Κεφάλαιο 4: Επίπεδο ικτύου. Κεφάλαιο 4. Λειτουργίες επιπέδου δικτύου

Κεφάλαιο 4 Επίπεδο ικτύου Πηγή των ακόλουθων διαφανειών είναι οι διαφάνειες που συνοδεύουν ως διδακτικό υλικό το βιβλίο των J.F. Kurose and K.W. Ross: omputer Networking: Top-own pproach Featuring the Internet, η έκδοση ικτύωση Υπολογιστών: Προσέγγιση από Πάνω προς τα Κάτω µε Έµφαση στο ιαδίκτυο, Jim Kurose, Keith Ross η έκδοση, ddison- Wesley, 00. (Μετάφραση Εκδόσεις Γκιούρδας, 004) Κεφάλαιο 4: Επίπεδο ικτύου Στόχοι: κατανόηση αρχών που διέπουν τις υπηρεσίες του επιπέδου : δροµολόγηση (επιλογή διαδροµής) προβλήµατα λόγω µεγάλης κλίµακας τρόπος λειτουργίας δροµολογητών προηγµένα θέµατα: IPv6, mobility εφαρµογή και υλοποίηση στο ιαδίκτυο Επισκόπηση: υπηρεσίες επιπέδου αρχές δροµολόγησης: επιλογή διαδροµής ιεραρχική δροµολόγηση IP πρωτόκολλα δροµολόγησης στο ιαδίκτυο στο εσωτερικό αυτόνοµων συστηµάτων µεταξύ αυτόνοµων συστηµάτων αρχιτεκτονική δροµολογητών IPv6 mobility Επίπεδο ικτύου 4- Επίπεδο ικτύου 4- Κεφάλαιο 4 Λειτουργίες επιπέδου 4. Εισαγωγή και Μοντέλα Υπηρεσιών ικτύου 4. Αρχές ροµολόγησης 4. Ιεραρχική ροµολόγηση 4.4 Το Πρωτόκολλο IP (Internet Protocol) 4.5 ροµολόγηση στο ιαδίκτυο 4.6 Αρχιτεκτονική δροµολογητών 4.7 IPv6 4.8 ροµολόγηση Multicast 4.9 Mobility µεταφορά πακέτων από τον hostαποστολέα στον host-παραλήπτη πρωτόκολλο επιπέδου σε κάθε host, δροµολογητή δύο σηµαντικές λειτουργίες: δροµολόγηση: προσδιορισµός διαδροµής που ακολουθούν τα πακέτα µεταξύ πηγής και προορισµού από αλγορίθµους δροµολόγησης προώθηση: µεταφορά πακέτων από µία είσοδο στην κατάλληλη έξοδο ενός δροµολογητή εφαρµογής µεταφοράς εφαρµογής µεταφοράς Επίπεδο ικτύου 4- Επίπεδο ικτύου 4-4

ροµολόγηση και προώθηση τιµή στην επικεφαλίδα αφικνούµενου πακέτου αλγόριθµος δροµολόγησης πίνακας προώθησης τιµή επικεφαλίδας 000 00 0 00 0 ζεύξη εξόδου Εγκαθίδρυση σύνδεσης Τρίτη σηµαντική λειτουργία του επιπέδου σε µερικές αρχιτεκτονικές δικτύων: TM, frame relay,.5 Πριν από τη µεταφορά πακέτων, τα δύο τερµατικά συστήµατα και οι ενδιάµεσοι δροµολογητές εγκαθιδρύουν εικονική σύνδεση συµµετοχή των δροµολογητών Υπηρεσία σύνδεσης σε επίπεδο και µεταφοράς: Επίπεδο : µεταξύ δύο τερµατικών συστηµάτων Επίπεδο µεταφοράς: µεταξύ δύο διεργασιών Επίπεδο ικτύου 4-5 Επίπεδο ικτύου 4-6 Μοντέλο υπηρεσιών Το µοντέλο υπηρεσιών που παρέχεται από το επίπεδο ορίζει τα χαρακτηριστικά της µεταφοράς δεδοµένων µεταξύ τερµατικών συστηµάτων, όπως: εάν υπάρχουν απώλειες κατά τη µεταφορά εάν η παράδοση δεδοµένων γίνεται µε τη σωστή σειρά εάν διατηρείται ο χρονισµός των πακέτων εάν παρέχεται εγγυηµένο bandwidth για τη µεταφορά εάν παρέχεται ένδειξη συµφόρησης στον αποστολέα από το δίκτυο Επίπεδο ικτύου 4-7 Μοντέλα υπηρεσιών στο επίπεδο Αρχιτεκτονική ικτύου ιαδίκτυο TM TM TM TM Μοντέλο Υπηρεσιών βέλτιστης προσπάθειας R (constant bit rate) VR (variable bit rate) R (available bit rate) UR (unspecified bit rate) andwidth όχι σταθερός ρυθµός εγγυηµένος ρυθµός εγγυηµένος ελάχιστος ρυθµός όχι Εγγυήσεις Απώλειες Επέκταση του µοντέλου υπηρεσιών του ια: ενοποιηµένες υπηρεσίες (Intserv), διαφοροποιηµένες υπηρεσίες (iffserv) (Κεφ. 6) όχι ναι ναι όχι όχι Σειρά όχι ναι ναι ναι ναι Χρονισµός όχι ναι ναι όχι όχι Ένδειξη Συµφόρησης όχι δεν υφίσταται συµφόρηση δεν υφίσταται συµφόρηση ναι όχι Επίπεδο ικτύου 4-8

Επίπεδο : υπηρεσία σύνδεσης και ασυνδεσιστρεφής υπηρεσία Ένα επίπεδο µπορεί να παρέχει ασυνδεσιστρεφή υπηρεσία (connectionless service) ή υπηρεσία σύνδεσης (connection service) Υπηρεσίες ανάλογες µε αυτές στο επίπεδο µεταφοράς, όµως µε διαφορές: επίπεδο υπηρεσία από host σε host που παρέχεται από το επίπεδο στο επίπεδο µεταφοράς το δίκτυο παρέχει τη µία ή την άλλη υπηρεσία δίχως δυνατότητα επιλογής η υπηρεσία σύνδεσης υλοποιείται στον πυρήνα του και στα τερµατικά συστήµατα επίπεδο µεταφοράς υπηρεσία από διεργασία σε διεργασία που παρέχεται από το επίπεδο µεταφοράς στο επίπεδο εφαρµογής το επίπεδο εφαρµογής έχει τη δυνατότητα επιλογής µεταξύ ασυνδεσιστρεφούς και συνδεσιστρεφούς υπηρεσίας η συνδεσιστρεφής υπηρεσία υλοποιείται στα τερµατικά συστήµατα Εικονικά κυκλώµατα (virtual circuits) εγκαθίδρυση κλήσης πριν από τη µεταφορά δεδοµένων και τερµατισµός της µετά τη µεταφορά κάθε πακέτο φέρει πεδίο που προσδιορίζει το εικονικό κύκλωµα στο οποίο ανήκει και που χρησιµοποιείται για την προώθησή του στο δίκτυο κάθε δροµολογητής στη διαδροµή µεταξύ πηγής-προορισµού διατηρεί πληροφορία κατάστασης για κάθε διερχόµενη σύνδεση η σύνδεση στο επίπεδο µεταφοράς ενέπλεκε µόνο δύο τερµατικά συστήµατα είναι δυνατό να δεσµευθούν και να απονεµηθούν πόροι (bandwidth, buffers) σε ένα εικονικό κύκλωµα ώστε να λάβουµε απόδοση όµοια µε αυτή ενός πραγµατικού κυκλώµατος ένα εικονικό κύκλωµα συµπεριφέρεται παρόµοια µε ένα τηλεφωνικό κύκλωµα ως προς την απόδοση Τα δίκτυα που παρέχουν ασυνδεσιστρεφή υπηρεσία στο επίπεδο καλούνται δίκτυα αυτοδύναµων πακέτων ως προς τις ενέργειες του κατά µήκος του εικονικού κυκλώµατος Τα δίκτυα που παρέχουν υπηρεσία σύνδεσης στο επίπεδο καλούνται δίκτυα εικονικών κυκλωµάτων Επίπεδο ικτύου 4-9 Επίπεδο ικτύου 4-0 Υλοποίηση εικονικών κυκλωµάτων Πίνακας προώθησης αριθµός V Ένα εικονικό κύκλωµα (Virtual ircuit, V) αποτελείται από:. τη διαδροµή από πηγή σε προορισµό. αριθµούς V, ένας αριθµός για κάθε ζεύξη κατά µήκος της διαδροµής. καταχωρήσεις στους πίνακες προώθησης των δροµολογητών κατά µήκος της διαδροµής Κάθε πακέτο που ανήκει σε ένα V φέρει στην επικεφαλίδα του έναν αριθµό V Ο αριθµός V αλλάζει σε κάθε ζεύξη ο νέος αριθµός V καθορίζεται από τον πίνακα προώθησης Επίπεδο ικτύου 4- Πίνακας προώθησης στο δροµολογητή Α: Εισερχόµενη διεπαφή Εισερχόµενος αριθµός V 6 7 97 αριθµός διεπαφής (interface) Εξερχόµενη διεπαφή Οι δροµολογητές διατηρούν πληροφορία κατάστασης σύνδεσης Α Εξερχόµενος αριθµός V 8 7 87 Επίπεδο ικτύου 4-

Εικονικά κυκλώµατα: πρωτόκολλα σηµατοδοσίας χρησιµοποιούνται για την εγκαθίδρυση, διατήρηση και τερµατισµό εικονικών κυκλωµάτων χρησιµοποιούνται στο TM, frame-relay,.5 δεν χρησιµοποιούνται στο ιαδίκτυο στην παρούσα του µορφή ίκτυα αυτοδύναµων πακέτων: το µοντέλο του ια δεν εφαρµόζεται εγκαθίδρυση κλήσης στο επίπεδο οι δροµολογητές δεν διατηρούν πληροφορία κατάστασης για συνδέσεις από τερµατικό σε τερµατικό δεν υπάρχει η έννοια της σύνδεσης στο επίπεδο τα πακέτα προωθούνται µε βάση τη διεύθυνση του host προορισµού πακέτα µεταξύ του ίδιου ζεύγους πηγής-προορισµού ενδέχεται να ακολουθήσουν διαφορετικές διαδροµές εφαρµογής µεταφοράς 5. Έναρξη ροής δεδοµένων 6. Παραλαβή δεδοµένων 4. Σύνδεση κλήσης. Αποδοχή κλήσης. Έναρξη κλήσης. Εισερχόµενη κλήση εφαρµογής µεταφοράς εφαρµογής µεταφοράς. Αποστολή δεδοµένων. Παραλαβή δεδοµένων εφαρµογής µεταφοράς Επίπεδο ικτύου 4- Επίπεδο ικτύου 4-4 Πίνακας προώθησης 4 δισεκατοµµύρια δυνατές καταχωρήσεις Longest Prefix Matching ιευθύνσεις Προορισµού 00000 0000 0000000 00000000 ως 00000 0000 0000 00000 0000 000000 00000000 ως 00000 0000 000000 00000 0000 00000 00000000 ως 00000 0000 000 αλλιώς ιεπαφή Ζεύξης 0 00000 0000 0000 00000 0000 000000 00000 0000 000 Παραδείγµατα Prefix Match αλλιώς ιεπαφή Ζεύξης ιεύθυνση προορισµού: 00000 0000 00000 00000 Ποια διεπαφή; 00000 0000 000000 0000 Ποια διεπαφή; 0 Επίπεδο ικτύου 4-5 Επίπεδο ικτύου 4-6 4

ίκτυα αυτοδύναµων πακέτων και εικονικών κυκλωµάτων: προέλευση ιαδίκτυο γεννήθηκε από την ανάγκη διασύνδεσης υπολογιστών για την ανταλλαγή δεδοµένων ελαστική υπηρεσία χωρίς αυστηρές απαιτήσεις χρονισµού τερµατικά συστήµατα µε ευφυία (υπολογιστές) µπορούν να εκτελούν έλεγχο σφαλµάτων κλπ απλότητα στο εσωτερικό του, πολυπλοκότητα στα άκρα πολλά είδη ζεύξεων µε διαφορετικά χαρακτηριστικά TM εξελίχθηκε από το τηλεφωνικό δίκτυο ανθρώπινη συνοµιλία: αυστηρές απαιτήσεις χρονισµού και αξιοπιστίας ανάγκη εγγυηµένης υπηρεσίας τερµατικά συστήµατα χωρίς ευφυία (τηλέφωνα) πολυπλοκότητα στο εσωτερικό του εγκαθίδρυση κλήσης διατήρηση πληροφορίας κατάστασης στους µεταγωγείς πακέτων Επίπεδο ικτύου 4-7 Κεφάλαιο 4 4. Εισαγωγή και Μοντέλα Υπηρεσιών ικτύου 4. Αρχές ροµολόγησης ροµολόγηση link state ροµολόγηση distance vector 4. Ιεραρχική ροµολόγηση 4.4 Το Πρωτόκολλο IP (Internet Protocol) 4.5 ροµολόγηση στο ιαδίκτυο 4.6 Αρχιτεκτονική δροµολογητών 4.7 IPv6 4.8 ροµολόγηση Multicast 4.9 Mobility Επίπεδο ικτύου 4-8 ροµολόγηση Αλγόριθµος δροµολόγησης Στόχος: προσδιορισµός καλής διαδροµής (ακολουθία δροµολογητών και ζεύξεων) διαµέσου του µεταξύ πηγής-προορισµού Το δίκτυο παριστάνεται µε ένα γράφηµα: οι κόµβοι του γραφήµατος παριστάνουν δροµολογητές οι ακµές του γραφήµατος παριστάνουν τις ζεύξεις κόστος : καθυστέρηση, χρηµατικό κόστος, βαθµός συµφόρησης 5 καλή διαδροµή: 5 F συνήθως σηµαίνει διαδροµή ελαχίστου κόστους Επίπεδο ικτύου 4-9 Ταξινόµηση αλγορίθµων δροµολόγησης Καθολική ή κατανεµηµένη πληροφορία; Καθολικοί: όλοι οι δροµολογητές έχουν πλήρη γνώση της τοπολογίας, του κόστους των ζεύξεων Αλγόριθµοι κατάστασης ζεύξεων ( link state ) Κατανεµηµένοι: κάθε δροµολογητής γνωρίζει τους άµεσους γείτονες και το κόστος των ζεύξεων προς αυτούς επαναληπτική διαδικασία υπολογισµού, ανταλλαγή πληροφορίας µε γείτονες Αλγόριθµοι διανυσµάτων απόστασης ( distance vector ) Στατικοί ή δυναµικοί; Στατικοί: οι διαδροµές µεταβάλλονται αργά µε το χρόνο υναµικοί: οι διαδροµές µεταβάλλονται πιο γρήγορα περιοδική ενηµέρωση σε απόκριση µεταβολών στην τοπολογία ή το κόστος των ζεύξεων Επίπεδο ικτύου 4-0 5

Ένας αλγόριθµος δροµολόγησης κατάστασης ζεύξεων (link state) Αλγόριθµος του ijkstra τοπολογία, κόστος ζεύξεων γνωστά σε όλους τους κόµβους επιτυγχάνεται µε link state broadcast όλοι οι κόµβοι έχουν την ίδια πληροφορία υπολογίζει τις διαδροµές ελαχίστου κόστους από έναν κόµβο ( πηγή ) προς όλους τους άλλους κόµβους παρέχει πίνακα προώθησης για τον κόµβο αυτό επαναληπτικός: µετά από k επαναλήψεις, είναι γνωστές οι διαδροµές ελαχίστου κόστους προς k προορισµούς Συµβολισµοί: c(i, j): κόστος από τον κόµβο i στον κόµβο j. Εάν i, j δεν είναι γείτονες, c(i, j) = (v): τρέχουσα τιµή κόστους της διαδροµής από τη πηγή προς τον προορισµό v p(v): ο τελευταίος κόµβος πριν από τον κόµβο v κατά µήκος της τρέχουσας διαδροµής ελαχίστου κόστους από την πηγή στον v N: το σύνολο των κόµβων των οποίων οι διαδροµές ελαχίστου κόστους έχουν καθορισθεί οριστικά Επίπεδο ικτύου 4- Αλγόριθµος του ijsktra Initialization: N = {} for all nodes v 4 if v adjacent to 5 then (v) = c(,v) 6 else (v) = infinity 7 8 Loop 9 find w not in N such that (w) is a minimum 0 add w to N update (v) for all v adjacent to w and not in N: (v) = min( (v), (w) + c(w,v) ) /* new cost to v is either old cost to v or known 4 shortest path cost to w plus cost from w to v */ 5 until all nodes in N Επίπεδο ικτύου 4- Αλγόριθµος του ijsktra: διαδικασία Επανάληψη Επανάληψη Επανάληψη k d k s s s j j j (j m ) = min{(j m ), d+s m }, m =,, k+ = j n : (j n ) = min{(j ), (j ), (j )} Επίπεδο ικτύου 4- Βήµα Αλγόριθµος του ijkstra: παράδειγµα 0 4 5 Ν F 5 (), p(),,, 5 (), p() F 5, 4,,, (), p(), F (), p(), Πίνακας Προώθησης επόµενος κόµβος (F), p(f) 4, 4, 4, κόστος διαδροµής 4 Επίπεδο ικτύου 4-4 6

Αλγόριθµος του ijkstra Πολυπλοκότητα αλγορίθµου: n κόµβοι σε κάθε επανάληψη απαιτείται έλεγχος όλων των κόµβων w που δεν ανήκουν στο σύνολο N n(n+)/ συγκρίσεις: O(n ) πιο αποδοτικές υλοποιήσεις είναι δυνατές: O(nlogn) Εµφάνιση ταλαντώσεων: π.χ. κόστος = ποσό µεταφερόµενης κίνησης +e 0 0 0 e e αρχικά +e 0 +e 0 0 επόµενη εκτέλεση αλγορίθµου 0 +e 0 0 +e επόµενη εκτέλεση +e 0 +e 0 e επόµενη εκτέλεση Επίπεδο ικτύου 4-5 Αλγόριθµος δροµολόγησης διανυσµάτων απόστασης (distance vector) κατανεµηµένος: κάθε κόµβος επικοινωνεί µόνο µε τους άµεσους γείτονες επαναληπτικός: η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου παύσει η ανταλλαγή πληροφοριών µεταξύ γειτόνων τερµατίζει µόνος του, χωρίς σήµα να σταµατήσει ασύγχρονος: δεν απαιτεί οι κόµβοι να εκτελούν τα βήµατα του αλγορίθµου συγχρονισµένα Πίνακας Αποστάσεων κάθε κόµβος έχει το δικό του µία γραµµή για κάθε δυνατό προορισµό µία στήλη για κάθε άµεσο γείτονα του κόµβου π.χ. στον κόµβο, για τον προορισµό Y µέσω γείτονα Z: (Y,Z) = = απόσταση από τον στον Y, µέσω γείτονα Z Z c(,z) + min { (Y,w)} w Επίπεδο ικτύου 4-6 Πίνακας αποστάσεων: παράδειγµα Ο πίνακας αποστάσεων δίνει τον πίνακα προώθησης 7 (,) (,) (,) 8 = c(,) + min { (,w)} w = 8+6 = 4 βρόχος = c(,) + min { (,w)} w = + = 5 βρόχος = c(,) + min { (,w)} w = + = 4 προορισµός () κόστος στον προορισµό µέσω κόµβου 7 6 4 4 8 9 5 5 4 προορισµός () κόστος στον προορισµό µέσω κόµβου 7 6 4 4 5 8 5 9 4 Πίνακας αποστάσεων προορισµός ζεύξη εξόδου, κόστος,,5,4, Πίνακας προώθησης Επίπεδο ικτύου 4-7 Επίπεδο ικτύου 4-8 7

ροµολόγηση διανυσµάτων απόστασης: επισκόπηση Αλγόριθµος διανυσµάτων απόστασης: Επαναληπτικός, ασύγχρονος: κάθε τοπική επανάληψη προκαλείται από: τοπική µεταβολή κόστους µήνυµα από γείτονα που υποδεικνύει ότι η διαδροµή ελαχίστου κόστους προς κάποιο προορισµό έχει µεταβληθεί Κατανεµηµένος: κάθε κόµβος ενηµερώνει τους γείτονες µόνο όταν η διαδροµή ελαχίστου κόστους προς κάποιο προορισµό µεταβάλλεται στη συνέχεια οι γείτονες ενηµερώνουν τους δικούς τους γείτονες εφόσον αυτό είναι απαραίτητο Κάθε κόµβος: περιµένει για (µεταβολή τοπικού κόστους ή µήνυµα από γείτονα) υπολογίζει ξανά τον πίνακα αποστάσεων εάν η διαδροµή ελαχίστου κόστους προς κάποιο προορισµό έχει µεταβληθεί, ενηµερώνει τους γείτονες Επίπεδο ικτύου 4-9 Σε όλους τους κόµβους : Initialization: for all adjacent nodes v: (*,v) = infinity /* the * operator means "for all rows" */ 4 (v,v) = c(,v) 5 for all destinations y: 6 send min (y,w) to each neighbor /* w over all 's neighbors */ w Επίπεδο ικτύου 4-0 Αλγόριθµος διανυσµάτων απόστασης (συνέχεια): 8 loop 9 wait (until I see a link cost change to neighbor V 0 or until I receive update from neighbor V) if (c(,v) changes by d) /* change cost to all dest's via neighbor V by d */ 4 /* note: d could be positive or negative */ 5 for all destinations y: (y,v) = (y,v) + d 6 7 else if (update received from V wrt destination Y) 8 /* shortest path from V to some Y has changed */ 9 /* V has sent a new value for its min (Y,w) V w */ 0 /* call this received new value is "newval" */ for the single destination Y: (Y,V) = c(,v) + newval if we have a new min w (Y,w) for any destination Y 4 send new value of min w (Y,w) to all neighbors 5 6 forever Επίπεδο ικτύου 4- Αλγόριθµος διανυσµάτων απόστασης: παράδειγµα Y Z 7 Επίπεδο ικτύου 4-8

Αλγόριθµος διανυσµάτων απόστασης: παράδειγµα Y 7 Z Z (Y,Z) = c(,z) + min { (Y,w)} w = 7+ = 8 Y (Z,Y) = c(,y) + min { (Z,w)} w = + = istance Vector: µεταβολές κόστους ζεύξεων Μεταβολή κόστους : κόµβος ανιχνεύει τοπική µεταβολή κόστους ενηµερώνει τον πίνακα αποστάσεων (γραµµή 5) εάν µεταβληθεί το κόστος της διαδροµής ελαχίστου κόστους, ενηµερώνει τους γείτονες (γραµµές,4) καλά νέα ταξιδεύουν γρήγορα 4 Y 50 Z οαλγόριθµος τερµατίζει Επίπεδο ικτύου 4- Επίπεδο ικτύου 4-4 istance Vector: µεταβολές κόστους ζεύξεων istance Vector: poisoned reverse µεταβολές κόστους ζεύξεων: καλά νέα ταξιδεύουν γρήγορα άσχηµα νέα ταξιδεύουν αργά πρόβληµα count to infinity 60 4 Y 50 Z Εάν ο Z δροµολογεί στον Χ µέσω του Y: ο Z λέει στον Y ότι η απόστασή του από τον είναι άπειρη (οπότε ο Y δεν δροµολογεί στον µέσω του Z) 60 4 Y 50 Z οαλγόριθµος συνεχίζει algorithm terminates Επίπεδο ικτύου 4-5 Επίπεδο ικτύου 4-6 9

Σύγκριση αλγορίθµων Link State and istance Vector Πολυπλοκότητα µηνυµάτων LS: σε δίκτυο µε n κόµβους, ζεύξεις, στέλνεται αριθµός µηνυµάτων O(n) V: ανταλλαγή µηνυµάτων µεταξύ γειτόνων µόνο χρόνος σύγκλισης ποικίλει Ταχύτητα σύγκλισης LS: αλγόριθµος O(n ) απαιτεί O(n) µηνύµατα δυνατές ταλαντώσεις V: χρόνος σύγκλισης ποικίλει ενδεχόµενοι βρόχοι δροµολόγησης πρόβληµα count-to-infinity Ανθεκτικότητα σε αστοχίες δροµολογητή LS: ενδέχεται ο κόµβος να ανακοινώσει εσφαλµένο κόστος κάθε κόµβος υπολογίζει µόνο το δικό του πίνακα V: ενδέχεται ο κόµβος να ανακοινώσει εσφαλµένο κόστος διαδροµής ο πίνακας κάθε κόµβου χρησιµοποιείται από άλλους κόµβους διάδοση σφαλµάτων στο δίκτυο Επίπεδο ικτύου 4-7 Κεφάλαιο 4 4. Εισαγωγή και Μοντέλα Υπηρεσιών ικτύου 4. Αρχές ροµολόγησης 4. Ιεραρχική ροµολόγηση 4.4 Το Πρωτόκολλο IP (Internet Protocol) 4.5 ροµολόγηση στο ιαδίκτυο 4.6 Αρχιτεκτονική δροµολογητών 4.7 IPv6 4.8 ροµολόγηση Multicast 4.9 Mobility Επίπεδο ικτύου 4-8 Ιεραρχική ροµολόγηση Για τη µελέτη των αλγορίθµων δροµολόγησης θεωρήθηκε το εξιδανικευµένο µοντέλο ενός οµοιογενούς : όλοι οι δροµολογητές εκτελούν τον ίδιο αλγόριθµο δροµολόγησης οι δροµολογητές υπολογίζουν τις διαδροµές δροµολόγησης για ολόκληρο το δίκτυο Προβλήµατα εφαρµογής στην πράξη: µεγάλη κλίµακα (>500 εκατοµµύρια προορισµοί): αδυναµία αποθήκευσης όλων των προορισµών σε πίνακες δροµολόγησης (περιορισµοί µνήµης) αδυναµία ανταλλαγής πληροφοριών πινάκων δροµολόγησης (περιορισµοί χωρητικότητας) διαχειριστική αυτονοµία διαδίκτυο = δίκτυο από δίκτυα κάθε διαχειριστής ενδέχεται να θέλει να ελέγχει τη δροµολόγηση στο δικό του δίκτυο Επίπεδο ικτύου 4-9 Ιεραρχική ροµολόγηση οργάνωση δροµολογητών κατά περιοχές σε αυτόνοµα συστήµατα (ΑΣ) δροµολογητές στο ίδιο ΑΣ εκτελούν το ίδιο πρωτόκολλο δροµολόγησης πρωτόκολλο δροµολόγησης εντός ΑΣ (Intra-S) δροµολογητές σε διαφορετικά ΑΣ µπορούν να εκτελούν διαφορετικά πρωτόκολλα δροµολόγησης δροµολογητές πύλης ειδικοί δροµολογητές στο ΑΣ εκτελούν το πρωτόκολλο δροµολόγησης εντός ΑΣ µε τους υπόλοιπους δροµολογητές του ΑΣ επίσης υπεύθυνοι για τη δροµολόγηση σε προορισµούς εκτός ΑΣ εκτελούν το πρωτόκολλο δροµολόγησης µεταξύ ΑΣ (Inter-S) µε άλλους δροµολογητές πύλης Επίπεδο ικτύου 4-40 0

ιασυνδεδεµένα Αυτόνοµα Συστήµατα c a b ΑΣ a c d b Αλγόριθµος ροµολόγησης εντός ΑΣ ΑΣ Πίνακας προώθησης a Αλγόριθµος ροµολόγησης µεταξύ ΑΣ c b ΑΣ Ο πίνακας προώθησης καθορίζεται και από τους δύο αλγορίθµους δροµολόγησης: εντός ΑΣ και µεταξύ ΑΣ Ο αλγόριθµος εντός ΑΣ καθορίζει τις καταχωρήσεις για εσωτερικούς προορισµούς Οι αλγόριθµοι µεταξύ ΑΣ και εντός ΑΣ καθορίζουν τις καταχωρήσεις για εξωτερικούς προορισµούς Επίπεδο ικτύου 4-4 Έργο αλγορίθµου δροµολόγησης µεταξύ ΑΣ Έστω ότι ένας δροµολογητής στο ΑΣ λαµβάνει ένα πακέτο µε προορισµό στο εξωτερικό του ΑΣ Ο δροµολογητής πρέπει να προωθήσει το πακέτο προς έναν από τους δροµολογητές πύλης, αλλά ποιον; c a b ΑΣ a c d b ΑΣ Το ΑΣ χρειάζεται:. να µάθει ποιοι προορισµοί είναι προσπελάσιµοι µέσω του ΑΣ και ποιοι είναι προσπελάσιµοι µέσω του ΑΣ. να διαδόσει αυτήν την πληροφορία προσπελασιµό-τητας σε όλους τους δροµολογητές στο ΑΣ c a b ΑΣ Έργο της δροµολόγησης µεταξύ ΑΣ Επίπεδο ικτύου 4-4 Παράδειγµα: Καθορισµός πίνακα προώθησης στο δροµολογητή d Έστω ότι το ΑΣ µαθαίνει από το πρωτόκολλο µεταξύ ΑΣ ότι το υποδίκτυο x είναι προσπελάσιµο µέσω του ΑΣ (πύλη c) όχι όµως µέσω του ΑΣ Το πρωτόκολλο µεταξύ ΑΣ διαδίδει αυτήν την πληροφορία προσπελασιµότητας σε όλους τους εσωτερικούς δροµολογητές του ΑΣ Ο δροµολογητής d προσδιορίζει από την πληροφορία δροµολόγησης εντός ΑΣ ότι η διεπαφή του I βρίσκεται στην διαδροµή ελαχίστου κόστους προς την πύλη c Εισάγει στον πίνακα προώθησής του την καταχώρηση (x, I) Παράδειγµα: Επιλογή µεταξύ πολλαπλών ΑΣ Έστω ότι το ΑΣ µαθαίνει από το πρωτόκολλο µεταξύ ΑΣ ότι το υποδίκτυο x είναι προσπελάσιµο µέσω του ΑΣ (πύλη c) και µέσω του ΑΣ (πύλη b) Ο δροµολογητής d πρέπει να προσδιορίσει σε ποια από τις δύο πύλες (c, b) θα προωθήσει τα πακέτα µε προορισµό το υποδίκτυο x Αυτό είναι επίσης έργο του πρωτοκόλλου µεταξύ ΑΣ ροµολόγηση καυτής πατάτας (hot potato routing): αποστολή πακέτου προς τον πλησιέστερο δροµολογητή c a b ΑΣ a c d b ΑΣ a c b ΑΣ Επίπεδο ικτύου 4-4 c a b ΑΣ a c d b ΑΣ a c b ΑΣ Επίπεδο ικτύου 4-44

Παράδειγµα: Επιλογή µεταξύ πολλαπλών ΑΣ Ένα ΑΣ µαθαίνει από το πρωτόκολλο µεταξύ ΑΣ ότι το υποδίκτυο x είναι προσπελάσιµο µέσω πολλαπλών πυλών c a b ΑΣ Χρησιµοποιεί την πληροφορία δροµολόγησης από το πρωτόκολλο εντός ΑΣ για να προσδιορίσει το κόστος των διαδροµών ελαχίστου κόστους προς καθεµία από τις πύλες a c d b ροµολόγηση καυτής πατάτας: Επιλέγει την πύλη που έχει το ελάχιστο κόστος ΑΣ c a b ΑΣ Προσδιορίζει από τον πίνακα προώθησης την διεπαφή I που οδηγεί στην πύλη ελαχίστου κόστους Εισάγει (x,i) στον πίνακα προώθησης Επίπεδο ικτύου 4-45 Κεφάλαιο 4 4. Εισαγωγή και Μοντέλα Υπηρεσιών ικτύου 4. Αρχές ροµολόγησης 4. Ιεραρχική ροµολόγηση 4.4 Το Πρωτόκολλο IP (Internet Protocol) 4.4. ιευθυνσιοδότηση στο IPv4 4.4. Μεταφορά αυτοδύναµου πακέτου από πηγή σε προορισµό 4.4. οµή αυτοδύναµου πακέτου (datagram) 4.4.4 Κατάτµηση στο IP 4.4.5 IMP: Internet ontrol Message Protocol 4.4.6 HP: ynamic Host onfiguration Protocol 4.4.7 NT: Network ddress Translation 4.5 ροµολόγηση στο ιαδίκτυο 4.6 Αρχιτεκτονική δροµολογητών 4.7 IPv6 4.8 ροµολόγηση Multicast 4.9 Mobility Επίπεδο ικτύου 4-46 Το επίπεδο στο ιαδίκτυο Λειτουργίες του επιπέδου σε τερµατικά συστήµατα και δροµολογητές: επίπεδο Πρωτόκολλα ροµολόγησης επιλογή διαδροµής RIP, OSPF, GP επίπεδο µεταφοράς: TP, UP πίνακας προώθησης επίπεδο επίπεδο Πρωτόκολλο IP συµβάσεις διευθυνσιοδότησης µορφή datagram συµβάσεις χειρισµού πακέτων Πρωτόκολλο IMP αναφορά σφαλµάτων σηµατοδοσία δροµολογητών Επίπεδο ικτύου 4-47 ιευθυνσιοδότηση IP: εισαγωγή διεπαφή (interface): όριο µεταξύ τερµατικού συστήµατος ή δροµολογητή και φυσικής οι δροµολογητές συνήθως έχουν πολλαπλές διεπαφές τα τερµατικά συστήµατα συνήθως έχουν µία διεπαφή κάθε διεπαφή σχετίζεται µε µία διεύθυνση IP ιεύθυνση IP: πεδίο από bits που προσδιορίζει τη διεπαφή ενός τερµατικού συστήµατος ή ενός δροµολογητή παγκοσµίως µοναδική............4...9.........7......... = 0 0000000 0000000 0000000 δεκαδικός συµβολισµός µε τελείες (dotted decimal notation) Επίπεδο ικτύου 4-48

Υποδίκτυα Υποδίκτυα ιεύθυνση IP: τµήµα (bits ανώτερης τάξης) τµήµα host (bits κατώτερης τάξης) Από την άποψη των διευθύνσεων IP, υποδίκτυο (subnet) ή δίκτυο IP ή απλά δίκτυο είναι το σύνολο των διεπαφών µεταξύ των οποίων υπάρχει φυσική σύνδεση χωρίς τη µεσολάβηση ενός δροµολογητή των οποίων οι διευθύνσεις IP έχουν το ίδιο τµήµα............4...9.........7 LN...... δίκτυο αποτελούµενο από υποδίκτυα ιευθύνσεις υποδικτύων:...0/4,...0/4,...0/4 όπου /4: µάσκα ή πρόθεµα υπο Επίπεδο ικτύου 4-50 Προσδιορισµός υποδικτύων σε ένα σύστηµα από hosts και δροµολογητές: Αποσύνδεση διεπαφών από δροµολογητές, hosts ηµιουργία νησίδων από αποµονωµένα δίκτυα Κάθε αποµονωµένο δίκτυο καλείται υποδίκτυο (subnet) υποδίκτυα µε διευθύνσεις:...0/4...0/4...0/4...0/4...0/4...0/4 µάσκα υπο: /4 Επίπεδο ικτύου 4-5 Υποδίκτυα Πόσα υποδίκτυα; Σύστηµα διασυνδεδεµένων δροµολογητών και hosts αποτελούµενο από 6 υποδίκτυα:...0/4..7.0/4...0/4..8.0/4...0/4..9.0/4.....9.......6..9...8............7.0..8.0......4..7....7... ιευθύνσεις IP αρχική αρχιτεκτονική διευθυνσιοδότησης ια διευθυνσιοδότηση µε βάση κλάσεις ( class-full ): κλάση 0 δίκτυο host 0 δίκτυο host 0 δίκτυο host 0 διεύθυνση multicast bits.0.0.0 έως 7.55.55.55 8.0.0.0 έως 9.55.55.55 9.0.0.0 έως.55.55.55 4.0.0.0 έως 9.55.55.55 Επίπεδο ικτύου 4-5 Επίπεδο ικτύου 4-5

ιευθυνσιοδότηση IP: IR ιευθυνσιοδότηση µε βάση κλάσεις: αναποτελεσµατική εκχώρηση διευθύνσεων, γρήγορη εξάντληση διευθύνσεων κλάσης Β π.χ. σε δίκτυο κλάσης εκχωρείται αριθµός διευθύνσεων για 65K hosts, ακόµη και αν στο δίκτυο περιλαµβάνονται µόνο K hosts IR: lassless Interomain Routing τµήµα διεύθυνσης έχει οποιοδήποτε µήκος µορφή διεύθυνσης: a.b.c.d/x, όπου x ο αριθµός των bits στο τµήµα της διεύθυνσης τµήµα τµήµα host 00000 0000 0000000 00000000 00..6.0/ π.χ. οργανισµός µε 000 hosts λαµβάνει µπλοκ διευθύνσεων µε =048 διευθύνσεις hosts: a.b.c.d/ Επίπεδο ικτύου 4-54 Εκχώρηση διευθύνσεων σε ISPs Οοργανισµός INN (Internet orporation for ssigned Names and Numbers) διαχειρίζεται τις διευθύνσεις IP σε παγκόσµιο επίπεδο και εκχωρεί µπλοκ διευθύνσεων σε ISPs και οργανισµούς (µέσω RIP N, RIN, PNI, frini, LNI) διαχειρίζεται τους NS root servers κάνει ανάθεση ονοµάτων τοµέων (domain names) και επιλύει σχετικές διενέξεις Επίπεδο ικτύου 4-55 Εκχώρηση διεύθυνσης σε δίκτυο Ο διαχειριστής ενός οργανισµού αποκτά ένα µπλοκ διευθύνσεων από τον ISP του µπλοκ διευθύνσεων του ISP: 00000 0000 0000000 00000000 00..6.0/0 Οργανισµός 0 00000 0000 0000000 00000000 00..6.0/ Οργανισµός 00000 0000 000000 00000000 00..8.0/ Οργανισµός 00000 0000 000000 00000000 00..0.0/....... Οργανισµός 7 00000 0000 0000 00000000 00..0.0/ Επίπεδο ικτύου 4-56 Ιεραρχική διευθυνσιοδότηση: συνάθροιση διαδροµών Η ιεραρχική διευθυνσιοδότηση επιτρέπει την αποτελεσµατική ανακοίνωση (advertisement) πληροφορίας δροµολόγησης και διευκολύνει την ιεραρχική δροµολόγηση: Οργανισµός 0 00..6.0/ Οργανισµός 00..8.0/ Οργανισµός 00..0.0/ Οργανισµός 7 00..0.0/.... ISP Χ ISP Υ Στείλε µου οτιδήποτε έχει διεύθυνση που αρχίζει µε 00..6.0/0 Στείλε µου οτιδήποτε έχει διεύθυνση που αρχίζει µε 99..0.0/6 ιαδίκτυο συνάθροιση διευθύνσεων ή διαδροµών (address or route aggregation): ικανότητα ανακοίνωσης πληροφορίας δροµολόγησης για πολλαπλά δίκτυα χρησιµοποιώντας ένα µόνο πρόθεµα Επίπεδο ικτύου 4-57 4

Ιεραρχική διευθυνσιοδότηση: πιο συγκεκριµένες διαδροµές Ο ISP Υέχει µία πιο συγκεκριµένη διαδροµή για τον Οργανισµό από ότι ο ISP Εκχώρηση διεύθυνσης σε δροµολογητή ή host δροµολογητής: µε παρέµβαση του διαχειριστή στον δροµολογητή ή εξ αποστάσεως µε λογισµικό διαχείρισης Οργανισµός 0 00..6.0/ Οργανισµός 00..0.0/ Οργανισµός 7 00..0.0/.... Οργανισµός 00..8.0/ ISP Χ ISP Υ Στείλε µου οτιδήποτε έχει διεύθυνση που αρχίζει µε 00..6.0/0 Στείλε µου οτιδήποτε έχει διεύθυνση που αρχίζει µε 99..0.0/6 ή 00..8.0/ ιαδίκτυο host: µε παρέµβαση του διαχειριστή στο κατάλληλο αρχείο διευθέτησης: Wintel: control-panel network configuration tcp/ip properties UNI: /etc/rc.config χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο HP (ynamic Host onfiguration Protocol) αυτόµατη απόκτηση διεύθυνσης από HP server σύνδεση και άµεση λειτουργία ( plug-and-play ) (περισσότερα σε λίγο) Επίπεδο ικτύου 4-58 Επίπεδο ικτύου 4-59 Μεταφορά datagram από πηγή σε προορισµό IP datagram: διάφορα πεδία διεύθυνση IP πηγής διεύθυνση IP προορ. δεδοµένα τα τρία παραπάνω πεδία του datagram παραµένουν αµετάβλητα καθώς αυτό µεταφέρεται από την πηγή στον προορισµό πίνακας προώθησης στον ίκτυο Επόµενος Αριθµός προορισµού ροµολογητής Αλµάτων..................4...9.........4...4...7...... Μεταφορά datagram από πηγή σε προορισµό διάφορα πεδία...... δεδοµένα Ο host στέλνει IP datagram στον host : αναζήτηση διεύθυνσης του στον πίνακα προώθησης διαπιστώνεται ότι ο βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο µε τον οι και συνδέονται απευθείας το επίπεδο στέλνει το datagram απευθείας στον µέσα σε ένα frame πίνακας προώθησης στον ίκτυο Επόµενος Αριθµός προορισµού ροµολογητής Αλµάτων..................4...9.........4...4...7...... Επίπεδο ικτύου 4-60 Επίπεδο ικτύου 4-6 5

Μεταφορά datagram από πηγή σε προορισµό διάφορα πεδία...... δεδοµένα Πηγή, προορισµός : αναζήτηση διεύθυνσης του Ε στον πίνακα προώθησης βρίσκεται σε διαφορετικό δίκτυο οι και δεν είναι απευθείας συνδεδεµένοι πίνακας προώθησης: το επόµενο άλµα προς τον είναι ο δροµολογητής...4 το επίπεδο στέλνει το datagram στον δροµολογητή...4 µέσα σε frame το datagram φθάνει στο...4 συνεχίζεται πίνακας προώθησης στον ίκτυο Επόµενος Αριθµός προορισµού ροµολογητής Αλµάτων..................4...9.........4...4...7...... Επίπεδο ικτύου 4-6 Μεταφορά datagram από πηγή σε προορισµό διάφορα πεδία...... δεδοµένα datagram φθάνει στο...4, προορίζεται για... αναζήτηση διεύθυνσης του Ε στον πίνακα προώθησης του δροµολογητή βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο µε τη διεπαφή...9 του δροµολογητή δροµολογητής, απευθείας συνδεδεµένοι επίπεδο στέλνει το datagram στο... µέσα σε frame µέσω διεπαφής...9 το datagram φθάνει στο... πίνακας προώθησης στο δροµολογητή ίκτυο προορισµού..................4...9...... Επόµενος ροµολογητής - - -...7 Αριθµός Αλµάτων...... ιεπαφή...4...9...7 Επίπεδο ικτύου 4-6 οµή IP datagram (IPv4) Πεδία: version #: έκδοση πρωτοκόλλου IP header length: µήκος επικεφαλίδας σε λέξεις των bits type of service: επιτρέπει να διακρίνουµε διαφορετικά είδη datagrams ως προς προτεραιότητα και απαιτήσεις της εφαρµογής datagram length: συνολικό µήκος datagram σε bytes 6555 bytes identifier, flags, IP fragmentation offset: αφορούν κατάτµηση και συναρµολόγηση time to live: διασφαλίζει ότι ένα datagram δεν θα περιφέρεται αέναα στο δίκτυο µειώνεται κατά ένα σε κάθε άλµα bits ver head. type of len service length fragment 6-bit identifier flgs offset time to upper Internet live layer checksum bit source IP address bit destination IP address options (εάν υπάρχουν) δεδοµένα (µεταβλητό µήκος, συνήθως TP ή UP segment) Επίπεδο ικτύου 4-64 οµή IP datagram (συνέχεια) upper layer protocol: υποδεικνύει το πρωτόκολλο επιπέδου µεταφοράς για το οποίο προορίζεται το datagram, π.χ. 6 TP, 7 UP, IMP Internet checksum: ανίχνευση σφαλµάτων στην επικεφαλίδα του datagram υπολογίζεται εκ νέου σε κάθε δροµολογητή source/destination IP address: διευθύνσεις IP πηγής, προορισµού 55.55.55.55: broadcast διεύθυνση IP options: προαιρετικές επιλογές π.χ. record route, timestamp data: δεδοµένα π.χ. TP ή UP segment, µήνυµα IMP Επικεφαλίδα IP 0 bytes Επικεφαλίδες IP και TP 40 bytes bits ver head. type of len service length fragment 6-bit identifier flgs offset time to upper Internet live layer checksum bit source IP address bit destination IP address Options (εάν υπάρχουν) δεδοµένα (µεταβλητό µήκος, συνήθως TP ή UP segment) Επίπεδο ικτύου 4-65 6

Κατάτµηση και συναρµολόγηση στο IP Κατάτµηση και συναρµολόγηση στο IP το πρωτόκολλο επιπέδου χαρακτηρίζεται από το µέγεθος MTU: µέγιστο δυνατό ωφέλιµο φορτίο στο frame (π.χ. thernet MTU = 500 bytes) διαφορετικά είδη ζεύξεων, διαφορετικά µεγέθη MTU µεγάλο IP datagram τεµαχίζεται µέσα στο δίκτυο από ένα datagram προκύπτουν πολλαπλά datagrams συναρµολόγηση στον τελικό προορισµό µόνο τα πεδία της επικεφαλίδας IP χρησιµοποιούνται για την συναρµολόγηση των τεµαχίων συναρµολόγηση κατάτµηση: είσοδος: ένα µεγάλο datagram έξοδος: µικρότερα datagrams Παράδειγµα µήκος αρχικού datagram = 4000 bytes MTU = 500 bytes length =4000 Ένα µεγάλο datagram τεµαχίζεται σε µερικά µικρότερα datagrams Αποφυγή κατάτµησης µε κατάλληλη επιλογή του µεγέθους των TP/UP segments: I =x length =500 length =500 length =040 fragflag =0 I =x I =x I =x offset =0 fragflag = fragflag = fragflag =0 offset =0 offset =480 offset =960 980 bytes 480 bytes 480 bytes 00 bytes MTU 576 bytes MSS = 576 0 0 = 56 bytes Επίπεδο ικτύου 4-66 Επίπεδο ικτύου 4-67 IMP: Internet ontrol Message Protocol Traceroute και IMP χρησιµοποιείται από hosts και δροµολογητές για να ανταλλάξουν µεταξύ τους πληροφορίες επιπέδου αναφορά σφαλµάτων: µη προσπελάσιµος host, δίκτυο, θύρα, πρωτόκολλο echo request/reply (χρησιµοποιείται από το ping) επίπεδο επάνω από IP: τα µηνύµατα IMP µεταφέρονται µέσα σε IP datagrams µήνυµα IMP: περιέχει πεδία type, code, επικεφαλίδα IP και πρώτα 8 bytes του IP datagram που προκαλεί τη δηµιουργία του µηνύµατος IMP Type ode description 0 0 echo reply (ping) 0 dest. network unreachable dest host unreachable dest protocol unreachable dest port unreachable 6 dest network unknown 7 dest host unknown 4 0 source quench (congestion control - not used) 8 0 echo request (ping) 9 0 route advertisement 0 0 router discovery 0 TTL expired 0 bad IP header Ηπηγή στέλνει µία σειρά από UP segments στον προορισµό Το πρώτο έχει TTL = Το δεύτερο έχει TTL=, κλπ. µε απίθανο αριθµό θύρας Όταν το n-οστό datagram φθάσει στον n-οστό δροµολογητή: Ο δροµολογητής απορρίπτει το datagram Και στέλνει στην πηγή ένα µήνυµα IMP (type, code 0 - TTL expired) Το µήνυµα περιλαµβάνει το όνοµα και τη διεύθυνση IP του δροµολογητή Όταν λάβει το µήνυµα IMP, η πηγή υπολογίζει το RTT Το Traceroute επαναλαµβάνει αυτή τη διαδικασία φορές Κριτήριο τερµατισµού Το UP segment φθάνει τελικά στον host προορισµού Ο προορισµός επιστρέφει ένα µήνυµα IMP port unreachable (type, code ) Όταν η πηγή λάβει αυτό το µήνυµα IMP, σταµατά να στέλνει datagrams Επίπεδο ικτύου 4-68 Επίπεδο ικτύου 4-69 7

HP: ynamic Host onfiguration Protocol Στόχος: να επιτρέψει στον host να αποκτήσει τη διεύθυνση IP του δυναµικά κατά τη σύνδεσή του µε το δίκτυο Μπορεί να ανανεώσει το χρόνο χρήσης της διεύθυνσης Επιτρέπει ανακύκλωση των διευθύνσεων Υποστηρίζει κινούµενους χρήστες που θέλουν να συνδεθούν µε το δίκτυο Επισκόπηση HP: Ο host µεταδίδει µε broadcast µήνυµα HP discover Ο HP server αποκρίνεται µε µήνυµα HP offer Ο host ζητά διεύθυνση IP: µήνυµα HP request Ο HP server στέλνει διεύθυνση: µήνυµα HP ack Σενάριο HP client-server.........4...9.........5 HP server...7......... HP client φθάνει στο δίκτυο και χρειάζεται διεύθυνση Επίπεδο ικτύου 4-70 Επίπεδο ικτύου 4-7 Σενάριο HP client-server HP server:...5 HP discover src : 0.0.0.0, 68 dest.: 55.55.55.55,67 yiaddr: 0.0.0.0 transaction I: 654 αφικνούµενος client NT: Network ddress Translation υπόλοιπο ιαδίκτυο τοπικό δίκτυο (π.χ. οικιακό δίκτυο) 0.0.0.0/4 0.0.0. χρόνος HP offer src:...5, 67 dest: 55.55.55.55, 68 yiaddrr:...4 transaction I: 654 Lifetime: 600 secs HP request src: 0.0.0.0, 68 dest:: 55.55.55.55, 67 yiaddrr:...4 transaction I: 655 Lifetime: 600 secs HP K src:...5, 67 dest: 55.55.55.55, 68 yiaddrr:...4 transaction I: 655 Lifetime: 600 secs Επίπεδο ικτύου 4-7 8.76.9.7 Όλα τα datagrams που φεύγουν από το τοπικό δίκτυο έχουν την ίδια µοναδική διεύθυνση IP: 8.76.9.7 0.0.0.4 atagrams µε πηγήή προορισµό στο τοπικό δίκτυο έχουν διέυθυνση πηγής ή προορισµού 0.0.0.x Ο δροµολογητής ΝΑΤ κρύβει τις λεπτοµέρειες του οικιακού από τον έξω κόσµο 0.0.0. 0.0.0. Επίπεδο ικτύου 4-7 8

NT: Network ddress Translation Κίνητρο: το τοπικό δίκτυο χρησιµοποιεί µία µόνο διεύθυνση IP όσον αφορά τον έξω κόσµο: δεν χρειάζεται η εκχώρηση µπλοκ διευθύνσεων από τον ISP: χρησιµοποιείται µία µόνο διεύθυνση IP για όλες τις συσκευές αλλαγή των διευθύνσεων των συσκευών του τοπικού χωρίς να ενηµερωθεί ο έξω κόσµος αλλαγή του ISP χωρίς να αλλάξουν οι διευθύνσεις των συσκευών του τοπικού οι συσκευές στο εσωτερικό του τοπικού δεν είναι άµεσα διευθυνσιοδοτήσιµες, ορατές από τον έξω κόσµο (πλεονέκτηµα ασφάλειας) NT: Network ddress Translation Υλοποίηση Ο δροµολογητής NT πρέπει να: αντικαθιστά το ζεύγος (διεύθυνση IP πηγής, # θύρας) σε κάθε εξερχόµενο datagram µε το ζεύγος (διεύθυνση IP NT, νέος # θύρας)... ένας αποµακρυσµένος client ή server θα αποκριθεί χρησιµοποιώντας ως διεύθυνση, αριθµό θύρας προορισµού το ζεύγος (διεύθυνση IP NT, νέος # θύρας) αποθηκεύει (στον πίνακα µετάφρασης NT) κάθε αντιστοιχία ζευγών (διεύθυνση IP πηγής, # θύρας) - (διεύθυνση IP NT, νέος # θύρας) αντικαθιστά το ζεύγος (διεύθυνση IP NT, νέος # θύρας) των πεδίων προορισµού σε κάθε εισερχόµενο datagram µε το αντίστοιχο ζεύγος (διεύθυνση IP πηγής, # θύρας) που βρίσκεται αποθηκευµένο στον πίνακα NT Επίπεδο ικτύου 4-74 Επίπεδο ικτύου 4-75 NT: Network ddress Translation : Ο δροµολογητής NT αλλάζει τη διεύθυνση πηγής του datagram από 0.0.0., 45 σε 8.76.9.7, 500 & ενηµερώνει τον πίνακα Πίνακα µετάφρασης NT διεύθυνση (WN) διεύθυνση (LN) 8.76.9.7, 500 0.0.0., 45 S: 8.76.9.7, 500 : 8.9.40.86, 80 8.76.9.7 S: 8.9.40.86, 80 : 8.76.9.7, 500 : Λαµβάνεται απόκριση µε διεύθυνση προορισµού: 8.76.9.7, 500 0.0.0.4 S: 0.0.0., 45 : 8.9.40.86, 80 : Ο host 0.0.0. στέλνει datagram µε 8.9.40, 80 0.0.0. 0.0.0. S: 8.9.40.86, 80 : 0.0.0., 45 4 0.0.0. 4: Ο δροµολογητής NT αλλάζει τη διεύθυνση προορισµού του datagram από 8.76.9.7, 500 σε 0.0.0., 45 Επίπεδο ικτύου 4-76 NT: Network ddress Translation Οαριθµός θύρας είναι πεδίο µε 6 bits: δυνατότητα για 60000 ταυτόχρονες συνδέσεις µε µία µόνο διεύθυνση στην πλευρά του WN Η τεχνική NT δέχεται επικρίσεις: παραβιάζει το αρχιτεκτονικό µοντέλο του IP όπου η διεύθυνση που αντιστοιχεί σε κάθε συσκευή είναι παγκοσµίως µοναδική το λογισµικό του ια στηρίζεται στο µοντέλο αυτό µεταβάλλει τον ασυνδεσιµικό (connectionless) χαρακτήρα του ια εισάγοντας συνδεσιµικά στοιχεία το NT διατηρεί πληροφορία κατάστασης για τις συνδέσεις (αστοχία στο ΝΑΤ σηµαίνει καταστροφή όλων των συνδέσεων) παραβιάζει τον θεµελιώδη κανόνα της αποµόνωσης και ανεξαρτησίας των επιπέδων το έλλειµµα διευθύνσεων πρέπει να αντιµετωπισθεί χρησιµοποιώντας IPv6 Επίπεδο ικτύου 4-77 9

Κεφάλαιο 4 4. Εισαγωγή και Μοντέλα Υπηρεσιών ικτύου 4. Αρχές ροµολόγησης 4. Ιεραρχική ροµολόγηση 4.4 Το Πρωτόκολλο IP (Internet Protocol) 4.5 ροµολόγηση στο ιαδίκτυο 4.5. ροµολόγηση εντός ΑΣ: RIP και OSPF 4.5. ροµολόγηση µεταξύ ΑΣ: GP 4.6 Αρχιτεκτονική δροµολογητών 4.7 IPv6 4.8 ροµολόγηση Multicast 4.9 Mobility ροµολόγηση στο ιαδίκτυο Το Παγκόσµιο ιαδίκτυο αποτελείται από Αυτόνοµα Συστήµατα (ΑΣ) που διασυνδέονται µεταξύ τους Τα αυτόνοµα συστήµατα διακρίνονται σε: Stub: µία µόνο σύνδεση µε ένα άλλο ΑΣ µεταφέρει τοπική κίνηση που προέρχεται από ή προορίζεται για το ίδιο Multihomed: πολλαπλές συνδέσεις µε περισσότερα από ένα άλλα ΑΣ - µεταφέρει τοπική κίνηση, δεν επιτρέπει διερχόµενη κίνηση Transit: πάροχος που συνδέει πολλά ΑΣ µεταξύ τους µεταφέρει τοπική και διερχόµενη κίνηση ροµολόγηση σε δύο επίπεδα: Εντός ΑΣ: διαχειριστής υπεύθυνος για την επιλογή του αλγορίθµου δροµολόγησης µέσα στο δίκτυο Μεταξύ ΑΣ: ένα µόνο πρότυπο δροµολόγησης µεταξύ ΑΣ: GP Επίπεδο ικτύου 4-78 Επίπεδο ικτύου 4-79 Πρωτόκολλα δροµολόγησης εντός ΑΣ RIP ( Routing Information Protocol) Γνωστά επίσης ως Πρωτόκολλα Εσωτερικής Πύλης - Interior Gateway Protocols (IGP) Πιο διαδεδοµένα πρωτόκολλα δροµολόγησης εντός ΑΣ: RIP: Routing Information Protocol αρχικό πρωτόκολλο δροµολόγησης στο RPNT OSPF: Open Shortest Path First συνιστώµενο πρωτόκολλο δροµολόγησης στο Internet IGRP: Interior Gateway Routing Protocol ιδιοταγές πρωτόκολλο της isco συµπεριλήφθηκε στην έκδοση S του UNI το 98 αλγόριθµος διανύσµατος αποστάσεων (distance vector) µετρική απόστασης: αριθµός αλµάτων (µέγιστο = 5 άλµατα) τα διανύσµατα αποστάσεων ανταλλάσσονται µεταξύ γειτόνων κάθε 0 sec µέσω µηνυµάτων απόκρισης RIP (RIP response messages), ή αλλιώς, αγγελίες RIP (RIP advertisements) Κάθε αγγελία RIP µπορεί να περιέχει µία λίστα µε καταχωρήσεις για έως 5 δίκτυα προορισµού µέσα στο ΑΣ Επίπεδο ικτύου 4-80 Επίπεδο ικτύου 4-8 0

RIP: Παράδειγµα RIP: Παράδειγµα w x y z Προορ Εποµ Άλµ w - x - z 4 Αγγελία από τον στον w x y z ίκτυο Επόµενος Αριθµός αλµάτων Προορισµού ροµολογητής ως τον προορισµό w y z 7 x - Πίνακας δροµολόγησης στον Επίπεδο ικτύου 4-8 ίκτυο Επόµενος Αριθµός αλµάτων Προορισµού ροµολογητής ως τον προορισµό w y z Α 75 x - Πίνακας δροµολόγησης στον Επίπεδο ικτύου 4-8 RIP: Αστοχία ζεύξεων και ανάκαµψη Εάν ένας δροµολογητής δεν λάβει αγγελία RIP από ένα γείτονα µέσα σε 80 sec, θεωρεί ότι ο γείτονας δεν είναι πλέον προσεγγίσιµος ακυρώνει τις διαδροµές που διέρχονται από το γείτονα στέλνει νέες αγγελίες στους γείτονες οι γείτονες µε τη σειρά τους στέλνουν νέες αγγελίες (εφόσον µεταβληθούν οι πίνακες δροµολόγησής τους) η πληροφορία σχετικά µε την αστοχία διαδίδεται σε ολόκληρο το δίκτυο Επίπεδο ικτύου 4-84 Υλοποίηση RIP στο UNI Η διεργασία route-d στο επίπεδο εφαρµογής διαχειρίζεται τους πίνακες δροµολόγησης RIP ανταλλάσσει αγγελίες µε τις αντίστοιχες διεργασίες στους γείτονες δροµολογητές µέσω UP (αριθµός θύρας 50), οι αγγελίες επαναλαµβάνονται περιοδικά µεταφοράς (UP) (IP) routed πίνακας προώθησης routed πίνακας προώθησης µεταφοράς (UP) (IP) Επίπεδο ικτύου 4-85

Παράδειγµα πίνακα RIP Παράδειγµα πίνακα RIP (συνέχεια) netstat -rn στο δροµολογητή giroflee.eurocom.fr estination Gateway Flags Ref Use Interface -------------------- -------------------- ----- ----- ------ --------- 7.0.0. 7.0.0. UH 0 649 lo0 9.68.. 9.68..5 U fa0 9.55.4. 9.55.4.6 U 5850 le0 9.68.. 9.68..5 U 5 qaa0 4.0.0.0 9.55.4.6 U 0 le0 default 9.55.4.9 UG 0 4454 Τρία συνδεδεµέναδίκτυακλάσης (LNs) Ο δροµολογητής γνωρίζει τις διαδροµές προς τα συνδεδεµένα δίκτυα µόνο Στον προεπιλεγµένο (default) δροµολογητή αποστέλλονται όλα τα datagrams µε προορισµούς που δεν περιέχονται στον πίνακα ροµολόγηση διεύθυνσης multicast: 4.0.0.0 ιεπαφή βρόχου επαναφοράς (loopback interface) (για debugging) 9.68.. 9.55.4. 9.68..5 9.55.4.6 9.55.4.9 fa0 le0 9.68..5 qaa0 9.68.. Επίπεδο ικτύου 4-86 Επίπεδο ικτύου 4-87 OSPF (Open Shortest Path First) open : δηµόσια διαθέσιµο Χρησιµοποιεί έναν αλγόριθµο κατάστασης ζεύξεων (Link State) ιανοµή πακέτων LS Χάρτης τοπολογίας σε κάθε κόµβο Υπολογισµός διαδροµών µε τον αλγόριθµο του ijkstra Μετρική κόστους επιλέγεται από τον διαχειριστή Κάθε αγγελία OSPF µεταφέρει µία καταχώρηση για κάθε γείτονα δροµολογητή Μηνύµατα OSPF HLLO Οι αγγελίες διαδίδονται σε ολόκληρο το ΑΣ (µέθοδος πληµµύρας) Μεταφέρονται µέσα σε µηνύµατα OSPF απευθείας πάνω από IP (χωρίς µεσολάβηση TP ή UP) Επίπεδο ικτύου 4-88 Χαρακτηριστικά του OSPF (που δεν υπάρχουν στο RIP) Ασφάλεια: πιστοποίηση ταυτότητας για όλα τα µηνύµατα OSPF Επιτρέπει πολλαπλές διαδροµές ιδίου κόστους (µόνο µία διαδροµή στοrip) Επιτρέπει πολλαπλές µετρικές κόστους σε κάθε ζεύξη για κάθε είδος υπηρεσίας TOS (π.χ. το κόστος δορυφορικής µικρό για υπηρεσία βέλτιστης προσπάθειας, υψηλό για υπηρεσία πραγµατικού χρόνου) Ενοποιηµένη υποστήριξη unicast και multicast: Το Multicast OSPF (MOSPF) χρησιµοποιεί την ίδια βάση δεδοµένων για την τοπολογία µε το OSPF Ιεραρχικό OSPF σε µεγάλα αυτόνοµα συστήµατα Επίπεδο ικτύου 4-89

Ιεραρχικό OSPF Ιεραρχία OSPF Ιεραρχία δύο επιπέδων: τοπική περιοχή, backbone Επίπεδο ικτύου 4-90 Είδη δροµολογητών: Εσωτερικοί (Internal) Αγγελίες LS στην τοπική περιοχή µόνο κάθε κόµβος έχει λεπτοµερή τοπολογία της περιοχής γνωρίζει µόνο κατεύθυνση (συντοµότερη διαδροµή) προς δίκτυα σε άλλες περιοχές Ορίου περιοχής (rea border): συνοψίζουν τις αποστάσεις προς δίκτυα στη δική τους περιοχή, αναγγέλλουν σε άλλους δροµολογητές ορίου περιοχής Κορµού (ackbone): εκτελούν δροµολόγηση OSPF στο backbone Συνοριακοί (oundary): συνδέονται µε άλλα ΑΣ Επίπεδο ικτύου 4-9