R4 R1
R4 R2
R4 R5
d(11)
R4
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
R6 R3
R6 R5
e
g
d
h
i
h
R5
h(17)
0
R3
21
R5
R1
8
R2
21
R5
8
R6
– Tymczasowe — elementy, do
których jeszcze nie zna
lepszej (koszt) drogi
– Ostateczne — elementy do
których zna najkrótszą drogę
33
21
8
13
12
11
11
21
11
17
8
17
• Koszt — suma kosztów od
elementu do korzenia
Routing dynamiczny
b(13)
(12)c
R2
f(33)
(11)e (21)g
R3
d(11)
R4
R3
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
O ={R3R6R3:16, R3R5:21, R3R6R5:25, R3R2:33}
E ={R3, R6}
www.cs.agh.edu.pl
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
R6 R3
R6 R5
e
g
d
h
i
h
R5
0
R3
21
R5
i(8)
33
R6
16
R3
• Tworzy drzewo tymczasowe
i ostateczne
R6
C.d.
11
21
11
17
8
17
R6
(13)a
R2
f
g
i
a
c
d
0
Algorytm Dijkstry
i(8)
33
R3
i(8)
h(17)
R5
Algorytm Dijkstry
R1
f(33)
(11)e (21)g
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
Teoretyczna złożoność obliczeniowa algorytmu: O(N log(N))
(12)c
R4
• koszt ścieżki: suma kosztów licząc od S
•
b(13)
33
– (5) Zbuduj zbiór nowych ścieżek przez połączenie P ze ścieżkami
wychodzącymi z V. Dodaj utworzone ścieżki do zbioru O.
Kontynuuj od kroku (3).
•
94
h(17)
R2
8
R6
R6
25
R5
C.d.
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
11
21
11
17
8
17
O ={R3R5:21, R3R6R5:25, R3R2:33}
E ={R3, R6}
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
97
Routing dynamiczny
Algorytm Dijkstry
R1
(13)a
b(13)
(12)c
R2
f(33)
(11)e (21)g
R3
d(11)
R4
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
R6 R3
R6 R5
e
g
d
h
i
h
h(17)
R5
Algorytm Dijkstry
0
R3
21
R5
R1
i(8)
(13)a
33
R2
8
b(13)
(12)c
R6
d(11)
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
O ={R3R5R2:32, R3R5R4:32, R3R2:33, R3R5R6:38,
R3R5R3:42}
E ={R3, R6, R5}
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
e
g
d
h
(13)a
b(13)
(12)c
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
e
g
d
h
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
R4
R2
R5
R3
0
R3
21
R5
R1
8
32
R4
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
R5
8
R6
R2
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
11
21
11
17
b(13)
(12)c
O ={ R3R5R4:32, R3R5R6:38, R3R5R3:42}
E ={R3, R6, R5, R2}
Routing dynamiczny
R2
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
R4
C.d.
11
21
11
17
21
C.d.
R3
O ={ R3R5R4:32, R3R5R6:38, R3R5R3:42}
E ={R3, R6, R5, R2}
www.cs.agh.edu.pl
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
e
g
d
h
R5
0
R3
21
R5
i(8)
R6
R6
R2 32
R2
R6
(13)a
32
R3
Algorytm Dijkstry
i(8)
h(17)
0
i(8)
h(17)
R5
Algorytm Dijkstry
R1
R3
33
R4
Routing dynamiczny
f(33)
(11)e (21)g
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
R2
R6
C.d.
11
21
11
17
8
17
98
h(17)
8
R6
R6
32
R2 32
R432
R6 38
C.d.
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
11
21
11
17
O ={ R3R5R4:32, R3R5R3:42}
E ={R3, R6, R5, R2}
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
101
Routing dynamiczny
Algorytm Dijkstry
R1
(13)a
b(13)
(12)c
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
e
g
d
h
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
R4
R2
Algorytm Dijkstry
0
R3
21
R5
R1
i(8)
h(17)
R5
R3
(13)a
8
R2 32
R4 42
R3
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
E ={R3, R6, R5, R2}
Routing dynamiczny
R2
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
(13)a
b(13)
(12)c
R4
C.d.
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2 R1 b 13
R2 R4 c 12
R2 R5 e 11
R2 R3 f 33
R2
R5
R3
e
g
d
h
0
R3
21
R5
R1
8
32
45
11
21
11
17
8
R6
R2 32
R4
O ={ R3R5R4:32}
E ={R3, R6, R5, R2}
Routing dynamiczny
(12)c
R2
f(33)
(11)e (21)g
R4
d(11)
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R5
R3
C.d.
www.cs.agh.edu.pl
R3
21
R5
i(8)
h(17)
8
R6
R6
32
45
R1
0
R2 32
R4
C.d.
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
R1
O ={R3R5R2R4:44, R3R5R2R1:45,
R3R5R2R5:43, R3R5R2R3:65}
E ={R3, R6, R5, R2, R4}
O ={R3R5R4:32, R3R5R2R4:44, R3R5R2R1:45,
R3R5R2R5:43, R3R5R2R3:65}
E ={R3, R6, R5, R2}
R5
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
b(13)
R4
C.d.
R4 R1 a 13
R4 R2 c 12
R4 R5 d 11
21
C.d.
R6
R6
R2 32
R3
R6
(13)a
32
0
Algorytm Dijkstry
i(8)
h(17)
R3
i(8)
h(17)
R5
Algorytm Dijkstry
R1
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
C.d.
R5 R2
R5 R3
R5 R4
R5 R6
O ={ R3R5R4:32}
(12)c
R4
C.d.
11
21
11
17
b(13)
R6
R6
32
102
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
105
Routing dynamiczny
Algorytm Dijkstry
R1
(13)a
b(13)
(12)c
R4
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
SrcDestNetDist
R1 R2 b 13
R1 R4 a 13
R2
R5
R3
Algorytm Dijkstry
0
R3
21
R5
R1
i(8)
h(17)
(13)a
8
b(13)
(12)c
R3
R4
R5
h(17)
0
R3
21
R5
i(8)
8
R6
R6
SrcDestNetDist
C.d.
32
R2 32
R4
C.d.
45
45
R1
C.d.
O ={}
E ={R3, R6, R5, R2, R4, R1}
Routing dynamiczny
(OSPF)
• Protokoły „wewnętrzne” OSPF
– Hello Protocol
• sprawdzenie, czy łącze funkcjonuje
• wybór reprezentanta spośród routerów przyłączonych do jednej sieci
(priorytet, identyfikator)
– Exchange Protocol
• synchronizacja zawartości baz danych opisujących topologię sieci
• asymetryczny (master-slave)
– Flooding Protocol
R1
• Zostało stworzone pełne drzewo — na
jego podstawie budujemy tablicę routingu
• Zawartość tablicy LSD nie jest usuwana!
C.d.
f(33)
(11)e (21)g
d(11)
R4
R2 32
R2
R6
R6
32
106
Routing dynamiczny
• Podstawowy problem: zapewnienie koherencji
routingu
– warunek konieczny: identyczność opisów topologii
sieci w każdym routerze
– przykłady zagrożeń:
• zagubiony pakiet informacji o sieci
• błędy pamięci
• rozmyślne działanie człowieka
– po podniesieniu łącza wymieniają między sobą
pakiety ‘database description’
• powiadamianie o zmianach w topologii sieci
• jeśli istniały rozdzielone segmenty nie wystarczy wysłać
informacji o podniesionym połączeniu – trzeba
zsynchronizować bazy
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
109
Routing dynamiczny
•
•
•
•
•
110
D - C - A - B: 1,5 Mbps; 295 ms opóźnienia
Możliwość wprowadzenia wielu
metryk
D - E - B: 64 kbps; 20 ms opóźnienia
Ścieżka D - C - A - B ma większą
przepustowość, ale nie można
A
B
jednoznacznie stwierdzić, że jest
lepsza od D - E - B
Ścieżka D - E - B ma mniejsze opóźnienie
Problem: router C może mieć inne
C
D
E
preferencje, niż D; potrzebny znacznik
w pakiecie, którą strategię wybrać
Kryteria wyboru ścieżki
• Możliwość dzielenia obciążenia między różne ścieżki
– ścieżki o zbliżonych metrykach mogą równocześnie służyć do
przesyłania pakietów
• pakiety nie zawsze dojdą w kolejności wysłania
• szybszy transfer informacji
– problem: wyznaczenie, jakie części ruchu powinny być
kierowane poszczególnymi ścieżkami
• rozwiązanie zagadnienia wymaga analizy grafu
(problem maksymalnego przepływu)
– OSPF pozwala wybrać ścieżkę według określonego kryterium, bądź zbioru
kryteriów spośród następujących:
•
•
•
•
minimalny koszt,
stopień pewności dotarcia pakietu do celu,
maksymalna przepustowość ścieżki,
minimalne opóźnienie
Routing dynamiczny
OSPF i organizacja sieci
Routing dynamiczny
Systemy autonomiczne
OSPF
• Sieć Internet można traktować jako jedną
całość
AS 1
– Każdy router wymienia informacje z każdym innym
•
•
•
•
OSPF
Setki tysięcy systemów
Obciążenie sieci
Olbrzymi rozmiar tablic LSD
Bardzo długi czas obliczania algorytmu Dijkstry
ATM
OSPF
Token Ring
• Wprowadzenie hierarchii
– Systemy autonomiczne
• Obszary
AS 2
OSPF
www.cs.agh.edu.pl
AS 3
• AS definiuje granice działania OSPF
• AS boundary router — router brzegowy
znajdujący się na granicy obszaru
autonomicznego
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
113
Routing dynamiczny
114
Hierarchical OSPF
Routery brzegowe dla AS
• Uzyskują informacje spoza AS
– Konfigurowane statycznie przez administratora
– Zewnętrzne protokoły routingu dynamicznego
• Router brzegowy rozgłasza informacje o
‘świecie zewnętrznym’ wewnątrz AS
– External LSA — specjalne pakiety LSA
Routing dynamiczny
Routing dynamiczny
Obszary OSPF
Hierarchical OSPF
• Two-level hierarchy: local area, backbone.
– Link-state advertisements only in area
– each nodes has detailed area topology; only know
direction (shortest path) to nets in other areas.
• Area border routers: “summarize” distances to nets
in own area, advertise to other Area Border routers.
• Backbone routers: run OSPF routing limited to
backbone.
• Boundary routers: connect to other ASs.
• Podział dowolny
• AS może być zbyt duży
– Elementy obszaru
muszą być połączone
Obszar 2
• Wewnątrz obszaru
OSPF działa normalnie
• Area border router —
router brzegowy dla
obszaru OSPF
FR
Backbone
FDDI
– Rozgłasza summary
LSA o innych
obszarach
Obszar 3
Obszar 1
www.cs.agh.edu.pl
System autonomiczny
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
117
Routing dynamiczny
Backbone
•
•
•
•
Awaria backbone
Obszar o specjalnym znaczeniu
Koncentrator dla wszystkich obszarów
Wszystkie obszary są połączone z backbone
W przypadku straty połączenia pomiędzy
elementami istnieje możliwość
skonfigurowania wirtualnego połączenia
pomiędzy backbone router
Obszar 2
FR
Backbone
FDDI
Obszar 3
Obszar 1
Routing dynamiczny
118
Obszary końcowe
• Tworzenie
połączenia
backupowego
nie jest
realizowane
automatycznie
— jest to
rozwiązanie
tymczasowe
System autonomiczny
Routing dynamiczny
Inter-AS routing
• Tworzenie AS i obszarów zmniejsza ilość
rozgłaszanych LSA
– Jest ich dużo
• Stub area (obszar końcowy) — obszar
posiadający tylko jeden router brzegowy
– Brak external LSA
– Brak summary LSA
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
121
Internet inter-AS routing: BGP
Routing dynamiczny
122
Suppose: gateway X send its path to peer gateway W
• BGP (Border Gateway Protocol): the de facto
standard
• Path Vector protocol:
– similar to Distance Vector protocol
– each Border Gateway broadcast to neighbors
(peers) entire path (I.e, sequence of ASs) to
destination
– E.g., Gateway X may send its path to dest. Z:
• W may or may not select path offered by X
– cost, policy (don’t route via competitors AS), loop
prevention reasons.
• If W selects path advertised by X, then:
Path (W,Z) = w, Path (X,Z)
• Note: X can control incoming traffic by controling it route
advertisements to peers:
– e.g., don’t want to route traffic to Z -> don’t advertise
any routes to Z
Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,…,Z
Routing dynamiczny
• BGP messages exchanged using TCP.
• BGP messages:
– OPEN: opens TCP connection to peer and
authenticates sender
– UPDATE: advertises new path (or withdraws old)
– KEEPALIVE keeps connection alive in absence of
UPDATES; also ACKs OPEN request
– NOTIFICATION: reports errors in previous msg; also
used to close connection
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
Why different Intra- and Inter-AS routing
Policy:
?
• Inter-AS: admin wants control over how its traffic
routed, who routes through its net.
• Intra-AS: single admin, so no policy decisions needed
Scale:
• hierarchical routing saves table size, reduced update
traffic
Performance:
• Intra-AS: can focus on performance
• Inter-AS: policy may dominate over performance
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
125
Router Architecture Overview
Routing dynamiczny
126
Input Port Functions
Two key router functions:
• run routing algorithms/protocol (RIP, OSPF, BGP)
• switching datagrams from incoming to outgoing link
Physical layer:
bit-level reception
Data link layer:
e.g., Ethernet
Routing dynamiczny
Input Port Queuing
Decentralized switching:
• given datagram dest., lookup output port
using routing table in input port memory
• goal: complete input port processing at ‘line
speed’
• queuing: if datagrams arrive faster than
forwarding rate into switch fabric
Routing dynamiczny
Three types of switching fabrics
• Fabric slower that input ports combined -> queueing
may occur at input queues
• Head-of-the-Line (HOL) blocking: queued datagram at
front of queue prevents others in queue from moving
forward
• queueing delay and loss due to input buffer overflow!
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
129
Routing dynamiczny
Switching Via Memory
Switching Via Bus
First generation routers:
• packet copied by system’s (single) CPU
• speed limited by memory bandwidth (2 bus crossings
per datagram)
Input
Port
Memory
Output
Port
System Bus
Modern routers:
• input port processor performs lookup, copy into
memory
• Cisco Catalyst 8500
Routing dynamiczny
130
• datagram from input port memory
to output port memory via a shared
bus
• bus contention: switching speed
limited by bus bandwidth
• 1 Gbps bus, Cisco 1900: sufficient
speed for access and enterprise
routers (not regional or backbone)
Routing dynamiczny
Output Ports
Switching Via An Interconnection Network
• overcome bus bandwidth limitations
• Banyan networks, other interconnection nets initially
developed to connect processors in multiprocessor
• Advanced design: fragmenting datagram into fixed
length cells, switch cells through the fabric.
• Cisco 12000: switches Gbps through the
interconnection network
www.cs.agh.edu.pl
• Buffering required when datagrams arrive from fabric
faster than the transmission rate
• Scheduling discipline chooses among queued
datagrams for transmission
www.cs.agh.edu.pl
Routing dynamiczny
133
Routing dynamiczny
134
Podsumowanie
Output port queueing
• Protokoły stanu połączeń
–
–
–
–
Skomplikowane
Bardziej wydajne, skalowalne
Brak pętli
Dobra zbieżność
• buffering when arrival rate via switch exceeeds ouput
line speed
• queueing (delay) and loss due to output port buffer
overflow!
Routing dynamiczny
Literatura
• Routing in the Internet, Christian Huitema, Prentice
Hall PTR
• IPng and the TCP/IP Protocols Stephen A. Thomas
• Zarządzanie sieciami IP za pomocą routerów Cisco,
Scott M. Ballew, O’Reilly
• Sieci komputerowe TCP/IP, t.1, Douglas E. Comer,
Wydawnictwa Naukowo-Techniczne
• RFC 1058 (RIP), RFC 2453 (RIP-2),
RFC 1131 (OSPF-1), RFC 2178 (OSPF-2)
www.cs.agh.edu.pl
www.cs.agh.edu.pl

Routing dynamiczny

Transkrypt

Podobne dokumenty

materiały

Piosenka o warzywach

Szablony pism firmowych

Kurs przygotowania pedagogicznego

Uchwała nr 102/2015 Senatu AGH z dnia 24 czerwca 2015 r. w

Ecole des Mines de Nantes (Nantes, Francja)

Świat w obiektywie pracowników AGH (25)

mikrofon dynamiczny AUDIO-TECHNICA MB1k

Czat z Władzami AGH

Program - Wydział Humanistyczny AGH