Πρωτόκολλα Διαδικτύου

Πανεπιστήμιο Πειραιώς Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων Πρωτόκολλα Διαδικτύου 11 η Διάλεξη Δημοσθένης Κυριαζής Δευτέρα 8 Ιουνίου 2015

Σημερινή διάλεξη Σύνοψη 10ης διάλεξης Επίπεδο δικτύου IPv6 Αλγόριθμοι δρομολόγησης Κατηγοριοποίηση αλγορίθμων Αλγόριθμος Dijsktra Αλγόριθμος Distance Vector Distance Vector: αλλαγές κόστους σύνδεσης Ιεραρχική δρομολόγηση Εργασίες εκτός-ασ Εντός-ΑΣ δρομολόγηση Πρωτόκολλο RIP Πρωτόκολλο OSPF Πρωτόκολλο BGP Εισαγωγή εγγραφής στον πίνακα προώθησης Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 2

Subnets Μεθοδολογία Για τον καθορισμό των subnets, γίνεται αποσύνδεση κάθε διεπαφής από το host ή το router της δημιουργώντας απομονωμένα υποδίκτυα Κάθε απομονωμένο υποδίκτυο ονομάζεται 223.1.1.0/24 223.1.1.1 223.1.1.3 223.1.3.0/24 223.1.2.0/24 223.1.1.2 223.1.2.1 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.3.1 223.1.3.27 223.1.2.2 subnet 223.1.3.2 subnet subnet mask: /24 3

Διευθυνσιοδότηση IP: CIDR CIDR: Classless InterDomain Routing Το subnet κομμάτι της διεύθυνσης είναι αυθαίρετου μήκους Μορφή διεύθυνσης: a.b.c.d/x, όπου x (prefix) είναι ο αριθμός των bits στο κομμάτι subnet της διεύθυνσης subnet part host part 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 4

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Στόχος: Οι host μπορούν δυναμικά να λαμβάνουν τις IP διευθύνσεις τους από το δίκτυο όταν συνδέονται σε αυτό Μπορούν να ανανεώνουν τη «μίσθωση» της διεύθυνσης σε χρήση Επιτρέπει επαναχρησιμοποίηση διευθύνσεων (χρήση διεύθυνσης μόνο κατά τη διάρκεια της σύνδεσης) Υποστήριξη «κινητών» χρηστών Σύνοψη DHCP Ο host αναμεταδίδει μήνυμα DHCP discover [προαιρετικό] Ο DHCP server απαντά με μήνυμα DHCP offer [προαιρετικό] Ο host ζητάει διεύθυνση IP address με μήνυμα DHCP request Ο DHCP στέλνει τη διεύθυνση με μήνυμα DHCP ack Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 5

DHCP: Δεν παρέχει μόνο διευθύνσεις IP DHCP μπορεί επιπλέον να παρέχει Διεύθυνση του πρώτου router για τον πελάτη Όνομα και διεύθυνση IP του DNS sever Network mask (καθορίζει το μέρος της διεύθυνσης: δίκτυο σε σχέση με host) Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 6

NAT: Network Address Translation 2: Ο ΝAT router αλλάζει τη διεύθυνση πηγής του datagram από 10.0.0.1, 3345 σε 138.76.29.7, 5001, και ανανεώνει τον πίνακα 2 Πίνακας αντιστοίχισης NAT Διευθ. στο WAN Διευθ. στο LAN 138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345 S: 138.76.29.7, 5001 D: 128.119.40.186, 80 10.0.0.4 S: 10.0.0.1, 3345 D: 128.119.40.186, 80 1 1: host 10.0.0.1 στέλνει datagram στο 128.119.40.186, 80 10.0.0.1 10.0.0.2 138.76.29.7 S: 128.119.40.186, 80 D: 138.76.29.7, 5001 3 3: Λήψη απάντησης με διεύθυνση προορισμού: 138.76.29.7, 5001 S: 128.119.40.186, 80 D: 10.0.0.1, 3345 4 4: Ο ΝAT router αλλάζει τη διεύθυνση προορισμού του datagram από 138.76.29.7, 5001 σε 10.0.0.1, 3345 10.0.0.3 7

ICMP: Internet Control Message Protocol Χρησιμοποιείται από τους hosts και τους routers για να επικοινωνούν πληροφορία στο επίπεδο δικτύου Αναφορά σφαλμάτων: απρόσιτος host, δίκτυο, πόρτα, πρωτόκολλο αίτηση / απάντηση ηχούς (χρησιμοποιείται από το ping) Επίπεδο δικτύου «πάνω» από το IP Μηνύματα ICMP μεταφέρονται σε IP datagrams ICMP μήνυμα: τύπος, κωδικός και πρώτα 8 bytes του IP datagram που δημιουργούν το σφάλμα Τύπος Κωδικός Περιγραφή 0 0 απάντηση ηχούς (ping) 3 0 απρόσιτο δίκτυο προορισμού 3 1 απρόσιτος host προορισμού 3 2 απρόσιτο πρωτόκολλο προρ. 3 3 απρόσιτη πόρτα προορισμού 3 6 άγνωστο δίκτυο προορισμού 3 7 άγνωστος host προορισμού 4 0 σταμάτημα πηγής (congestion control δε χρησιμ.) 8 0 αίτηση ηχούς (ping) 9 0 διαφήμιση διαδρομής 10 0 εύρεση router 11 0 λήξη TTL 12 0 κακό IP header Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 8

IPv6: Κίνητρο Αρχικό κίνητρο: Το εύρος διευθύνσεων 32-bit σύντομα θα έχει πλήρως χρησιμοποιηθεί Επιπλέον κίνητρα Η μορφή του header συμβάλει στην επιτάχυνση της επεξεργασίας / προώθησης Το header αλλάζει για να επιτρέπει την παροχή εγγυήσεων ποιότητας Μορφή IPv6 datagram Header ορισμένου μήκους 40 byte Δεν επιτρέπεται ο κατακερματισμός Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 10

Μορφή IPv6 datagram priority (traffic class): προσδιορισμός προτεραιοτήτων μεταξύ των datagrams στη «ροή» (μηνύματα με συγκεκριμένη συμπεριφορά) flow label: προσδιορισμός datagrams στην ίδια «ροή» next header: προσδιορισμός πρωτοκόλλου επάνω επιπέδου για τη διαχείριση των δεδομένων ver pri flow label payload len next hdr hop limit διεύθυνση πηγής (128 bits) διεύθυνση προορισμού (128 bits) δεδομένα 32 bits 11

Επιπλέον αλλαγές από το IPv4 checksum: έχει πλήρως διαγραφεί για να μειωθεί ο χρόνος επεξεργασίας σε κάθε σημείο options: επιτρέπονται αλλά εκτός του header, περιλαμβάνονται στο πεδίο Next Header ICMPv6: νέα έκδοση του ICMP Επιπλέον τύποι μηνυμάτων π.χ. πολύ μεγάλο πακέτο Μηνύματα διαχείρισης ομάδων Anycast address: Παράδοση σε ομάδες host (π.χ. mirrors) Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 12

Μετάβαση από το IPv4 στο IPv6 Δε γίνεται αλλαγή όλων των routers ταυτόχρονα Δεν υπάρχουν «αργίες» Πως θα λειτουργεί το δίκτυο με μικτούς IPv4 και IPv6 routers? Σήραγγες (tunneling): Το IPv6 datagram μεταφέρεται ως στο IPv4 datagram μεταξύ των IPv4 routers IPv4 header fields IPv4 source, dest addr IPv6 header fields IPv6 source dest addr UDP/TCP payload IPv4 payload IPv6 datagram IPv4 datagram 13

Tunneling (1/2) Λογική οπτική: A IPv6 B IPv6 Σήραγγα IPv4 που συνδέει IPv6 routers E IPv6 F IPv6 Φυσική οπτική: A B C D E F IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 14

Tunneling (2/2) Λογική οπτική: A IPv6 B IPv6 Σήραγγα IPv4 που συνδέει IPv6 routers E IPv6 F IPv6 Φυσική οπτική: A B C D E F IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 ροή: X πηγή: A προορ.: F δεδομένα πηγή:b προορ.: E ροή: X πηγή: A προορ.: F πηγή:b προορ.: E ροή: X πηγή: A προορ.: F ροή: X πηγή: A προορ.: F δεδομένα δεδομένα δεδομένα A-σε-B: IPv6 B-σε-C: IPv6 μέσα σε IPv4 B-σε-C: IPv6 μέσα σε IPv4 E-σε-F: IPv6 15

Υιοθέτηση IPv6 Εκτίμηση το 2013 από το US National Institutes of Standards ~3% των IP routers ~11% των routers οργανισμών στις ΗΠΑ Μεγάλος χρόνος για εγκατάσταση και χρήση Περισσότερα από 20 χρόνια! Γιατί? Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 16

Αλληλεπίδραση προώθησης και δρομολόγησης Αλγόριθμος δρομολόγησης Τοπικός πίνακας προώθησης Τιμή header Link εξόδου 0100 0101 0111 1001 3 2 2 1 Ο αλγόριθμος δρομολόγησης καθορίζει το ολικό (end-end) μονοπάτι στο δίκτυο Ο πίνακας προώθησης καθορίζει την τοπική προώθηση ανά router Τιμή στο header του πακέτου που λαμβάνεται 0111 1 3 2 18

Αφαίρεση γράφου 5 u 1 Γράφος: G = (N,E) N = σύνολο routers = { u, v, w, x, y, z } 2 v x 2 3 3 1 w y 1 5 2 z E = σύνολο συνδέσεων ={ (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) } Η αφαίρεση γράφου είναι χρήσιμη σε πολλές περιπτώσεις δικτύων, π.χ. P2P, όπου N είναι το σύνολο των peers και E το σύνολο των συνδέσεων TCP Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 19

Κόστη αφαίρεσης u 1 2 5 c(x,x ) = κόστος σύνδεσης (x,x ) π.χ. c(w,z) = 5 v 3 w 5 Το κόστος μπορεί να είναι πάντα 1, ή 2 1 z να σχετίζεται με το bandwidth, 3 ή να σχετίζεται με τη συμφόρηση x y 2 1 Κόστος μονοπατιού (x 1, x 2, x 3,, x p ) = c(x 1,x 2 ) + c(x 2,x 3 ) + + c(x p-1,x p ) Βασική ερώτηση: ποίο είναι το πιο οικονομικό μονοπάτι μεταξύ u και z? Αλγόριθμος δρομολόγησης: βρίσκει το πιο οικονομικό μονοπάτι Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 20

Κατηγοριοποίηση αλγορίθμων δρομολόγησης Παγκόσμια / αποκεντρικοποιημένη πληροφορία Παγκόσμια Όλοι οι routers έχουν πληροφορία για την τοπολογία και τις συνδέσεις αλγόριθμοι link state Αποκεντρικοποιημένη Ο router γνωρίζει τους φυσικά συνδεδεμένους γείτονες και τα κόστη των συνδέσεων με αυτούς Επαναληπτική διαδικασία επεξεργασίας και ανταλλαγής πληροφορίας με τους γείτονες αλγόριθμοι distance vector Στατική / δυναμική Στατική Οι routes αλλάζουν με αργό ρυθμό Δυναμική Οι routes αλλάζουν με πιο γρήγορο ρυθμό Περιοδικές ανανεώσεις Βάσει των αλλαγών στα κόστη των συνδέσεων 21

Αλγόριθμος Link-State Αλγόριθμος του Dijkstra Η τοπολογία του δικτύου και τα κόστη των συνδέσεων είναι γνωστά σε όλους τους κόμβους Επιτυγχάνεται μέσω εκπομπής για το link state Όλοι οι κόμβοι έχουν την ίδια πληροφορία Υπολογίζει το οικονομικότερο μονοπάτι από έναν κόμβο («πηγή») σε όλους τους άλλους κόμβους Παράγει πίνακες προώθησης (forwarding table) για αυτόν τον κόμβο Επαναληπτικό: μετά από k επανάληψης είναι γνωστό το οικονομικότερο μονοπάτι σε k προορισμούς Σύμβολα c(x,y): κόστος μονοπατιού από τον κόμβο x στον y. αν δεν είναι απευθείας γείτονες D(v): τρέχουσα τιμής κόστους μονοπατιού από την πηγή στον προορισμό v p(v): προηγούμενος κόμβος στο μονοπάτι από την πηγή στο v N': σύνολο κόμβων των οποίων το οικονομικότερο μονοπάτι είναι γνωστό 23

Αλγόριθμος Dijsktra 1 Αρχικοποίηση: 2 N' = {u} 3 για όλους τους κόμβους v 4 εάν το v είναι γειτονικό του u 5 τότε D(v) = c(u,v) 6 διαφορετικά D(v) = 7 8 Επανάληψη 9 εύρεση w που δεν είναι στο N' ώστε το D(w) να είναι ελάχιστο 10 προσθήκη w στο N' 11 ενημέρωση D(v) για όλα τα γειτονικά v στο w που δεν είναι στο N': 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 /* το νέο κόστος προς το v είναι είτε το παλιό κόστος στο v ή το 14 γνωστό κόστος για το συντομότερο μονοπάτι στο w 15 συν το κόστος από το w στο v */ 16 μέχρι όλοι οι κόμβοι να είναι στο N' 24

Αλγόριθμος Dijkstra: Παράδειγμα Step 0 1 2 3 4 5 N' D(v) p(v) D(w) p(w) D(x) p(x) D(y) p(y) D(z) p(z) u 7,u 3,u 5,u uw 6,w 5,u 11,w uwx 6,w 11,w 14,x uwxv 10,v 14,x uwxvy 12,y uwxvyz Σημειώσεις: - Δημιουργία δένδρου συντομότερου μονοπατιού με ανάλυση των προηγούμενων κόμβων - Μπορεί να προκύψουν «ισοπαλίες» u 5 3 x w v 4 8 7 3 7 4 y 9 2 z 25

Σημερινή διάλεξη Σύνοψη 10ης διάλεξης Επίπεδο δικτύου Αλγόριθμοι δρομολόγησης Κατηγοριοποίηση αλγορίθμων Αλγόριθμος Dijsktra Αλγόριθμος Distance Vector Distance Vector: αλλαγές κόστους σύνδεσης Ιεραρχική δρομολόγηση Εργασίες εκτός-ασ Εντός-ΑΣ δρομολόγηση Πρωτόκολλο RIP Πρωτόκολλο OSPF Πρωτόκολλο BGP Εισαγωγή εγγραφής στον πίνακα προώθησης Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 26

Εισαγωγή Εξίσωση Bellman-Ford (dynamic programming) εάν d x (y) := κόστος οικονομικότερου μονοπατιού από το x στο y τότε d x (y) = min ν {c (x,v) + d v (y) } κόστος από γείτονα v έως προορισμό y κόστος μέχρι γείτονα v ελάχιστο για όλους τους γείτονες v του x Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 27

Bellman-Ford παράδειγμα u 1 2 5 v x 2 2 1 3 w y 1 3 2 z d v (z) = 5, d x (z) = 3, d w (z) = 3 Βάσει της εξίσωσης B-F d u (z) = min { c(u,v) + d v (z), c(u,x) + d x (z), c(u,w) + d w (z) } = min {2 + 5, 1 + 3, 5 + 3} = 4 Ο κόμβος που επιτυγχάνει το ελάχιστο είναι η επόμενη στάση στο συντομότερο μονοπάτι, χρησιμοποιείται στον πίνακα προώθησης Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 28

Αλγόριθμος Distance Vector (1/3) D x (y) = εκτίμηση του ελάχιστου κόστους από το x στο y Το x διατηρεί διάνυσμα απόστασης D x = [D x (y): y є N ] Κόμβος x Γνωρίζει το κόστος μέχρι κάθε γείτονα: c(x,v) Διατηρεί τα διανύσματα για τους γείτονες του. Για κάθε γείτονα v, ο κόμβος x διατηρεί D v = [D v (y): y є N ] Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 29

Αλγόριθμος Distance Vector (2/3) Βασική ιδέα Ανά τακτά χρονικά διαστήματα κάθε κόμβος στέλνει τις δικές του εκτιμήσεις (διανύσματα) στους γείτονες του Όταν ο x λαμβάνει νέα εκτίμηση από κάποιο γείτονα, ανανεώνει τη δική του απόσταση χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση B-F D x (y) min v {c(x,v) + D v (y)} για κάθε κόμβο y N Μετά από ελάχιστες αλλαγές η εκτίμηση D x (y) προσεγγίζει το πραγματικό ελάχιστο κόστος d x (y) Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 30

Αλγόριθμος Distance Vector (3/3) Επαναληπτικός, ασύγχρονος: κάθε τοπική επανάληψη προκαλείται από Αλλαγή κόστους τοπικής σύνδεσης Μήνυμα αλλαγής διανύσματος από κάποιον γείτονα Κατανεμημένος: Κάθε κόμβος ενημερώνει τους γείτονες μόνο όταν αλλάξει το διάνυσμα του Τότε οι γείτονες ενημερώνουν τους δικούς τους αν χρειάζεται Κάθε κόμβος Περιμένει για (αλλαγές στο κόστος ή μηνύματα από γείτονες) Ξαναυπολογίζει τις εκτιμήσεις Αν έχει αλλάξει το διάστημα προς οποιοδήποτε προορισμό, ενημερώνει τους γείτονες 31

από από από από Πίνακας κόμβου x x y z Κόστος προς x y z 0 2 7 D x (y) = min{c(x,y) + D y (y), c(x,z) + D z (y)} = min{2+0, 7+1} = 2 x y z x y z 0 Κόστος προς 2 3 2 0 1 7 1 0 D x (z) = min{c(x,y) + D y (z), c(x,z) + D z (z)} = min{2+1, 7+0} = 3 Πίνακας κόμβου y x y z Κόστος προς x y z 2 0 1 x 2 y 7 1 z Πίνακας κόμβου z Κόστος προς x y z x y z 7 1 0 χρόνος 32

από από από από από από από από από Πίνακας κόμβου x x y z Πίνακας κόμβου y x y z Κόστος προς x y z 0 2 7 x y z D x (y) = min{c(x,y) + D y (y), c(x,z) + D z (y)} = min{2+0, 7+1} = 2 Κόστος προς 2 0 1 x y z x y z x y z 0 Κόστος προς 2 Κόστος προς x y z 0 2 7 2 0 1 3 2 0 1 7 1 0 7 1 0 x y z x y z Κόστος προς x y z 0 2 3 2 0 1 3 1 0 Κόστος προς x y z 0 2 3 2 0 1 3 1 0 D x (z) = min{c(x,y) + D y (z), c(x,z) + D z (z)} = min{2+1, 7+0} = 3 x 2 y 7 1 z Πίνακας κόμβου z Κόστος προς x y z x y z 7 1 0 x y z Κόστος προς x y z 0 2 7 2 0 1 3 1 0 x y z Κόστος προς x y z 0 2 3 2 0 1 3 1 0 χρόνος 33

Distance Vector: αλλαγές κόστους σύνδεσης (1/2) Αλλαγές κόστους Δημοσίευση αλλαγών: Γρήγορη για θετικές αλλαγές Ο κόμβος εντοπίζει αλλαγή στο κόστος της σύνδεσης Ανανεώνει τη πληροφορία δρομολόγησης, ξαναυπολογίζει το διάνυσμα Εάν αλλάζει ενημερώνει τους γείτονες t 0 : Το y εντοπίζει αλλαγή κόστους, ανανεώνει το διάνυσμα του και ενημερώνει τους γείτονες t 1 : Το z λαμβάνει ενημέρωση από το y, ανανεώνει τον πίνακα του, υπολογίζει νέο ελάχιστο κόστος προς το x, στέλνει το διάνυσμα του στους γείτονες του t 2 : Το y λαμβάνει την ενημέρωση από το z, ανανεώνει τον πίνακα του. Τα ελάχιστα κόστη του y δεν αλλάζουν οπότε δε στέλνει μήνυμα στο z Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 35 x 1 4 y 50 1 z

Distance Vector: αλλαγές κόστους σύνδεσης (2/2) Αλλαγές κόστους Ο κόμβος εντοπίζει αλλαγή στο κόστος της σύνδεσης Αργή δημοσίευση αλλαγών για αρνητικές αλλαγές (μέτρημα ως το άπειρο) 60 x 4 y 50 1 z 44 επαναλήψεις μέχρι τη σταθεροποίηση του αλγόριθμου Αντίστροφο: Εάν το Z δρομολογεί μέσω του Y ώστε να φθάσει στο X (το Ζ λέει στο Υ για την απόσταση του μέχρι το Χ ώστε το Υ να μη δρομολογεί μέσω του Ζ) λύνεται το πρόβλημα? Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 36

Σύγκριση αλγορίθμων LS και DV Πολυπλοκότητα μηνύματος LS: με n κόμβους, E συνδέσεις, O(nE) μηνύματα DV: ανταλλαγή μόνο μεταξύ γειτόνων Ο χρόνος σύγκλισης διαφέρει Ταχύτητα σύγκλισης LS: Αλγόριθμος O(n2) απαιτεί O(nE) μηνύματα Μπορεί να υπάρχουν ταλαντώσεις DV: Ο χρόνος σύγκλισης διαφέρει Μπορεί να υπάρξουν loops δρομολόγησης Πρόβλημα μετρήματος ως το άπειρο Ευρωστία: Τι συμβαίνει αν δε λειτουργεί σωστά ο router? LS DV Ο κόμβος μπορεί να διαφημίσει λάθος κόστος σύνδεσης Κάθε κόμβος υπολογίζει μόνο το δικό του πίνακα Ο κόμβος μπορεί να διαφημίσει λάθος κόστος μονοπατιού Ο πίνακας κάθε κόμβου χρησιμοποιείται από τους άλλους Τα σφάλματα διαδίδονται στο δίκτυο

Εισαγωγή Ως τώρα έχουν γίνει υποθέσεις Όλοι οι router είναι οι ίδιοι Το δίκτυο είναι επίπεδο που δεν ισχύουν! Κλιμάκωση: πάνω από 600 εκατομμύρια προορισμοί Δεν μπορούν να αποθηκευτούν όλοι στους πίνακες δρομολόγησης Η ανταλλαγή πινάκων θα προκαλούσε πρόβλημα στις συνδέσεις! Αυτονομία διαχείρισης Internet = δίκτυο δικτύων Κάθε διαχειριστής δικτύου μπορεί να θέλει να ελέγχει τη δρομολόγηση στο δικό του δίκτυο Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 39

Ιεραρχική δρομολόγηση Συνάθροιση router σε περιοχές, αυτόνομα συστήματα (ΑΣ) Οι router στο ίδιο ΑΣ έχουν το ίδιο πρωτόκολλο δρομολόγησης εντός-ασ πρωτόκολλο δρομολόγησης Οι router σε διαφορετικά ΑΣ εκτελούν διαφορετικά πρωτόκολλα εντός-aσ Gateway router Στο τελικό σημείο του δικού του ΑΣ Έχει σύνδεση με router σε ένα άλλο ΑΣ Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 40

Διασυνδεδεμένα ΑΣ 3c 3a 3b AΣ3 1a 1c 1d 1b Εντός-ΑΣ αλγόριθμος δρομολ. AΣ1 Πίνακας προώθησης 2a Εκτός-AΣ αλγόριθμος δρομολ. 2c AΣ2 2b Ο πίνακας προώθησης ρυθμίζεται τόσο με εντός όσο και με εκτός ΑΣ αλγορίθμους δρομολόγησης Οι εντός-aσ θέτουν εγγραφές για εσωτερικούς προορισμούς Οι εκτός για εξωτερικούς 41

Εργασίες εκτός-ασ Έστω ότι ο router στο ΑΣ1 λαμβάνει ένα datagram που προορίζεται για εκτός του ΑΣ1 άλλα δίκτυα Ο router πρέπει να προωθήσει το πακέτο στο gateway router, αλλά σε ποιόν? 3b 3c AΣ3 3a 1a AΣ1 1c 1d 1b Ο ΑΣ1 πρέπει να Μάθει ποιοι προορισμοί είναι προσβάσιμοι μέσω του ΑΣ2, και μέσω του ΑΣ3 Διαδώσει το παραπάνω σε όλους τους router στο ΑΣ1 Εργασία της δρομολόγησης εκτός-ασ! 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 43

Παράδειγμα: ρύθμιση πίνακα προώθησης router 1d Έστω ότι ο ΑΣ1 μαθαίνει (μέσω εκτός-ασ πρωτοκόλλου) ότι για το υποδίκτυο x μπορεί να έχει πρόσβαση μέσω του AΣ3 (gateway 1c), αλλά όχι μέσω του ΑΣ2 Το πρωτόκολλο εντός-ασ διαδίδει την προσβασιμότητα σε όλους τους εσωτερικούς router Ο router 1d καθορίζει από πληροφορίες δρομολόγησης εντός-ασ ότι η διεπαφή του I είναι στο οικονομικότερο μονοπάτι προς το 1c Εισάγει την εγγραφή (x,i) στον πίνακα προώθησης άλλα δίκτυα 3c 3a 3b AΣ3 1a AΣ1 1c 1d x 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 44

Παράδειγμα: επιλογή μεταξύ πολλαπλών ΑΣ (1/2) Έστω ότι ο ΑΣ1 μαθαίνει από το πρωτόκολλο εκτός-ασ ότι το υποδίκτυο x είναι προσβάσιμο μέσω του ΑΣ3 και όχι μέσω του ΑΣ2 Για τη ρύθμιση του πίνακα προώθησης, ο router 1d πρέπει να καθορίσει ποιος gateway πρέπει να προωθεί τα πακέτα που λαμβάνει προς τον προορισμό x Αυτό είναι επίσης εργασία του πρωτοκόλλου δρομολόγησης εκτός-ασ! άλλα δίκτυα 3c 3a 3b AΣ3 1a AΣ1 1c 1d x? 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα 45

Παράδειγμα: επιλογή μεταξύ πολλαπλών ΑΣ (2/2) Έστω ότι ο ΑΣ1 μαθαίνει από το εκτός-ασ πρωτόκολλο ότι το υποδίκτυο x είναι προσβάσιμο και από το ΑΣ3 και από το ΑΣ2 Για τη ρύθμιση του πίνακα προώθησης, ο router 1d πρέπει να καθορίσει ποιος gateway θα προωθεί τα πακέτα στον προορισμό x Αυτό είναι επίσης εργασία του εκτός-ασ πρωτοκόλλου δρομολόγησης! Πρόβλημα δρομολόγησης hot potato: αποστολή πακέτου στον κοντινότερο από τους 2 routers Γνώση από εκτός-ασ πρωτοκόλλου ότι το υποδίκτυο x είναι προσβάσιμο από πολλαπλά gateways Χρήση πληροφορίας δρομολ. από εντός-ασ πρωτόκολλο για τον καθορισμό μονοπατιών ελάχιστου κόστους προς κάθε gateway Δρομολόγηση hot potato: επιλογή του gateway με το ελάχιστο κόστος Καθορισμός από τον πίνακα προώθησης της διεπαφής I που οδηγεί στο gateway ελάχιστου κόστους. Εισαγωγή (x,i) στον πίνακα προώθησης Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 46

Εντός-ΑΣ δρομολόγηση Γνωστό και ως interior gateway protocols (IGP) Τα πιο διαδεδομένα πρωτόκολλα για εντός-ασ δρομολόγηση RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary) Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 48

RIP (Routing Information Protocol) Στο BSD-UNIX distribution το 1982 Αλγόριθμος distance vector Μετρική απόστασης: αριθμός στάσεων (μέγιστο = 15), κάθε σύνδεση έχει κόστος 1 Τα διανύσματα ανταλλάσσονται με τους γείτονες κάθε 30 sec (διαφήμιση) Κάθε διαφήμιση: λίστα με μέχρι 25 υποδίκτυα προορισμού z u A C B D v y w x Από router A σε υποδίκτυα προορισμού υποδίκτυο στάσεις u 1 v 2 w 2 x 3 y 3 z 2 49

Παράδειγμα RIP (1/2) w x y A D B z C Πίνακας δρομολόγησης στο router D Υποδίκτυο προορισμού Επόμενος router Αρ. στάσεων μέχρι προορισμό w A 2 y B 2 z B 7 x -- 1..... Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 50

Παράδειγμα RIP (2/2) Διαφήμιση A-σε-D Προορ. Επομ. Στάσεις w - 1 x - 1 z C 4.... w x y A D B z C Πίνακας δρομολόγησης στο router D Υποδίκτυο προορισμού Επόμενος router Αρ. στάσεων μέχρι προορισμό w A 2 y B 2 z B A 5 7 x -- 1.....

RIP: Αποτυχία σύνδεσης, διόρθωση Αν δεν υπάρχει διαφήμιση μετά από 180 sec --> γείτονας/σύνδεση θεωρούνται νεκρά Οι διαδρομές μέσω του γείτονα ακυρώνονται Νέες διαφημίσεις στέλνονται στους γείτονες Οι γείτονες στη συνέχεια στέλνουν νέες διαφημίσεις (εάν έχουν αλλάξει οι πίνακες) Οι αποτυχίες συνδέσεων διαδίδονται γρήγορα σε όλο το δίκτυο Αντίστροφη προσέγγιση χρησιμοποιείται για την αποφυγή ping-pong loops (άπειρη απόσταση = 16 στάσεις) Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 52

OSPF (Open Shortest Path First) open : δημόσια διαθέσιμο Χρησιμοποιεί αλγόριθμο link state Προώθηση πακέτων LS Πίνακας τοπολογίας σε κάθε κόμβο Η διαδρομή υπολογίζεται με τον αλγόριθμο Dijkstra Η διαφήμιση OSPF έχει μια εγγραφή ανά γείτονα Οι διαφημίσεις κατακλύζουν ολόκληρο το ΑΣ Σε μηνύματα OSPF απευθείας πάνω από το IP (και όχι με TCP ή UDP) Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 55

OSPF προηγμένες λειτουργίες (όχι στο RIP) Ασφάλεια: όλα τα μηνύματα OSPF επικυρώνονται Επιτρέπονται πολλαπλά ίδιου κόστους μονοπάτια (στο RIP μόνο 1 μονοπάτι) Για κάθε σύνδεση υπάρχουν πολλαπλές μετρικές κόστους για διαφορετικές απαιτήσεις (π.χ. κόστος δορυφορικής σύνδεσης είναι χαμηλό για best effort ToS, και υψηλό για real time) Υποστήριξη multicast μέσω Multicast OSPF (MOSPF) Ιεραρχικό OSPF σε μεγάλη κλίμακα Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 56

Ιεραρχικό OSPF (1/2) Συνοριακοί router περιοχής Ραχοκοκαλιά Συνοριακοί router Router ραχοκοκαλιάς Περιοχή 3 Περιοχή 1 Περιοχή 2 Εσωτερικοί router 57

Ιεραρχικό OSPF (2/2) Ιεραρχία 2 επιπέδων: τοπική περιοχή, ραχοκοκαλιά (backbone) Διαφημίσεις link-state μόνο στην τοπική περιοχή Κάθε κόμβος έχει λεπτομερή τοπολογία περιοχής και γνωρίζει μόνο την κατεύθυνση (συντομότερο μονοπάτι) προς δίκτυα σε άλλες περιοχές Συνοριακοί router περιοχής: συνοψίζουν τις αποστάσεις προς δίκτυα στις περιοχές τους και διαφημίζουν προς άλλους συνοριακούς router περιοχής Router ραχοκοκαλιάς (backbone): εκτελούν δρομολόγηση OSPF που περιορίζεται στο backbone Συνοριακοί router: συνδέονται σε router άλλων ΑΣ Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 58

Δρομολόγηση εκτός-ασ: BGP BGP (Border Gateway Protocol): Το de facto πρωτόκολλο δρομολόγησης μεταξύ domain η κόλλα που διατηρεί το Internet Το BGP προσφέρει σε κάθε ΑΣ έναν τρόπο ώστε να: ebgp: λαμβάνει προσβασιμότητα υποδικτύων από γειτονικά ΑΣ ibgp: διαδίδει πληροφορίες προσβασιμότητας σε όλους τους εσωτερικούς router Καθορίζει καλές διαδρομές προς άλλα δίκτυα βάσει της πληροφορίας προβασιμότητας και πολιτικών Επιτρέπει σε ένα υποδίκτυο (subnet) να διαφημίζει την ύπαρξη του στο υπόλοιπο Internet! Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 60

Βασικά στοιχεία BGP BGP session: 2 BGP routers ( peers ) ανταλλάσσουν μηνύματα BGP Διαφημίζουν μονοπάτια σε prefixes (άρα subnet ή πολλά subnets) διαφορετικών δικτύων προορισμού (πρωτόκολλο διανύσματος μονοπατιού - path vector ) Ανταλλάσσονται με συνδέσεις TCP Όταν το ΑΣ3 διαφημίζει ένα prefix στο ΑΣ1 Το ΑΣ3 υπόσχεται να προωθεί datagrams προς αυτό το prefix Το ΑΣ3 μπορεί να συναθροίσει prefixes στη διαφήμιση του άλλα δίκτυα 3b 3c ΑΣ3 3a 1a AΣ1 BGP μήνυμα 1c 1d 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 61

Βασικά στοιχεία BGP: Διανομή πληροφορίας μονοπατιού Με χρήση ebgp μεταξή 3a και 1c, το ΑΣ3 στέλνει πληροφορία προσβασιμότητας prefix στο ΑΣ1 Το 1c μπορεί στη συνέχει να χρησιμοποιήσει ibgp για τη διανομή νέας πληροφορίας prefix σε όλους τους router στο ΑΣ1 Το 1b μπορεί να επανα-διαφημίσει νέα πληροφορία διαφήμισης στο ΑΣ2 μέσω του 1b-σε-2a ebgp session Όταν ο router μαθαίνει για το νέο prefix, δημιουργεί εγγραφή για αυτό το prefix στο δικό του πίνακα προώθησης άλλα δίκτυα 3b 3a AΣ3 1a AΣ1 1c 1d ebgp session ibgp session 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 62

Ιδιότητες μονοπατιού και διαδρομές BGP Το διαφημισμένο prefix περιλαμβάνει ιδιότητες BGP prefix + ιδιότητες = διαδρομή 2 σημαντικές ιδιότητες AS-PATH: περιλαμβάνει τα ΑΣ μέσω των οποίων έχει περάσει η διαφήμιση του prefix (π.χ. AS 67, AS 17) ώστε να αποφεύγονται τα loops (αν κάποιος router δει ότι το AΣ του περιλαμβάνεται απορρίπτει τη διαφήμιση) NEXT-HOP: η διεπαφή του router για το AS-PATH. Yποδεικνύει συγκεκριμένο εσωτερικό ΑΣ router για το ΑΣ επόμενης στάσης (μπορεί να υπάρχουν πολλαπλές συνδέσεις από το συγκεκριμένο ΑΣ προς το ΑΣ επόμενης στάσης) Ο gateway router που λαμβάνει διαφήμιση διαδρομής χρησιμοποιεί πολιτικές λήψεις για αποδοχή / απόρριψη π.χ. μη δρομολογείς μέσω του ΑΣx δρομολόγηση βάσει πολιτικών Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 63

BGP επιλογή διαδρομής Ο router μπορεί να μάθει για παραπάνω από 1 διαδρομές μέχρι το ΑΣ προορισμού Επιλέγει βάσει Τοπικών ιδιοτήτων προτίμησης: απόφαση πολιτικής Συντομότερο AS-PATH Πλησιέστερο NEXT-HOP router: hot potato δρομολόγηση Επιπλέον κριτήρια Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 64

Μηνύματα BGP Τα μηνύματα BGP ανταλλάσσονται μεταξύ peers με σύνδεση TCP Μηνύματα BGP OPEN: έναρξη σύνδεσης TCP στον peer και εξακρίβωση στοιχείων αποστολέα UPDATE: διαφήμιση νέου μονοπατιού (ή απόσυρση παλιού) KEEPALIVE: διατηρεί τη σύνδεση ανοιχτή αν δεν υπάρχουν UPDATE, επίσης αποστέλλει ACK για αιτήσεις OPEN NOTIFICATION: αναφέρει σφάλματα σε προηγούμενα μηνύματα, επίσης χρησιμοποιείται για τερματισμό σύνδεσης Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 65

Πως εισάγεται μια εγγραφή στον πίνακα προώθησης? (1/2) εγγραφή Αλγόριθμοι δρομολόγησης Τοπικός πίνακας προώθ. prefix Εξ. πόρτα 138.16.64/22 124.12/16 212/8.. 3 2 4 Υπόθεση ότι το prefix είναι σε ένα άλλο ΑΣ IP Προορ. 3 2 1 67

Πως εισάγεται μια εγγραφή στον πίνακα προώθησης? (2/2) Σύνοψη Ο router μαθαίνει για το prefix Ο router καθορίζει την πόρτα εξόδου για το prefix Ο router εισάγει εγγραφή prefix-πόρτα στον πίνακα προώθησης Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 68

Ο router γνωρίζει το prefix άλλα δίκτυα 3b 3c AΣ3 3a 1a AΣ1 BGP μήνυμα 1c 1d 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Το μήνυμα BGP περιλαμβάνει διαδρομές Η διαδρομή είναι ένα prefix και ιδιότητες: AS-PATH, NEXT- HOP, Παράδειγμα διαδρομής Prefix:138.16.64/22; AS-PATH: AΣ3 AΣ131; NEXT-HOP: 201.44.13.125 Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 69

Ο router μπορεί να λάβει πολλαπλές διαδρομές άλλα δίκτυα 3b 3c AΣ3 3a 1a AΣ1 BGP μήνυμα 1c 1d 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Ο router μπορεί να λάβει πολλαπλές διαδρομές για το ίδιο prefix Πρέπει να επιλέξει μια διαδρομή Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 70

Επιλογή καλύτερης διαδρομής BGP προς το prefix Ο router επιλέγει διαδρομή βάσει του συντομότερου AS-PATH Παράδειγμα επιλογή AS2 AS17 προς 138.16.64/22 AS3 AS131 AS201 προς 138.16.64/22 Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 71

Εύρεση καλύτερης εσωτερικήςδιαδρομής προς τη BGP διαδρομή Χρήση της ιδιότητας NEXT-HOP της επιλεγμένης διαδρομής Η ιδιότητα NEXT-HOP της διαδρομής είναι η διεύθυνση IP της διεπαφής του router που ξεκινάει το AS PATH Παράδειγμα AS-PATH: AS2 AS17; NEXT-HOP: 111.99.86.55 Ο router χρησιμοποιεί OSPF (εντός-ασ) για να βρει το συντομότερο μονοπάτι από το 1c στο 111.99.86.55 άλλα δίκτυα 3c 3a 3b AΣ3 1a AΣ1 1c 1d 111.99.86.55 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 72

Ο router αναγνωρίζει την πόρτα προς τη διαδρομή Προσδιορίζει την πόρτα και το συντομότερο μονοπάτι OSPF Προσθέτει την εγγραφή prefix-πόρτα στον πίνακα προώθησης του (138.16.64/22, πόρτα 4) άλλα δίκτυα 3b 3c AΣ3 3a 1a AΣ1 1 1c 4 2 3 1d πόρτα router 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 73

Δρομολόγηση Hot Potato Έστω ότι υπάρχουν 2 ή περισσότερες καλύτερες διαδρομές Επιλογή διαδρομής με το πλησιέστερο NEXT-HOP Χρήση του OSPF για τον καθορισμό του πλησιέστερου gateway Π.χ. Από 1c, επιλογή AS3 AS131 ή AS2 AS17? Διαδρομή AS3 AS201 καθώς είναι η πλησιέστερη 3c άλλα δίκτυα 3b 3a AΣ3 1a AΣ1 1c 1d 1b 2a AΣ2 2c 2b άλλα δίκτυα 74

Σύνοψη Εισαγωγή εγγραφής στον πίνακα προώθησης Ο router μαθαίνει για το prefix Μέσω διαφημίσεων BGP διαδρομών από άλλους router Ο router καθορίζει την πόρτα εξόδου για το prefix Χρήση BGP επιλογής διαδρομής για την εύρεση της καλύτερης εκτός-ασ διαδρομής Χρήση OSPF για την εύρεση της καλύτερης εντός-ασ διαδρομής που οδηγεί στην καλύτερη εκτός-ασ διαδρομή Ο router προσδιορίζει την πόρτα για αυτή την καλύτερη διαδρομή Ο router εισάγει εγγραφή prefix-πόρτα στον πίνακα προώθησης Πρωτόκολλα Διαδικτύου, 11η Διάλεξη 75