Διάρθρωση. Δίκτυα Υπολογιστών Δίκτυα τεχνολογίας IP. Διάρθρωση. Εισαγωγή. Ευάγγελος Παπαπέτρου

Transcript

1 Δίκτυα Υπολογιστών Δίκτυα τεχνολογίας IP Ευάγγελος Παπαπέτρου Τμ. Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής, Παν. Ιωαννίνων Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 1 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 2 / 80 Η έννοια της διαδικτύωσης Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 3 / 80 Εισαγωγή Η έννοια της διαδικτύωσης Οι σημαντικότερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η δικτύωση υπολογιστών είναι: ετερογένεια δυνατότητα κλιμάκωσης ή επεκτασιμότητα Ετερογένεια (heterogeneity): η δυνατότητα διασύνδεσης δικτύων διαφορετικής τεχνολογίας κάθε δίκτυο μπορεί να έχει δική του μέθοδο διευθυνσιοδότησης, προσπέλασης μέσου, κλπ Δυνατότητα κλιμάκωσης (scale): η δυνατότητα υλοποίησης δικτύων πολύ μεγάλου μεγέθους οι μηχανισμοί του δικτύου (π.χ., διευθυνσιοδότηση, δρομολόγηση, κλπ) θα πρέπει να λειτουργούν αποδοτικά και σε δίκτυα με εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια κόμβους Λύση: διαδικτύωση (internetworking) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 4 / 80

2 Η έννοια της διαδικτύωσης Δίκτυα και διαδίκτυα (1/2) Η έννοια της διαδικτύωσης Δίκτυα και διαδίκτυα (2/2) Διαδίκτυο (Internetwork) Μια συλλογή από συνδέσμους από σημείο σε σημείο, δίκτυα άμεσου συνδέσμου ή/και δίκτυα μεταγωγής που χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνολογίες και διασυνδέονται μέσω δρομολογητών Εναλλακτικά: ένα σύνολο από διασυνδεδεμένα δίκτυα Ο όρος δίκτυο στα πλαίσια της διαδικτύωσης δηλώνει ένα δίκτυο που χρησιμοποιεί μια τεχνολογία π.χ., ένα δίκτυο Ethernet, ένα δίκτυο Token Ring, ένα δίκτυο μεταγωγής ATM, κλπ. Στη συνέχεια θα αναφερόμαστε στο γνωστότερο και μεγαλύτερο διαδίκτυο, το Διαδίκτυο (Internet), με κεφαλαίο Δ Τα δίκτυα που αποτελούν ένα διαδίκτυο καλούνται πολλές φορές και φυσικά δίκτυα Στην ορολογία της διαδικτύωσης ένας δρομολογητής καλείται σε ορισμένες περιπτώσεις και πύλη (gateway) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 5 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 6 / 80 Η έννοια της διαδικτύωσης Διαδίκτυα και πρωτόκολλο IP (1/2) Η έννοια της διαδικτύωσης Διαδίκτυα και πρωτόκολλο IP (2/2) Το πρωτόκολλο IP (Internet Protocol, IP) είναι το σημαντικότερο πρωτόκολλο διαδικτύωσης Το IP έχει αντιμετωπίσει στην πράξη τόσο την ετερογένεια όσο και την κλιμάκωση είναι το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται στο Διαδίκτυο Example To πρωτόκολλο IP: αποτελεί ένα πρωτόκολλο του επιπέδου δικτύου (κατά OSI) εκτελείται σε όλους τους κόμβους ενός δικτύου (υπολογιστές υπηρεσίας και δρομολογητές) Υπάρχουν και άλλα πρωτόκολλα διαδικτύωσης με μικρότερη αποδοχή π.χ., το πρωτόκολλο IPX της Novell Το πρωτόκολλο IP δημιουργήθηκε από τους Robert Kahn και Vint Cerf που βραβεύτηκαν το 2005 με το βραβείο A.M.Turing Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 7 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 8 / 80

3 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 9 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 10 / 80 Μεταγωγή πακέτων και υπηρεσίες Best Effort (1/2) To πρωτόκολλο IP έχει υιοθετήσει ένα μοντέλο υπηρεσιών (service model) που ονομάζεται μοντέλο βέλτιστης προσπάθειας (best effort) δεν είναι απαραίτητο να προηγηθεί μηχανισμός εγκατάστασης για την παράδοση των πακέτων το IP καταβάλει κάθε προσπάθεια για την παράδοση κάθε πακέτου ξεχωριστά (μεταγωγή πακέτου) αλλά δεν παρέχει εγγυήσεις αποτελεί την απλούστερη ασυνδεσμική υπηρεσία Η μη παροχή εγγυήσεων για την υπηρεσία υποστηρίζει την ενσωμάτωση διαφορετικών τεχνολογιών σε ένα διαδίκτυο δε χρειάζεται να ληφθούν υπόψη οι περιορισμοί που τίθενται από τις διαφορετικές υπηρεσίες (και εγγυήσεις) που προσφέρουν τα υποκείμενα φυσικά δίκτυα Η δυνατότητα του IP να ενσωματώνει δίκτυα διαφορετικών τεχνολογιών δηλώνεται με την έκφραση IP over anything (π.χ., IP over Ethernet) που δηλώνει τη δυνατότητα να λειτουργήσει πάνω από ένα υποκείμενο δίκτυο οποιασδήποτε τεχνολογίας Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 11 / 80 Μεταγωγή πακέτων και υπηρεσίες Best Effort (2/2) Το μοντέλο best effort προσφέρει μια αναξιόπιστη υπηρεσία πακέτα μπορεί να χαθούν καθώς το δίκτυο δεν κάνει καμία ενέργεια για να ανακτήσει το πακέτο επίσης, πακέτα μπορεί να παραδοθούν με εσφαλμένη σειρά ή να παραδοθούν περισσότερες από μία φορές η αρμοδιότητα για την αξιόπιστη επικοινωνία μετατίθεται στα πρωτόκολλα ανώτερου επιπέδου ή στις εφαρμογές Η ασυνδεσμική και αναξιόπιστη υπηρεσία του μοντέλου best effort υποστηρίζει την κλιμάκωση η υλοποίηση των δρομολογητών είναι απλή: δεν απαιτείται η υλοποίηση πρόσθετων μηχανισμών για την αξιόπιστη μετάδοση To μοντέλο υπηρεσιών του IP αποτελείται από: την οργάνωση των δεδομένων σε αυτοδύναμα πακέτα (datagrams) μια μέθοδο διευθυνσιοδότησης (addressing) ένα ασυνδεσμικό μοντέλο παράδοσης δεδομένων με μεταγωγή αυτοδύναμων πακέτων Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 12 / 80

4 Μορφή πακέτου IP (1/3) Μορφή πακέτου IP (2/3) Κάθε πακέτο IP (IP packet) αποτελείται από μια κεφαλίδα (IP header) και τα δεδομένα η κεφαλίδα IP έχει ελάχιστο μέγεθος 20 bytes το μέγιστο μέγεθος ενός πακέτου IP είναι bytes Στην κεφαλίδα υπάρχουν τα παρακάτω πεδία: έκδοση (version): δηλώνει την έκδοση του πρωτοκόλλου που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του πακέτου. Η τρέχουσα έκδοση είναι η IPv4. μήκος κεφαλίδας (Header Length): καθορίζει το μέγεθος της κεφαλίδας σε λέξεις των 32 bit (συνήθως έχει την τιμή 5 20 bytes) τύπος υπηρεσίας (Type Of Service, TOS): δίνει τη δυνατότητα για εφαρμογή διαφορετικών πολιτικών εξυπηρέτησης κάθε πακέτου (π.χ., δρομολόγηση με βάση την καθυστέρηση, τη ρυθμαπόδοση ή την αξιοπιστία) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 13 / 80 μήκος (Length): δηλώνει το μέγεθος του πακέτου (συμπεριλαμβανομένης της κεφαλίδας) σε bytes χρόνος ζωής (Time-To-Live, TTL): δηλώνει το μέγιστο χρόνο ζωής ενός πακέτου στο δίκτυο έχει στόχο την απόρριψη ενός πακέτου που έχει εγκλωβιστεί σε βρόχο ώστε να μην καταναλώνει πόρους πλέον, υποδηλώνει το μέγιστο αριθμό αλμάτων με συνηθέστερη την τιμή 64 πρωτόκολλο (Protocol): αποτελεί το κλειδί αποπολύπλεξης και δηλώνει το πρωτόκολλο ανώτερου επιπέδου στο οποίο πρέπει να παραδοθεί το πακέτο άθροισμα ελέγχου (Checksum): χρησιμοποιείται για την επαλήθευση της κεφαλίδας σε περίπτωση μη επαλήθευσης το πακέτο απορρίπτεται Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 14 / 80 Μορφή πακέτου IP (3/3) Κατακερματισμός και επανασυναρμολόγηση (1/4) Διεύθυνση προορισμού (DestinationAddr): περιέχει τη διεύθυνση του παραλήπτη του πακέτου χρησιμοποιείται στις αποφάσεις προώθησης σε κάθε δρομολογητή Διεύθυνση προέλευσης (SourceAddr): περιέχει τη διεύθυνση του αποστολέα του πακέτου χρησιμοποιείται από τον παραλήπτη για να αποφασίσει αν θα δεχτεί το πακέτο ή για να απαντήσει στον αποστολέα του μηνύματος επιλογές (options): είναι πεδίο μεταβλητού μεγέθους που χρησιμοποιείται για διαφορετικούς σκοπούς όπως η αυστηρή ή χαλαρή δρομολόγηση προέλευσης (source routing), η καταγραφή του δρομολογίου του πακέτου, κλπ Πρόβλημα: κάθε τεχνολογία δικτύου επιτρέπει διαφορετική μέγιστη μονάδα μετάδοσης (maximum transmission unit, MTU) π.χ., στα δίκτυα Ethernet το MTU είναι 1500 bytes ενώ στα δίκτυα FDDI 4500 bytes το MTU καθορίζει το μέγιστο μέγεθος ενός πακέτου IP στο συγκεκριμένο δίκτυο Το κόστος της ανίχνευσης του MTU στη διαδρομή που θα ακολουθήσει το πακέτο είναι υψηλό Η επιλογή ενός μικρού μεγέθους πακέτου δεν είναι αποδοτική δεν είναι αποδοτική προσέγγιση καθώς σπαταλά εύρος ζώνης (περισσότερα byte κεφαλίδας ανά πακέτο) και υπολογιστικούς πόρους (περισσότερα πακέτα) η εισαγωγή νέων τεχνολογιών μπορεί να καταστήσει την επιλογή άκυρη Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 15 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 16 / 80

5 Κατακερματισμός και επανασυναρμολόγηση (2/4) Το πρωτόκολλο IP προσφέρει έναν ευέλικτο μηχανισμό κατακερματισμού (fragmentation) και επανασυναρμολόγησης (reassembly) των πακέτων από το αρχικό πακέτο παράγονται ένα ή περισσότερα πακέτα (θραύσματα, fragments) με μέγεθος ίσο ή μικρότερο του MTU ο μηχανισμός ενεργοποιείται μόνο αν απαιτηθεί η μετάδοση σε ένα δίκτυο με MTU μικρότερο από το μέθεγος του πακέτου Ένα θραύσμα αποτελεί από μόνο του ένα αυτόνομο πακέτο IP και μεταδίδεται ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα όλα τα θραύσματα έχουν την ίδια τιμή στο πεδίο αναγνωριστικό (Ident) της κεφαλίδας το αναγνωριστικό επιλέγεται από τον αποστολέα και είναι μοναδικό για όλα τα μη κατακερματισμένα πακέτα από τον ίδιο αποστολέα Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 17 / 80 Κατακερματισμός και επανασυναρμολόγηση (3/4) Σε κάθε θραύσμα: το bit Μ στο πεδίο σημαίες (Flags) έχει την τιμή 1 εκτός από το τελευταίο θραύσμα το πεδίο σχετική απόσταση (Offset) δηλώνει τη θέση των δεδομένων που μεταφέρει το θραύσμα στο αρχικό πακέτο Η επανασυναρμολόγηση των θραυσμάτων στο αρχικό πακέτο μπορεί να γίνει: στον επόμενο δρομολογητή (διαφανής κατακερματισμός) στον παραλήπτη υπολογιστή (αδιαφανής κατακερματισμός) ένα θραύσμα μπορεί να υποστεί ξανά κατακερματισμό η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται στο Διαδίκτυο Η επανασυναρμολόγηση αποτυγχάνει αν κάποιο από τα θραύσματα δεν φτάσει στον παραλήπτη το IP δεν επιχειρεί να ανακτήσει θραύσματα που λείπουν Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 18 / 80 Κατακερματισμός και επανασυναρμολόγηση (4/4) Example Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 19 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 20 / 80

6 Αναγκαιότητα Διευθύνσεις IP και αναπαράσταση Μια διεύθυνση IP έχει μέγεθος 32 bit Στο IP υπάρχει η ανάγκη καθολικής διευθυνσιοδότησης ώστε να διασυνδεθούν δίκτυα διαφορετικών τεχνολογιών στα υποκείμενα δίκτυα ενδέχεται να χρησιμοποιούνται διαφορετικά σχήματα διευθυνσιοδότησης με αποτέλεσμα να μην εξασφαλίζεται η καθολικότητα των διευθύνσεων Η διευθυνσιοδότηση IP πρέπει να: προσδιορίζει με μοναδικό τρόπο έναν υπολογιστή μέσα σε ολόκληρο το διαδίκτυο είναι συμβατή με την ιεραρχική δομή ενός διαδικτύου θα πρέπει να αντικατοπτρίζει το γεγονός ότι ένας υπολογιστής είναι συνδεδεμένος σε ένα συγκεκριμένο δίκτυο Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 21 / 80 Οι διευθύνσεις IP συνήθως αναπαρίστανται στη μορφή x.x.x.x x είναι ένας δεκαδικός αριθμός που αναπαριστά ένα byte της διεύθυνσης (0 x 255), ξεκινώντας από το περισσότερο σημαντικό π.χ., Εναλλακτική αναπαράσταση: xx:xx:xx:xx x είναι ένας δεκαεξαδικό ψηφίο που αναπαριστά 4 bit της διεύθυνσης (x [0, 1,..., F ]), ξεκινώντας από τα περισσότερο σημαντικά bit π.χ., C3:82:79:C9 Ο οργανισμός ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) είναι υπεύθυνος για τη διάθεση διευθύνσεων IP σε οργανισμούς Δεν πρέπει να γίνεται σύγχυση των διευθύνσεων IP με τα ονόματα περιοχών (domain names) (όπως π.χ. το gaia.cs.uoi.gr) αν και πάντοτε τα ονόματα αυτά μετασχηματίζονται σε μια διεύθυνση IP Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 22 / 80 Δομή διευθύνσεων IP (1/2) Δομή διευθύνσεων IP (2/2) Οι διευθύνσεις IP είναι ιεραρχικές αποτελούνται από δύο τμήματα: τμήμα δικτύου και τμήμα υπολογιστή υπηρεσίας Example Οι διευθύνσεις IP προσδιορίζουν διασυνδέσεις υπολογιστών σε δίκτυα και όχι υπολογιστές Τμήμα δικτύου: προσδιορίζει μοναδικά το δίκτυο στο οποίο είναι συνδεδεμένος ο υπολογιστής υπηρεσίας όλοι οι υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι στο ίδιο δίκτυο έχουν το ίδιο τμήμα δικτύου στη διεύθυνση IP Τμήμα υπολογιστή υπηρεσίας: προσδιορίζει μοναδικά τον υπολογιστή μέσα στο δίκτυο που καθορίζει το τμήμα δικτύου Οι υπολογιστές που συνδέονται σε παραπάνω από ένα δίκτυα (π.χ. δρομολογητές) χρειάζονται μια διεύθυνση για κάθε δίκτυο Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 23 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 24 / 80

7 Τάξεις διευθύνσεων (1/3) Τάξεις διευθύνσεων (2/3) Το μέγεθος των τμημάτων μια διεύθυνσης IP δεν είναι ίδιο για όλες τις διευθύνσεις Οι διευθύνσεις χωρίζονται σε τρεις διαφορετικές κλάσεις (classes) ή τάξεις: Α, Β και Γ κάθε τάξη ορίζει τμήματα δικτύου και υπολογιστή υπηρεσίας με διαφορετικό μέγεθος Στην πραγματικότητα υπάρχουν επίσης οι κλάσεις διευθύνσεων D (διευθύνσεις για πολυεκπομπή) και Ε (διευθύνσεις δεσμευμένες για μελλοντική χρήση) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 25 / 80 Τα περισσότερο σημαντικά bit καθορίζουν την κλάση μιας διεύθυνσης 0 κλάση Α, 10 κλάση Β και 110 κλάση C Κάθε κλάση προσδιορίζει συγκεκριμένο πλήθος δικτύων με συγκεκριμένο μέγεθος κλάση Α: δίκτυα μεγέθους = κλάση Β: 2 14 δίκτυα μεγέθους = κλάση C: 2 21 δίκτυα μεγέθους = 254 Δύο διευθύνσεις σε κάθε δίκτυο είναι δεσμευμένες για συγκεκριμένο σκοπό: διεύθυνση που στο μέρος του υπολογιστή υπηρεσίας όλα τα bit είναι 1: χρησιμοποιείται ως διεύθυνση ευρείας εκπομπής, π.χ διεύθυνση που στο μέρος του υπολογιστή υπηρεσίας όλα τα bit είναι 0: δεν είναι έγκυρη διεύθυνση και συνήθως χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει το δίκτυο, π.χ Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 26 / 80 Τάξεις διευθύνσεων (3/3) Η διευθυνσιοδότηση με τάξεις διευθύνσεων ονομάζεται ταξική διευθυνσιοδότηση Οι τάξεις παρέχουν τη δυνατότητα να εξυπηρετούνται δίκτυα με διαφορετικά μεγέθη Πρόβλημα: η ευελιξία που προσφέρει η ταξική διευθυνσιοδότηση είναι περιορισμένη υπάρχουν μόνο τρεις επιλογές για το μέγεθος ενός δικτύου σπατάλη διευθύνσεων: οι κλάσεις Α και Β περιγράφουν λίγα δίκτυα πολύ μεγάλου μεγέθους ενώ στην πραγματικότητα τα δίκτυα είναι πολύ μικρότερου μεγέθους οι κλάσεις Α και Β διαθέτουν το 1/2 και 1/4 των συνολικών διευθύνσεων αντίστοιχα Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 27 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 28 / 80

8 Προώθηση πακέτων (1/4) Προώθηση πακέτων (2/4) Στόχος προώθησης: να εντοπιστεί το δίκτυο του προορισμού η διεύθυνση προορισμού μεταφέρεται σε κάθε πακέτο το τμήμα δικτύου της διεύθυνσης προορισμού προσδιορίζει μοναδικά το δίκτυο του παραλήπτη Για την προώθηση ενός πακέτου κάθε κόμβος προσπαθεί πρώτα να διαπιστώσει αν συνδέεται στο ίδιο φυσικό δίκτυο με τον προορισμό συγκρίνει το τμήμα δικτύου της διεύθυνσης προορισμού του πακέτου με το τμήμα δικτύου της διεύθυνσης για καθεμία από τις διασυνδέσεις του Οι δρομολογητές διαθέτουν δύο ή περισσότερες διασυνδέσεις καθώς εξ ορισμού διασυνδέουν δύο ή περισσότερα φυσικά δίκτυα Οι υπολογιστές υπηρεσίας διαθέτουν συνήθως μια διασύνδεση, ωστόσο δεν αποκλείεται το ενδεχόμενο να έχουν παραπάνω διασυνδέσεις Αν ο παραλήπτης συνδέεται στο ίδιο δίκτυο, το πακέτο παραδίδεται αφού μεταδοθεί με τους κανόνες του φυσικού δικτύου Αν ο παραλήπτης δεν συνδέεται στο ίδιο δίκτυο με τον κόμβο που προωθεί το πακέτο, τότε ο κόμβος συμβουλεύεται τον πίνακα δρομολόγησης ώστε: να επιλέξει τον δρομολογητή επόμενου άλματος (next hop router) για το δίκτυο προορισμού ο δρομολογητής επόμενου άλματος αντιπροσωπεύει το δρομολογητή που βρίσκεται στο καλύτερο δρομολόγιο προς το δίκτυο προορισμού Η προώθηση του πακέτου γίνεται με τη μετάδοση στο φυσικό δίκτυο που συνδέει τον κόμβο και τον δρομολογητή επόμενου άλματος Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 29 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 30 / 80 Προώθηση πακέτων (3/4) Προώθηση πακέτων (4/4) Ο πίνακας δρομολόγησης περιέχει μια εγγραφή για κάθε δίκτυο προορισμού και όχι για κάθε κόμβο οι εγγραφές έχουν τη μορφή: <Network Num, Next hop> Network Num: περιέχει τη διεύθυνση του δικτύου Next hop: περιέχει τη διεύθυνση του δρομολογητή επόμενου άλματος ή τη διασύνδεση που οδηγεί στο δίκτυο (αν αυτό είναι άμεσα συνδεδεμένο) ο πίνακας δρομολόγησης εμπεριέχει και ένα προεπιλεγμένο δρομολογητή Example Προεπιλεγμένος δρομολογητής (default router) Ο δρομολογητής που χρησιμοποιείται αν καμία από τις καταχωρήσεις του πίνακα δρομολόγησης δεν ταιριάζει με το δίκτυο προορισμού Στην πραγματικότητα οι κόμβοι χρησιμοποιούν τους πίνακες προώθησης που έχουν παραχθεί με βάση τους πίνακες δρομολόγησης αλλά περιέχουν επίσης πληροφορίες για τη μετάδοση στο φυσικό δίκτυο, π.χ., διευθύνσεις MAC Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 31 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 32 / 80

9 Μετάφραση διευθύνσεων (1/4) Μετάφραση διευθύνσεων (2/4) Η προώθηση ενός πακέτου απαιτεί τη μετάδοσή του στα υποκείμενα φυσικά δίκτυα που συνδέουν: τον αποστολέα με τον πρώτο δρομολογητή (πρώτο άλμα) τους ενδιάμεσους δρομολογητές τον τελικό δρομολογητή με τον κόμβο προορισμό (τελευταίο άλμα) Απαίτηση: η μετάφραση της διεύθυνσης IP σε μια διεύθυνση επιπέδου συνδέσμου μετάδοσης δεδομένων το φυσικό δίκτυο δεν κατανοεί τη διευθυνσιοδότηση IP αλλά μόνο τη μέθοδο διευθυνσιοδότησης που το ίδιο έχει ορίσει Η μετάφραση των διευθύνσεων γίνεται με το πρωτόκολλο συναγωγής διευθύνσεων (Address Resolution Protocol, ARP) Στο ARP κάθε υπολογιστής διατηρεί έναν πίνακα με ζεύγη διευθύνσεων κάθε ζεύγος αντιστοιχίζει μια διεύθυνση IP σε μια διεύθυνση συνδέσμου μετάδοσης δεδομένων (φυσική διεύθυνση) ο πίνακας ονομάζεται πίνακας ARP (ARP table) ή κρυφή μνήμη ARP (ARP cache) Κάθε υπολογιστής συντάσσει δυναμικά τον πίνακα ARP ώστε να ενημερώνεται για μεταβολές στο φυσικό δίκτυο πιθανές μεταβολές: η αντικατάσταση της κάρτας Ethernet ενός υπολογιστή, η αποσύνδεση ενός υπολογιστή και η σύνδεση ενός νέου που χρησιμοποιεί τη διεύθυνση IP του προηγούμενου, κλπ κάθε εγγραφή στον πίνακα έχει περιορισμένη διάρκεια ζωής (συνήθως 15 λεπτά) μετά από την οποία διαγράφεται Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 33 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 34 / 80 Μετάφραση διευθύνσεων (3/4) Μετάφραση διευθύνσεων (4/4) Κάθε υπολογιστής v που θέλει να μεταδώσει ένα πακέτο IP προς έναν υπολογιστή (τον προορισμό ή ένα δρομολογητή) με διεύθυνση IP nh ελέγχει πρώτα αν υπάρχει μια εγγραφή για τη διεύθυνση IPnh αν η αντιστοιχία υπάρχει τότε μπορεί να προχωρήσει στη μετάδοση του πακέτου IP προσοχή: η διεύθυνση IP nh μπορεί να είναι η διεύθυνση προορισμού ή η διεύθυνση του επόμενου άλματος Αν δεν υπάρχει εγγραφή για τη διεύθυνση IP nh τότε ο κόμβος αποστέλλει ένα ερώτημα ARP (ARP query) με ευρεία εκπομπή (broadcast) το ερώτημα περιέχει τη διεύθυνση IPnh περιέχει ακόμα τη διεύθυνση IPv και τη διεύθυνση επιπέδου συνδέσμου μετάδοσης δεδομένων του κόμβου v Ο κόμβος που έχει τη διεύθυνση IP nh : θα στείλει ένα μήνυμα απάντησης προς τον v, το οποίο περιέχει τη διεύθυνση επιπέδου συνδέσμου μετάδοσης δεδομένων θα αποθηκεύσει την αντιστοιχία διευθύνσεων για τον κόμβο v Οι υπόλοιποι κόμβοι που λαμβάνουν το ερώτημα: αν γνωρίζουν ήδη μια εγγραφή για τον κόμβο v τότε την ανανεώνουν και ενημερώνουν το χρόνο λήξης της εγγραφής δεν αποθηκεύουν την εγγραφή για τον κόμβο v αν δεν γνωρίζουν ήδη την εγγραφή αυτή Ο κόμβος v αποθηκεύει μια εγγραφή στον πίνακα ARP με βάση τις πληροφορίες από το μήνυμα απάντησης Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 35 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 36 / 80

10 2 3 4 Εισαγωγή Η σύνδεση ενός υπολογιστή υπηρεσίας σε ένα δίκτυο απαιτεί τον καθορισμό: της διεύθυνσης IP του υπολογιστή της διεύθυνσης του προκαθορισμένου δρομολογητή ο δρομολογητής στον οποίο κατευθύνονται τα πακέτα για υπολογιστές εκτός του δικτύου Η διευθέτηση ενός υπολογιστή υπηρεσίας μπορεί να γίνει χειρωνακτικά ή αυτοματοποιημένα Η χειρωνακτική διευθέτηση είναι επιρρεπής σε λάθη: η διεύθυνση IP πρέπει να είναι μοναδική μέσα στο δίκτυο η διεύθυνση δικτύου πρέπει να είναι ίδια για όλους τους υπολογιστές στο δίκτυο Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 37 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 38 / 80 Πρωτόκολλο DHCP (1/2) Πρωτόκολλο DHCP (2/2) Η αυτοματοποιημένη διευθέτηση γίνεται με το πρωτόκολλο δυναμικής διευθέτησης υπολογιστών υπηρεσίας (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP) Ένας διακομιστής DHCP είναι υπεύθυνος για την ανάθεση πληροφοριών διευθέτησης στους υπολογιστές ο διακομιστής μπορεί να αποφασίζει δυναμικά ή να έχει προκαθορισμένες αναθέσεις με βάση τη διεύθυνση MAC η ανάθεση των διευθύνσεων IP γίνεται για περιορισμένο χρονικό διάστημα Κάθε υπολογιστής υπηρεσίας που ξεκινά τη λειτουργία του στέλνει με ευρεία εκπομπή (στη διεύθυνση ) ένα μήνυμα DHCPDISCOVER Αν δεν υπάρχει διακομιστής DHCP στο δίκτυο τότε ένας πράκτορας αναμετάδοσης (relay agent) αναλαμβάνει την προώθηση του μηνύματος DHCPDISCOVER στο διακομιστή οι δρομολογητές δεν προωθούν τα μηνύματα DHCPDISCOVER οι πράκτορες αναμετάδοσης επιτρέπουν την ύπαρξη ενός διακομιστή για πολλά δίκτυα Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 39 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 40 / 80

11 Πρωτόκολλο ICMP (1/2) Στο πρωτόκολλο IP ένας υπολογιστής υπηρεσίας ενημερώνεται για την αποτυχία επεξεργασίας ενός πακέτου IP που έστειλε Το πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου διαδικτύου (Internet Control Message Protocol, ICMP) είναι υπεύθυνο για την ενημέρωση του αποστολέα Κάθε δρομολογητής (ή υπολογιστής υπηρεσίας) που δεν μπορεί να επεξεργαστεί ένα πακέτο IP: στέλνει ένα μήνυμα ICMP στον αποστολέα του πακέτου τα μηνύματα ICMP αποστέλλονται ως πακέτα IP το πεδίο protocol στην κεφαλίδα IP των μηνυμάτων ICMP έχει την τιμή 1 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 41 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 42 / 80 Πρωτόκολλο ICMP (2/2) Υπάρχουν διαφορετικά μηνύματα ICMP που περιγράφουν το λόγο της αποτυχίας μη προσπελάσιμος προορισμός αντήχηση - απάντηση αντήχησης: αποστολή μηνύματος (αντήχηση) για τον έλεγχο λειτουργίας ενός υπολογιστή και απάντηση υπέρβαση χρόνου: το πεδίο TTL στο πακέτο έφτασε στην τιμή μηδέν χωρίς να παραδοθεί το πακέτο ανακατεύθυνση: υπάρχει μια καλύτερη διαδρομή προς τον προορισμό αποτυχία διαδικασίας επανασυναρμολόγησης αποτυχία αθροίσματος ελέγχου Πολλές εφαρμογές διαχείρισης στηρίζονται στο πρωτόκολλο ICMP π.χ., ping, traceroute Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 43 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 44 / 80

12 Εισαγωγή (1/2) Εισαγωγή (2/2) Η βασική λειτουργικότητα του IP εισάγει μια ιεραρχία δύο επιπέδων οι κόμβοι βρίσκονται στο κατώτερο επίπεδο ενώ στο ανώτερο βρίσκονται τα δίκτυα Η ιεραρχία των δύο επιπέδων προσφέρει περιορισμένο βαθμό κλιμάκωσης δεν προσφέρει κλιμάκωση για δίκτυα εκατομμυρίων και δισεκατομμυρίων κόμβων Τα προβλήματα της κλιμάκωσης που πρέπει να αντιμετωπιστούν είναι: η αποδοτική αξιοποίηση των διευθύνσεων: πρέπει να διασφαλιστεί ότι ο χώρος διευθύνσεων δεν καταναλώνεται υπερβολικά γρήγορα η κλιμάκωση της δρομολόγησης: πρέπει να ελαχιστοποιηθούν οι πληροφορίες που διακινούνται από τον αλγόριθμο δρομολόγησης και αποθηκεύονται από τους δρομολογητές Οι λύσεις που έχουν προταθεί στηρίζονται στην έννοια της ιεραρχίας και είναι: η υποδικτύωση (subnetting): ασχολείται κυρίως με την αποδοτικότερη αξιοποίηση του χώρου διευθύνσεων η αταξική δρομολόγηση ή υπερδικτύωση (supernetting): αντιμετωπίζει τόσο το ζήτημα της αξιοποίησης των διευθύνσεων όσο και το ζήτημα της κλιμάκωσης της δρομολόγησης η διαπεριοχική δρομολόγηση (interdomain routing): αποτελεί το βασικό μηχανισμό για τη χρήση της ιεραρχίας στη δρομολόγηση ώστε να επιτευχθεί η κλιμάκωση Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 45 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 46 / Ζητήματα ταξικής διευθυνσιοδότησης Πρόβλημα: οι τάξεις διευθύνσεων δεν επιτρέπουν την αποδοτική διαχείριση του χώρου διευθύνσεων Οι διευθύνσεις εκχωρούνται σε τμήματα σταθερού και προκαθορισμένου μεγέθους η ανάθεση μιας διεύθυνσης δικτύου σε ένα φυσικό δίκτυο συνεπάγεται τη δέσμευση μιας περιοχής διευθύνσεων δεν υπάρχει η ευελιξία προσαρμογής στο πραγματικό μέγεθος του δικτύου, π.χ., ακόμα και σε ένα δίκτυο με 255 υπολογιστές θα ανατεθεί ένα δίκτυο τάξης B μεγέθους υπολογιστών Η έλλειψη ευελιξίας έχει ως αποτέλεσμα την χορήγηση πολλών διευθύνσεων δικτύων με συνέπειες: την εξάντληση των διευθύνσεων (κυρίως των δικτύων τάξης B) τη χρήση πινάκων δρομολόγησης που περιέχουν εγγραφές για περισσότερα δίκτυα Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 47 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 48 / 80

13 Δίκτυα και υποδίκτυα (1/2) Δίκτυα και υποδίκτυα (2/2) Η υποδικτύωση (subnetting) επιτρέπει τη μείωση των διευθύνσεων δικτύου που χρησιμοποιούνται ως αποτέλεσμα εξοικονομούνται διευθύνσεις IP Κεντρική ιδέα: κατανομή των διευθύνσεων IP με το ίδιο τμήμα δικτύου σε περισσότερα φυσικά δίκτυα τα δίκτυα αυτά καλούνται υποδίκτυα (subnets) Για την υποδικτύωση κάθε υπολογιστής διευθετείται επιπλέον με μια μάσκα υποδικτύου (subnet mask) η μάσκα υποδικτύου έχει μήκος 32 bit και αναπαριστάται με τρόπο ανάλογο αυτού μιας διεύθυνσης IP, π.χ., περιέχει μονάδες στα ανώτερα bit και μηδενικά στα κατώτερα bit Η μάσκα υποδικτύου παρέχει μια διεύθυνση υποδικτύου (subnet address) η πράξη AND με bit (bitwise AND) μεταξύ της διεύθυνσης IP ενός κόμβου και της μάσκας υποδικτύου καθορίζει τη διεύθυνση του υποδικτύου Η μάσκα υποδικτύου εισάγει ένα νέο επίπεδο ιεραρχίας στις διευθύνσεις IP μια διεύθυνση IP αποτελείται από τη διεύθυνση του δικτύου (ανάλογα με την τάξη), τη διεύθυνση υποδικτύου (με βάση τη μάσκα) και τη διεύθυνση του υπολογιστή υπηρεσίας το πλήθος των μονάδων μιας μάσκας υποδικτύου είναι μεγαλύτερο από το μήκος της διεύθυνσης δικτύου Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 49 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 50 / 80 Προώθηση (1/3) Προώθηση (2/3) Ο υπολογιστής αποστολέας πραγματοποιεί την πράξη AND με bits μεταξύ της διεύθυνσης προορισμού και της μάσκας υποδικτύου του αν το αποτέλεσμα είναι ίσο με τη διεύθυνση του υποδικτύου του αποστολέα τότε ο παραλήπτης βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο σε κάθε άλλη περίπτωση το πακέτο προωθείται στο δρομολογητή Κάθε δρομολογητής διατηρεί ένα πίνακα δρομολόγησης με εγγραφές της μορφής Subnetwork address subnetmask Nexthop οι δρομολογητές εκτός του δικτύου δεν χρειάζεται να γνωρίζουν λεπτομέρειες για τα υποδίκτυα αν έχουν για όλα το ίδιο next hop Ένας δρομολογητής για κάθε εισερχόμενο πακέτο με διεύθυνση προορισμού IP dst εκτελεί την πράξη AND με bits της διεύθυνσης IP dst με τη μάσκα υποδικτύου κάθε εγγραφής προωθεί το πακέτο στην εγγραφή για την οποία το αποτέλεσμα της πράξης είναι ίσο με τη διεύθυνση υποδικτύου προωθεί το πακέτο στον προεπιλεγμένο δρομολογητή αν δεν υπάρχει κάποια κατάλληλη εγγραφή Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 51 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 52 / 80

14 Προώθηση (3/3) Example Προώθηση πακέτου από τον H1 στον H2 Πίνακας δρομολόγησης στον R1 Subnet address Subnet mask Next hop Interface Interface R Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 53 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 54 / 80 Εισαγωγή Η αταξική δρομολόγηση (Classless Inter-Domain Routing, CIDR) αντιμετωπίζει δύο ζητήματα: την αποδοτική διαχείριση του χώρου διευθύνσεων τη μείωση του πλήθους των πληροφοριών που αποθηκεύονται στους δρομολογητές Αναγκαιότητα CIDR: η υποδικτύωση παρέχει λύση με περιορισμένες δυνατότητες μόνο στο πρόβλημα της διαχείρισης των διευθύνσεων οι περιορισμοί πηγάζουν από το γεγονός ότι η μάσκα υποδικτύου εφαρμόζεται σε συνδυασμό με τις τάξεις διευθύνσεων Κεντρική ιδέα: η τεχνική CIDR επιτρέπει τη δημιουργία δικτύων μεταβλητού μεγέθους αγνοώντας τις τάξεις διευθύνσεων Ανάθεση και αναπαράσταση διευθύνσεων Το μήκος της διεύθυνσης ενός δικτύου είναι μεταβλητό και δεν εξαρτάται από τάξεις διευθύνσεων Η διεύθυνση ενός δικτύου ακολουθείται πλέον από έναν αριθμό (/X) που δηλώνει το μέγεθός της (σε bit) π.χ., /24 το τμήμα του υπολογιστή υπηρεσίας έχει μέγεθος 32-Χ bits Οι δρομολογητές αποθηκεύουν εγγραφές της μορφής <Network address/x, next hop> μεγαλύτερο μέγεθος δικτύου (/Χ) επιτρέπει την αποδοτική ανάθεση των διευθύνσεων σε δίκτυα μικρότερο μέγεθος δικτύου μειώνει τις εγγραφές που πρέπει να αποθηκεύει ένας δρομολογητής Ο αριθμός /Χ έχει λειτουργικότητα ανάλογη της μάσκας υποδικτύου Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 55 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 56 / 80

15 Προώθηση Ένας κόμβος μπορεί να αποφασίσει αν ο προορισμός βρίσκεται σε ένα δίκτυο με διεύθυνση μεγέθους /X: εκτελεί την πράξη bitwise AND μεταξύ της διεύθυνσης προορισμού και μιας μάσκας με X συνεχόμενες μονάδες στα σημαντικότερα bits αν το αποτέλεσμα της πράξης ισούται με τη διεύθυνση του δικτύου (ταίριασμα ή ταύτιση) τότε ο παραλήπτης βρίσκεται στο δίκτυο Ο αποστολέας προωθεί ένα πακέτο στο δρομολογητή αν ο προορισμός δεν βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο διαφορετικά μεταδίδει απευθείας το πακέτο στον προορισμό Ένας δρομολογητής ελέγχει, τη διεύθυνση προορισμού με κάθε εγγραφή, για πιθανή ταύτιση αν υπάρχει ταύτιση με παραπάνω από δύο εγγραφές τότε επιλέγεται η εγγραφή με τη μεγαλύτερη σε μήκος διεύθυνση δικτύου (μεγαλύτερο X) μεγαλύτερη σε μήκος ταύτιση προωθεί το πακέτο στον προεπιλεγμένο δρομολογητή αν δεν υπάρχει κάποια κατάλληλη εγγραφή Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 57 / 80 Συνάθροιση εγγραφών (1/3) Ένας δρομολογητής μπορεί να συναθροίσει δύο ή περισσότερες εγγραφές σε μια ώστε να μειώσει το μέγεθος του πίνακα δρομολόγησης η συνάθροιση εγγραφών επιτρέπει την κλιμάκωση της δρομολόγησης μέσω της μείωσης του μεγέθους του πίνακα δρομολόγησης Προϋπόθεση: οι συναθροιζόμενες εγγραφές να έχουν το ίδιο next hop Μια συναθροισμένη εγγραφή αναπαριστά μια περιοχή διευθύνσεων που εμπεριέχει τα δίκτυα που αναπαριστούν οι συναθροισμένες εγγραφές η συναθροισμένη εγγραφή προκύπτει από το μέγιστο κοινό τμήμα των συναθροιζόμενων εγγραφών Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 58 / 80 Συνάθροιση εγγραφών (2/3) Συνάθροιση εγγραφών (3/3) Example Ο αλγόριθμος προώθησης παραμένει αμετάβλητος αν για μια διεύθυνση προορισμού υπήρχε ταίριασμα με μια από τις μη συναθροισμένες εγγραφές, τότε θα υπάρχει ταίριασμα και με τη συναθροισμένη εγγραφή Η συνάθροιση εγγραφών δεν είναι επιτρεπτή όταν: η συναθροισμένη εγγραφή περιέχει διευθύνσεις που πρέπει να δρομολογηθούν από διαφορετικό επόμενο άλμα η παραπάνω περίπτωση δεν αποτελεί πρόβλημα αν για τις εν λόγω διευθύνσεις υπάρχει μια εγγραφή που να δίνει ταύτιση με μεγαλύτερο μήκος και να υποδεικνύει το σωστό επόμενο άλμα Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 59 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 60 / 80

16 2 3 4 Εισαγωγή Οι τεχνικές της υποδικτύωσης και της αταξικής δρομολόγησης επιφέρουν μερική βελτίωση στο πρόβλημα της κλιμάκωσης της δρομολόγησης Στο διαδίκτυο ακολουθείται η ιδέα της ιεραρχικής δρομολόγησης για να επιτευχθεί η κλιμάκωση της δρομολόγησης Στην ορολογία του IP μια περιοχή δρομολόγησης ονομάζεται αυτόνομο σύστημα (autonomous system, AS) Αυτόνομο σύστημα Μια περιοχή του δικτύου που βρίσκεται κάτω από τον έλεγχο μιας διαχειριστικής οντότητας, π.χ., μια εταιρεία παροχής υπηρεσιών δικτύωσης Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 61 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 62 / 80 Δομή διαδικτύου και αυτόνομα συστήματα (1/2) Δομή διαδικτύου και αυτόνομα συστήματα (2/2) Για τη δρομολόγηση, το διαδίκτυο αποτελείται από ένα σύνολο αυτόνομων συστημάτων που διασυνδέονται με αυθαίρετο τρόπο Διακρίνονται τρεις τύποι αυτόνομων συστημάτων: AS στελέχους (stub AS) Πολυσυνδεσμικό AS (multihomed AS) AS διέλευσης (transit AS) AS στελέχους: διαθέτει μόνο μια σύνδεση με ένα άλλο AS μεταφέρει μόνο τοπική κυκλοφορία Τοπική κυκλοφορία (local traffic): η τηλεπικοινωνιακή κίνηση που δημιουργείται/καταναλώνεται από τους κόμβους ενός AS Διερχόμενη κυκλοφορία (transit traffic): η τηλεπικοινωνιακή κίνηση που διέρχεται από ένα AS Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 63 / 80 Πολυσυνδεσμικό AS: διαθέτει συνδέσεις με περισσότερα από ένα AS αλλά αρνείται να μεταφέρει διερχόμενη κυκλοφορία AS διέλευσης: διαθέτει συνδέσεις με περισσότερα από ένα AS και μεταφέρει διερχόμενη αλλά και τοπική κυκλοφορία είναι συνήθως αυτόνομα συστήματα παροχέων δικτύων κορμού Δίκτυο κορμού (backbone network): ένα σύνολο από δρομολογητές που έχουν αποκλειστικό σκοπό να διασυνδέσουν δίκτυα και υπολογιστές Σημείο εξέτασης (peering point): μια διασύνδεση μεταξύ αυτόνομων συστημάτων Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 64 / 80

17 Ενδοπεριοχική vs Η δρομολόγηση υλοποιείται σε δύο επίπεδα: εντός ενός αυτόνομου συστήματος (ενδοπεριοχική δρομολόγηση, intradomain routing) μεταξύ αυτόνομων συστημάτων (διαπεριοχική δρομολόγηση, inter-domain routing) Για την ενδοπεριοχική δρομολόγηση έχουν προταθεί τα εξής πρωτόκολλα: Routing Information Protocol (RIP) Open Shortest Path First (OSPF) Για τη διαπεριοχική δρομολόγηση έχουν προταθεί τα πρωτόκολλα: Exterior Gateway Protocol (EGP) Border Gateway Protocol (BGP) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 65 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 66 / 80 Εισαγωγή Κάθε αυτόνομο σύστημα εκτελεί εσωτερικά έναν αυτόνομο αλγόριθμο δρομολόγησης ο αλγόριθμος δρομολόγησης προσδιορίζει τα δρομολόγια προς όλα τα δίκτυα που ανήκουν στο AS Κάθε αυτόνομο σύστημα μπορεί να εφαρμόσει οποιοδήποτε αλγόριθμο δρομολόγησης ανεξάρτητα από τον αλγόριθμο που θα υλοποιήσει ένα άλλο AS Οι αλγόριθμοι δρομολόγησης που χρησιμοποιούνται ενδοπεριοχικά μπορεί να υλοποιούν: δρομολόγηση διανυσμάτων απόστασης δρομολόγηση κατάστασης συνδέσμων ή οποιαδήποτε άλλη μορφή δρομολόγησης (π.χ., στατική δρομολόγηση) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 67 / 80 Πρωτόκολλο RIP Το Πρωτόκολλο Πληροφοριών ς (Routing Information Protocol, RIP) ήταν το πρώτο που υλοποιήθηκε στο διαδίκτυο Το πρωτόκολλο στηρίζεται στην ιδέα της δρομολόγησης με διανύσματα απόστασης οι δρομολογητές αναγγέλλουν το κόστος για να φτάσουν σε ένα δίκτυο και όχι σε έναν άλλο δρομολογητή Ένας δρομολογητής αποστέλλει ενημερώσεις: κάθε 30 δευτερόλεπτα κάθε φορά που μια ενημέρωση προκαλεί αλλαγή του πίνακα δρομολόγησης Στο RIP το κόστος κάθε συνδέσμου είναι ίσο με 1: εντοπίζει δρομολόγια με το μικρότερο αριθμό αλμάτων οι έγκυρες αποστάσεις είναι μεταξύ 1-15, ενώ το 16 αντιπροσωπεύει το άπειρο Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 68 / 80

18 Πρωτόκολλο OSPF (1/2) Πρωτόκολλο OSPF (2/2) Το Ανοιχτό πρωτόκολλο με πρώτα τη συντομότερη διαδρομή (Open Shortest Path First, OSPF) αποτελεί μια εναλλακτική στο πρωτόκολλο RIP είναι το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον στο διαδίκτυο Είναι ένα πρωτόκολλο κατάστασης συνδέσμων όπου κάθε δρομολογητής στέλνει δύο βασικούς τύπους μηνυμάτων κατάστασης συνδέσμων (Link State Advertisements, LSA): LSA τύπου 1: περιέχει πληροφορίες για τους συνδέσμους του δρομολογητή με άλλους δρομολογητές LSA τύπου 2: περιέχει πληροφορίες για τα δίκτυα με τα οποία είναι συνδεδεμένος ο δρομολογητής Ένας δρομολογητής προσδιορίζεται μοναδικά χρησιμοποιώντας τη μικρότερη διεύθυνση IP από αυτές που διαθέτει για κάθε σύνδεσή του Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 69 / 80 Οι πληροφορίες που μεταφέρει ένα μήνυμα LSA περιλαμβάνουν: τη μετρική (metric) κάθε συνδέσμου τον τύπο κάθε συνδέσμου τις πληροφορίες TOS του κάθε συνδέσμου ώστε να υποστηριχθεί η δρομολόγηση ανάλογα με τον τύπο των δεδομένων Το πρωτόκολλο OSPF προσθέτει επιπλέον χαρακτηριστικά στη δρομολόγηση: πιστοποίηση των μηνυμάτων δρομολόγησης: κάθε μήνυμα δρομολόγησης πρέπει να πιστοποιείται ώστε να αποφευχθούν περιπτώσεις λανθασμένης διευθέτησης ή κακόβουλων χρηστών εξισορρόπηση φορτίου: επιτρέπει την αντιστοίχηση του ίδιου κόστους σε διαφορετικές διαδρομές με αποτέλεσμα τον ισομερή καταμερισμό της κυκλοφορίας επιπρόσθετη ιεραρχία με τη χρήση των περιφερειών (areas) δρομολόγησης Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 70 / 80 Περιφέρειες δρομολόγησης (1/2) Περιφέρειες δρομολόγησης (2/2) Περιφέρεια Το πρωτόκολλο OSPF εισάγει επιπλέον ιεραρχία με τη διαμέριση μιας περιοχής δρομολόγησης σε περιφέρειες (areas) Ένα σύνολο δρομολογητών που ανταλλάσσουν μηνύματα κατάστασης συνδέσμων Το πρωτόκολλο προδιαγράφει την ύπαρξη: μια ειδικής περιφέρειας δικτύου κορμού που ονομάζεται περιφέρεια 0 συνοριακών δρομολογητών περιφέρειας (area border routers) που ανήκουν τόσο στην περιφέρεια 0 όσο και σε κάποια άλλη περιφέρεια Τα μηνύματα κατάστασης συνδέσμων των δρομολογητών μιας περιφέρειας δεν διαδίδονται στις άλλες περιφέρειες μόνο οι συνοριακοί δρομολογητές διαδίδουν μια σύνοψη των γνώσεών τους από και προς την περιφέρεια 0 Αποτέλεσμα του μηχανισμού δρομολόγησης είναι ένα πακέτο να δρομολογείται σε τρία στάδια: πρώτα μέσα στην περιφέρεια προέλευσης μετά μέσα στην περιφέρεια 0 και τέλος μέσα στην περιφέρεια προορισμού Η δρομολόγηση με περιφέρειες εισάγει (όπως και η ιεραρχική δρομολόγηση) ένα συμβιβασμό μεταξύ βέλτιστης δρομολόγησης και κλιμάκωσης Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 71 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 72 / 80

19 2 3 4 Ζητήματα και προκλήσεις (1/2) Η διαπεριοχική δρομολόγηση καθορίζει το δρομολόγιο μεταξύ AS ώστε τα δεδομένα να φτάσουν στο δίκτυο προορισμού Κάθε AS λειτουργεί αυτόνομα και διαθέτει τις δικές του πολιτικές δρομολόγησης (routing policies) παραδείγματα πολιτικών δρομολόγησης: η διερχόμενη κίνηση από το δίκτυο Χ δεν είναι αποδεκτή, τα δεδομένα που αποστέλλω δεν θέλω να διέρχονται από το δίκτυο Y, κλπ Στόχος δρομολόγησης: ο καθορισμός μιας διαδρομής προς τον προορισμό η οποία είναι απαλλαγμένη από βρόχους και είναι συμβατή με τις πολιτικές των αυτόνομων συστημάτων οι διαδρομές που υπολογίζονται από τη διαπεριοχική δρομολόγηση δεν είναι βέλτιστες Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 73 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 74 / 80 Ζητήματα και προκλήσεις (2/2) Προκλήσεις και περιορισμοί: κλιμάκωση: παρά το γεγονός ότι η διαπεριοχική δρομολόγηση χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με τη μέθοδο CIDR, οι δρομολογητές πρέπει να μεταφέρουν πληροφορίες δρομολόγησης για μέχρι συναθροισμένες εγγραφές μη βέλτιστη δρομολόγηση: χρησιμοποιούνται μόνο πληροφορίες προσπελασιμότητας επειδή κάθε αυτόνομο σύστημα έχει τις δικές του αρχές δρομολόγησης εμπιστοσύνη: δεν είναι πάντα σαφές αν οι πληροφορίες από ένα σύστημα πρέπει να γίνονται αποδεκτές Πρώτο πρωτόκολλο διαπεριοχικής δρομολόγησης: Εξωτερικό Πρωτόκολλο Πύλης Δικτύου (Exterior Gateway Protocol, EGP) σχεδιάστηκε για να υποστηρίζει ένα διαδίκτυο με δενδροειδή τοπολογία Σήμερα χρησιμοποιείται το Πρωτόκολλο Συνοριακής Πύλης (Border Gateway Protocol, BGP) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 75 / 80 Πρωτόκολλο BGP (1/3) Το πρωτόκολλο προδιαγράφει για κάθε AS την ύπαρξη: ενός ομιλητή BGP (BGP speaker): αποτελεί τον εκπρόσωπο του AS, μέσω του οποίου διαδίδονται οι πληροφορίες δρομολόγησης μιας ή περισσοτέρων συνοριακών πυλών δικτύου (gateways): είναι οι δρομολογητές μέσω των οποίων μεταφέρονται τα δεδομένα από και προς το AS δεν είναι απαραίτητο να ταυτίζονται οι πύλες με τους ομιλητές Οι ομιλητές BGP αναγγέλλουν πλήρεις διαδρομές για την προσπέλαση κάθε συγκεκριμένου δικτύου οι αναγγελίες γίνονται με την αποστολή μηνυμάτων ενημέρωσης BGP το BGP μπορεί να λειτουργήσει σε συνδυασμό με την τεχνική CIDR: αναγγέλλονται δρομολόγια για συναθροισμένες εγγραφές και όχι για μεμονωμένα δίκτυα κάθε ομιλητής αναγγέλλει τις διαδρομές που αυτός θεωρεί καλύτερες μπορεί να μην αναγγείλει διαδρομές που γνωρίζει ανάλογα με την πολιτική του Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 76 / 80

20 Πρωτόκολλο BGP (2/3) Example Αναγγελία από AS3: δρομολόγιο για δίκτυα , και < AS3 > Αναγγελία από AS1: δρομολόγιο για δίκτυα , και < AS1, AS3 > Πρωτόκολλο BGP (3/3) Οι αναγγελίες των ομιλητών γίνονται περιοδικά μέσω συνδιαλέξεων TCP με τους άλλους ομιλητές BGP η χρήση του TCP εξασφαλίζει την αξιόπιστη μετάδοση των πληροφοριών δρομολόγησης αν δεν υπάρχουν αλλαγές τότε αποστέλλεται ένα απλό μήνυμα ζωτικότητας (keep alive) που δηλώνει την ύπαρξη του ομιλητή διαδρομές διαγράφονται με τη χρήση αρνητικών αναγγελιών που ονομάζονται αποσυρόμενα δρομολόγια (withdrawn routes) Κάθε AS αναγνωρίζεται μοναδικά με ένα αριθμό 16 bit που εκχωρείται από μια κεντρική αρχή δεν απαιτείται αριθμός αναγνώρισης για τα AS στελέχους Κόστος διαπεριοχικής δρομολόγησης: στη δρομολόγηση εμπλέκεται μόνο ένας δρομολογητής ανά AS η εύρεση δρομολογίων αφορά τους συνοριακούς δρομολογητές των οποίων το πλήθος είναι μικρό Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 77 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 78 / 80 Διαπεριοχική και ενδοπεριοχική δρομολόγηση (1/2) Προϋπόθεση για ολοκληρωμένη δρομολόγηση: κάθε δρομολογητής σε μια περιφέρεια πρέπει να λάβει τις πληροφορίες δρομολόγησης που έχει συλλέξει ένας ομιλητής BGP Όλοι οι δρομολογητές ενός AS εκτελούν ένα πρωτόκολλο που ονομάζεται εσωτερικό BGP (interior BGP, ibgp) για να διανείμουν τις πληροφορίες του BGP κάθε δρομολογητής μαθαίνει τον καλύτερο συνοριακό δρομολογητή για οποιαδήποτε διεύθυνση προορισμού το ενδοπεριοχικό πρωτόκολλο δρομολόγησης είναι υπεύθυνο για την εύρεση της διαδρομής μέχρι το συνοριακό δρομολογητή Διαπεριοχική και ενδοπεριοχική δρομολόγηση (2/2) Example Απλούστερη προσέγγιση αντί της χρήσης του ibgp οι συνοριακοί δρομολογητές εισάγουν συγκεκριμένες διαδρομές που έμαθαν για εξωτερικά δίκτυα στο ενδοπεριοχικό πρωτόκολλο σε AS στελέχους όλες οι διαδρομές για προορισμούς εκτός του AS περνάνε από το μοναδικό προεπιλεγμένο δρομολογητή Το πρωτόκολλο BGP που εκτελείται μεταξύ των AS ονομάζεται και εξωτερικό BGP (exterior BGP, ebgp) Τα ενδοπεριοχικά πρωτόκολλα δρομολόγησης ονομάζονται και εσωτερικά πρωτόκολλα πύλης δικτύου (Interior Gateway Protocols, IGPs) Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 79 / 80 Ε.Παπαπέτρου (Τμ.Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) ΠΛΥ606: Δίκτυα Υπολογιστών 80 / 80