Ειδικά Θέματα Δικτύων ΙΙ Ενότητα 7: Δρομολόγηση κατάστασης ζεύξης (Μέρος 1) Νικολάου Σπύρος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Αυτή η ενότητα πραγματεύεται ζητήματα σχετικά με τη δρομολόγηση κατάστασης ζεύξης. 4
Περιεχόμενα ενότητας Εισαγωγή. Δρομολόγηση κατάστασης ζεύξης. Αλγόριθμος Shortest Path First. Διαδικασία δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης. Απευθείας συνδεδεμένα δίκτυα. Βιβλιογραφία. 5
Δρομολόγηση κατάστασης ζεύξης (Μέρος 1)
Εισαγωγή (1/4) Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης διανυσματικής απόστασης είναι σαν να χρησιμοποιείτε τα οδικά σήματα για να σας καθοδηγήσουν στον προορισμό σας, δίνοντας σας μόνο πληροφορίες σχετικά με την απόσταση και την κατεύθυνση. Ωστόσο, τα πρωτόκολλα δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης είναι σαν να χρησιμοποιείτε χάρτη. Με έναν χάρτη μπορείτε να δείτε όλες τις πιθανές διαδρομές και να καθορίσετε την διαδρομή που επιθυμείτε. 7
Εισαγωγή (2/4) Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης μοιάζουν περισσότερο με έναν οδικό χάρτη διότι δημιουργούν ένα τοπολογικό χάρτη του δικτύου και κάθε δρομολογητής χρησιμοποιεί αυτό τον χάρτη για να καθορίσει την συντομότερη διαδρομή για κάθε δίκτυο. Ακριβώς όπως εμείς θα συμβουλευόμασταν ένα χάρτη για να βρούμε την διαδρομή προς μια άλλη πόλη, οι δρομολογητές κατάστασης ζεύξης χρησιμοποιούν ένα χάρτη για να καθορίσουν την προτιμώμενη διαδρομή για να προσεγγίσουν έναν άλλο προορισμό. 8
Εισαγωγή (3/4) Οι δρομολογητές που τρέχουν ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης στέλνουν πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση των συνδέσεων τους σε άλλους δρομολογητές στην περιοχή δρομολόγησης. Η κατάσταση αυτών των συνδέσεων αναφέρεται στα απευθείας συνδεδεμένα δίκτυα και περιλαμβάνει πληροφορίες σχετικά με τον τύπο του δικτύου και οποιοδήποτε γειτονικό δρομολογητή σε αυτά τα δίκτυα, για αυτό και το όνομα τους είναι πρωτόκολλα δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης. 9
Εισαγωγή (4/4) Ο απώτερος στόχος είναι κάθε δρομολογητής να λαμβάνει όλες τις τα πληροφορίες κατάστασης ζεύξης για όλους τους άλλους δρομολογητές στην περιοχή δρομολόγησης. Με αυτές τις πληροφορίες κατάστασης ζεύξης κάθε δρομολογητής μπορεί να δημιουργήσει τον δικό του τοπολογικό χάρτη του δικτύου και να υπολογίζει ανεξάρτητα την συντομότερη διαδρομή για κάθε δίκτυο. Σε αύτη την ενίοτητα θα αναφερθούμε στα πρωτόκολλα δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης και πιο συγκεκριμένα θα επικεντρωθούμε στο OSPF (Open Shortest Path First). 10
Δρομολόγηση κατάστασης ζεύξης (1/2) Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης είναι επίσης γνωστά ως τα πρωτόκολλα συντομότερης διαδρομής και η δημιουργία τους βασίστηκε γύρω από τον αλγόριθμο SPF (Shortest Path First- πρώτα το μικρότερο μονοπάτι) του Edsger Dijkstra. Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης είναι τα παρακάτω: Το Open Shortest Path First (OSPF). Το Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS). 11
Δρομολόγηση κατάστασης ζεύξης (2/2) Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης φημίζονται ότι είναι πιο περίπλοκα από τα πρωτόκολλα δρομολόγησης διανυσματικής απόστασης. Ωστόσο, δεν είναι καθόλου περίπλοκή η βασική λειτουργικότητα και διαμόρφωση των πρωτοκόλλων δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης. 12
Αλγόριθμος Shortest Path First (1/4) Ο αλγόριθμος του Dijkstra συνήθως αναφέρεται ως αλγόριθμος SPF (Shorter Path First). Ο αλγόριθμος αυτός συσσωρεύει τα κόστη κατά μήκος κάθε διαδρομής, από την πηγή στον προορισμό. Παρά το γεγονός ότι, ο αλγόριθμος του Dijkstra είναι γνωστός ως αλγόριθμος συντομότερης διαδρομής πρώτα, χαρακτηρίζει τον πραγματικό σκοπό του κάθε αλγόριθμου. 13
Αλγόριθμος Shortest Path First (2/4) Στην τοπολογία της παρακάτω εικόνας, κάθε μονοπάτι σημαίνεται με μία αυθαίρετη τιμή για το κόστος του. Το κόστος της συντομότερης διαδρομής για τον δρομολογητή R1 για να στείλει πακέτα μέσω του τοπικού δικτύου που συνδέεται με τον δρομολογητή R3 είναι 13. Παρατηρήστε ότι το κόστος δεν είναι 13 για όλους τους δρομολογητές για να μπορέσουν να φτάσουν τον δρομολογητή R3 μέσω του τοπικού δικτύου. 14
Αλγόριθμος Shortest Path First (3/4) Εικόνα 1: Η τοπολογία. Πηγή: Διδάσκων (2015). 15
Αλγόριθμος Shortest Path First (4/4) Κάθε δρομολογητής καθορίζει το δικό του κόστος για κάθε προορισμό στην τοπολογία. Με άλλα λόγια, κάθε δρομολογητής υπολογίζει τον αλγόριθμο SPF (Sender Policy Framework) και καθορίζει το κόστος από την δική του οπτική γωνία. Γενικά η συντομότερη διαδρομή δεν είναι απαραίτητα η διαδρομή με τον λιγότερο αριθμό αλμάτων αλλά αυτή με το μικρότερο κόστος. 16
Διαδικασία δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης (1/5) Αλλά πως δουλεύει το πρωτόκολλο δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης; Όλοι οι δρομολογητές της τοπολογίας μας θα ολοκληρώσουν την ακόλουθη γενική διαδικασία δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης για να φτάσουν σε μια κατάσταση σύγκλισης: 1. Κάθε δρομολογητής μαθαίνει για τις συνδέσεις του, τα απευθείας συνδεδεμένα δίκτυα του.αυτό γίνεται με την ανίχνευση ότι μια διεπαφή είναι σε στην κατάσταση up. 17
Διαδικασία δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης (2/5) 2. Κάθε δρομολογητής είναι υπεύθυνος για να συναντιέται με τους γειτονικούς δρομολογητές του μέσω των απευθείας συνδεδεμένων δικτύων. Παρόμοια με του EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), οι δρομολογητές κατάστασης ζεύξης το καταφέρνουν αυτό ανταλλάσοντας πακέτα Hello με άλλους δρομολογητές κατάστασης ζεύξης μέσω των απευθείας συνδεδεμένων δικτύων. 18
Διαδικασία δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης (3/5) 3. Κάθε δρομολογητής δημιουργεί ένα πακέτο κατάστασης ζεύξης (LSP) το οποίο περιέχει την κατάσταση των απευθείας συνδεδεμένων συνδέσμων. Αυτό γίνεται με την καταγραφή όλων των σχετικών πληροφοριών σχετικά με κάθε γειτονικό δρομολογητή, συμπεριλαμβανομένου και του αναγνωριστικού, τον τύπο σύνδεσης, και το εύρος ζώνης του. 19
Διαδικασία δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης (4/5) 4. Κάθε δρομολογητής εκπέμπει το πακέτο κατάστασης ζεύξης (LSP) προς όλους τους γειτονικούς δρομολογητές, που οι οποίοι στη συνέχεια αποθηκεύουν όλα τα πακέτα κατάστασης ζεύξης (LSP) σε μια βάση δεδομένων. Οι γειτονικοί δρομολογητές στη συνέχεια εκπέμπουν τα πακέτα κατάστασης ζεύξης προς τους γειτονικούς δρομολογητές τους έως ότου όλοι οι δρομολογητές στην περιοχή να έχουν λάβει τα πακέτα κατάστασης ζεύξης. Κάθε δρομολογητής αποθηκεύει ένα αντίγραφο από κάθε πακέτο κατάστασης ζεύξης που λαμβάνει από τους γειτονικούς δρομολογητές του σε μια τοπική βάση δεδομένων. 20
Διαδικασία δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης (5/5) 5. Κάθε δρομολογητής χρησιμοποιεί τη βάση δεδομένων για να κατασκευάσει ένα πλήρη χάρτη τοπολογίας και υπολογίζει την καλύτερη διαδρομή για κάθε δίκτυο προορισμού. Όπως όταν έχουμε έναν οδικό χάρτη, ο δρομολογητής τώρα έχει έναν πλήρη χάρτη για όλους τους προορισμούς στην τοπολογία και τις διαδρομές για να τους φτάσει. Ο αλγόριθμος SPF χρησιμοποιείται για την κατασκευή του χάρτη της τοπολογίας και τον καθορισμό της καλύτερης διαδρομής για κάθε δίκτυο. 21
Απευθείας συνδεδεμένα δίκτυα (1/2) Η τοπολογία της παρακάτω εικόνας μας δείχνει τις διευθύνσεις δικτύου για κάθε σύνδεση. Κάθε δρομολογητής μαθαίνει για τις συνδέσεις του, δηλαδή τα απευθείας συνδεδεμένα δίκτυα του. Όταν μια διεπαφή κάποιου δρομολογητή ρυθμίζετε με μια διεύθυνση IP και μια μάσκα υποδικτύου, η διεπαφή γίνεται μέρος αυτού του δικτύου. 22
Απευθείας συνδεδεμένα δίκτυα (2/2) Εικόνα 2: Διευθύνσεις δικτύου για κάθε σύνδεση. Πηγή: Διδάσκων (2015). 23
Βιβλιογραφία 1. Doherty, J., Anderson, N., & Maggiora, D. P. (2010). Ο οδηγός της Cisco για τη δικτύωση. Εκδόσεις Κλειδάριθμος, Αθήνα. 2. Comer, E. D. (2007).Δίκτυα και διαδίκτυα υπολογιστών. Εκδόσεις Κλειδάριθμος, Αθήνα. 3. Peterson, L. L. & Davie, S. B. (2009). Δίκτυα υπολογιστών: Μία προσέγγιση απο τη σκοπιά των συστημάτων. Εκδόσεις Κλειδάριθμος, Αθήνα. 4. Comer, E. D. (2001). Διαδίκτυα με TCP/IP: Αρχές, πρωτόκολλα και αρχιτεκτονικές. Εκδόσεις Κλειδάριθμος, Αθήνα. 5. Ράπτης, Β. (2004). Δίκτυα δεδομένων - Θεωρία και εφαρμογές. Εκδότης Ράπτης Βασίλειος. 24
Τέλος Ενότητας
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Νικολάου Σπύρος. «Ειδικά Θέματα Δικτύων ΙΙ». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: 26
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 27
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 28
Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες. Βιβλιογραφικές Πηγές. 29