Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Hálózati réteg4-1 4. fejezet Hálózati réteg A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students,

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Hálózati réteg4-1 4. fejezet Hálózati réteg A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students,"— Előadás másolata:

1 Hálózati réteg fejezet Hálózati réteg A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following:  If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)  If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Computer Networking: A Top Down Approach 4 th edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2007.

2 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg A fejezet célkitűzései: r értsük meg az elveket, amelyeken a hálózati réteg szolgáltatásai alapulnak: m hálózati réteg szolgáltatási modellek m továbbítás (forwarding)  útvonalválasztás (routing) m hogyan működik egy router m routing (útvonalválasztás) m bővíthetőség (scale) m haladó téma: IPv6, mobil r megvalósítás az Internet-ben

3 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

4 Hálózati réteg4-4 Hálózati réteg r szegmens szállítása a küldő host-tól a fogadóig r a küldő fél datagramokba ágyazza be (encapsulate) a szegmenst r a fogadó fél átadja a szegmenst a szállítási rétegnek r hálózati réteg protokollok minden host-ban és routerben r a router megvizsgálja minden rajta áthaladó IP datagram fejlécmezőit alkalmazás szállítás hálózat adatkapcs. fizikai alkalmazás szállítás hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs. fiziaki hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs fizikai hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs fizikai hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs. fizikai hálózat adatkapcs. fizikai

5 Hálózati réteg4-5 2 kulcsfontosságú hálózati réteg funkció r továbbítás (forwarding) : csomag átvitele a router bemenetéről a router megfelelő kimenetére r útvonalválasztás (routing): útvonal meghatározása, amelyet a csomag követ a forrástól a célig m Routing algoritmusok analógia: r útvonalválasztás: kirándulás megtervezése otthonról a célig r továbbítás: egy útkereszteződésen történő áthaladás

6 Hálózati réteg érték az érkező csomag fejlécében útvonalválasztó algoritmus lokális forwarding tábla fejléc érték kimenő k Útvonalválasztás és továbbítás közti kapcsolat

7 Hálózati réteg4-7 Kapcsolatteremtés r 3. fontos funkció egyes hálózati architektúrákban : m ATM, frame relay, X.25 r a datagramok átvitele előtt a két host és az útvonalon levő routerek virtuális kapcsolatot teremtenek m a routerek szerepet kapnak r a hálózati és szállítási réteg kapcsolat-teremtési szolgáltatása m hálózati réteg: két host között m szállítási réteg: két folyamat között

8 Hálózati réteg4-8 Hálózati szolgáltatási modell K: Milyen szolgáltatási modellű a datagramokat a küldőtől a fogadóhoz szállító „csatorna”? Szolgáltatás példák egyes datagramokra: r garantált kézbesítés r garantált kézbesítés kevesebb, mint 40 ms késéssel Szolgáltatás példák datagram folyamokra: r sorrendhelyes datagram kézbesítés r garantált minimális sávszélesség r megkötések a csomagok közti távolság változására

9 Hálózati réteg4-9 Hálózati réteg szolgáltatási modellek: Hálózati architektúra Internet ATM Szolg. modell best effort CBR VBR ABR UBR Sávsz. nincs konstans sávsz. garantált sávsz. garantált minimum nincs Veszt. nem igen nem Sorrend nem igen Idő nem igen nem Torlódási visszajelzés nem(veszésből következtet) nincs torlódás nincs torlódás igen nem Garantál?

10 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

11 Hálózati réteg4-11 Hálózati réteg: kapcsolatalapú és kapcsolat nélküli szolgáltatások r a datagram hálózat kapcsolat nélküli hálózati réteg szolgáltatást biztosít r a virtuális áramkör (VC) hálózat kapcsolat-alapú hálózati réteg szolgáltatást biztosít r hasonló a szállítási réteg szolgáltatásaihoz, de: m szolgáltatás: host-tól host-ig m nincs választás: a hálózat csak egyiket „tudja” m implementálás: a hálózat magjában (core)

12 Hálózati réteg4-12 Virtuális áramkör r kapcsolatteremtés minden hívásra az adatáram kezdete előtt r minden csomag VC azonosítót hordoz (nem cél-host címet) r minden router a forrás-cél útvonalon nyilvántartja az „állapotát” minden rajta áthaladó kapcsolatnak r kapcsolat és router erőforrások (sávszélesség, pufferek) a virtuális áramkörnek oszthatók ki (dedikált erőforrások = megjósolható szolgáltatás) „az útvonal a forrástól a célig hasonlóan viselkedik, mint egy telefonos áramkör” m teljesítmény orientált m hálózati tevékenységek az útvonalon a forrástól a célig

13 Hálózati réteg4-13 VC implementáció Egy virtuális áramkör részei: 1. útvonal a forrástól a célig 2. VC számok, egy szám az útvonal minden kapcsolatának 3. forwarding tábla bemenetek az útvonalon levő routerekben r egy virtuális áramkörhöz tartozó csomag VC számot tartalmaz (nem a cél címét). r a VC szám megváltoztatható minden kapcsolaton. m az új VC szám a forwarding táblából származik

14 Hálózati réteg4-14 Forwarding tábla VC szám interfész szám Bemenő interfész Bemenő VC szám Kimenő interfész Kimenő VC szám … … Forwarding tábla a northwest routerben: A routerek megjegyzik a kapcsolat-állapot információkat

15 Hálózati réteg4-15 Virtuális áramkör: jelző protokollok r virtuális áramkör kapcsolatteremtésre, fenntartásra, bontásra használtak r ATM, frame-relay, X.25 hálózatokban r a mai internetben nem használt alkalmazás szállítás hálózat adatkapcs. fizikai alkalmazás szállítás hálózat adatkapcs. fizikai 1. hívás kezdeményezés 2. bejövő hívás 3. hívás fogadása 4. kapcsolatban 5. adatfolyam kezdete 6. adatok fogadása

16 Hálózati réteg4-16 Datagram hálózatok r nincs kapcsolatteremtés a hálózati réteg szintjén r routerek: nincs állapotinformáció a végpontok közti kapcsolatokról m nincs „kapcsolat” fogalom a hálózati réteg szintjén r a csomagokat a cél címe szerint továbbítja m ugyanazon forrás-cél pár közötti csomagok különböző útvonalon haladhatnak alkalmazás szállítás hálózat adatkapcs. fizikai alkalmazás szállítás network adatkapcs. fizikai 1. adatküldés 2. adatfogadás

17 Hálózati réteg4-17 Forwarding tábla Cél címtartomány Kapcsolat interfész – – – különben 3 4 milliárd lehetséges bemenet

18 Hálózati réteg4-18 Leghosszabb illeszkedő prefix Illeszkedő prefix Kapcsolat interfész különben 3 cím: Példa cím: Melyik interfész?

19 Hálózati réteg4-19 Datagram vagy VC hálózat: miért? Internet (datagram) r adatcsere számítógépek között m „rugalmas” szolgáltatás, nem szükséges szigorú időzítés r „értelmes” végrendszerek (számítógépek) m képesek ellenőrzésre, hibajavításra, stb. m egyszerű a hálózat belseje, komplexitás a peremén r sokféle összekapcsoló közeg m különböző jellemzők m nehéz az egységes szolgáltatás megvalósítása ATM (VC) r a telefonhálózatból fejlődött r (emberi) beszélgetés: m szigorú időzítés, megbízhatóság szükséges m garantált szolgáltatás r „buta” végrendszerek m telefonok m komplexitás a hálózat magjában

20 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

21 Hálózati réteg4-21 Router architektúra áttekintés Két fő funkció: r útvonalválasztó (routing) algoritmusok/protokollok futtatása (RIP, OSPF, BGP) r datagramok továbbítása a bemenő kapcsolatról a kimenőre

22 Hálózati réteg4-22 Bemenő port funkciók Decentralizált kapcsolás: r a datagrambeli cél cím alapján a bemenő port memóriájában levő forwarding táblában megkeresi a kimenő port számát r cél: bemenő portbeli feldolgozás „vonal sebességgel” r sorakozás: ha a datagramok gyorsabban érkeznek, mint a kapcsolómezőbe továbbítás sebessége Fizikai réteg: bit-szintű fogadás Adatkapcsolati réteg: pl. Ethernet lásd 5. fejezet

23 Hálózati réteg4-23 A kapcsolómező (switching fabric) 3 típusa

24 Hálózati réteg4-24 Memórián keresztüli kapcsolás Első generációs routerek: r megszokott számítógépek, kapcsolás a CPU vezérlésével r a csomagot a rendszer memóriájába másolja r a sebességet korlátozza a memória sávszélessége (2 sínhasználat datagramonként) Bemenő port Kimenő port Memória Rendszer sín

25 Hálózati réteg4-25 Sínen keresztüli kapcsolás r a datagram a bemenő port memóriájából egy osztott sínen jut a kimenő port memóriájába r versengés a sínért: a kapcsolás sebességét a sín sávszélessége korlátozza r 32 Gbps sín, Cisco 5600: megfelelő sebesség hozzáférési és vállalati routereknek

26 Hálózati réteg4-26 Összekötő hálózaton (interconnection network) keresztüli kapcsolás r a sín sávszélessége okozta korlátozás kiküszöbölése r Banyan hálózatok, más, eredetileg multiprocesszoros rendszerekben processzorok összekapcsolásához fejlesztett összekötő hálózatok r fejlett : datagramok fix hosszúságú cellákra osztása, cellák továbbítása a kapcsolómezőn keresztül. r Cisco 12000: 60 Gbps-al továbbít az összekötő hálózaton keresztül

27 Hálózati réteg4-27 Kimenő portok r Buffering required when datagrams arrive from fabric faster than the transmission rate r Scheduling discipline chooses among queued datagrams for transmission

28 Hálózati réteg4-28 Output port queueing r buffering when arrival rate via switch exceeds output line speed r queueing (delay) and loss due to output port buffer overflow!

29 Hálózati réteg4-29 How much buffering? r RFC 3439 rule of thumb: average buffering equal to “typical” RTT (say 250 msec) times link capacity C m e.g., C = 10 Gps link: 2.5 Gbit buffer r Recent recommendation: with N flows, buffering equal to RTT C. N

30 Hálózati réteg4-30 Input Port Queuing r Fabric slower than input ports combined -> queueing may occur at input queues r Head-of-the-Line (HOL) blocking: queued datagram at front of queue prevents others in queue from moving forward r queueing delay and loss due to input buffer overflow!

31 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

32 Hálózati réteg4-32 Az Internet hálózati rétege forwarding tábla Hosztok, routerek hálózatiüréteg funkciói: Útválasztó protokollok •útvonal választás •RIP, OSPF, BGP IP protokoll •címzési konvenciók •datagramm formátuma •csomagkezelési konvenciók ICMP protokoll •hiba jelentése •router „jelentkezése” Szállítási réteg: TCP, UDP Adatkapcsolati réteg fizikai réteg Hálózati réteg

33 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

34 Hálózati réteg4-34 IP datagramm formátuma ver length 32 bit data (variable length, typically a TCP or UDP segment) 16-bit identifier header checksum time to live 32 bit source IP address IP protokoll verzió száma fejléc fossza (byte-ok) hátralevő „lépések” max. száma (csökkenti minden router) fragmentálás /összerakás datagramm teljes hossza (byte-oks) fölötte levő réteg protokollja head. len type of service adat „típusa” flgs fragment offset upper layer 32 bit destination IP address Options (if any) Pl. időpecsét, útvonal, érintendő routerek listaja. mennyi a datagramm hossza? r 20 byte TCP fejrész r 20 byte IP fejrész r = 40 byte + alk. réteg adatai

35 Hálózati réteg4-35 IP fragmentálás & összerakás r hálózati kapcsolatokra jellemző a maximális átviteli méret (MTU) – egy adatkapcsolati-réteg keret maximális mérete. m különböző kapcsolattípus, különböző MTU r nagy IP datagramot felossza („fragmentálja”) a hálózat m egy datagrammból több datagramm lesz m csak a célgépen „rakja össze” m IP fejléc biteket használ a fragmentumok azonosítására, sorrend megállapítására fragmentálás: be: egy nagy datagramm ki: 3 kisebb datagramm összerakás

36 Hálózati réteg4-36 IP fragmentálás & összerakás ID =x offset =0 fragflag =0 length =4000 ID =x offset =0 fragflag =1 length =1500 ID =x offset =185 fragflag =1 length =1500 ID =x offset =370 fragflag =0 length =1040 Egy nagy datagrammból több kisebb datagramm Példa r 4000 byte-os datagramm r MTU = 1500 byte 1480 byte az adatmezőben offset = 1480/8

37 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

38 Hálózati réteg4-38 IP címzés: bevezető r IP cím: 32-bites azonosító a hoszt és router interészeknek r interfész: kapcsolat a hoszt /router és a fizikai kapcsolat között m a routereknek jellemzően több interfésze van m egy hoszton általában egy interfész m IP cím tartozik minden interfészhez =

39 Hálózati réteg4-39 Alhálózatok r IP cím: m alhálózati rész (magasabb helyiértékű bitek) m hoszt rész (alacsonyabb helyiértékű bitek) r Mi egy alhálózat ? m azonos alhálózati résszel rendelkező IP című eszköz interfészek m fizikailag el tudják érni egymást router közreműködése nélkül alhálózatból álló hálózat alhálózat

40 Hálózati réteg4-40 Subnets / / /24 Recipe r To determine the subnets, detach each interface from its host or router, creating islands of isolated networks. Each isolated network is called a subnet. Subnet mask: /24

41 Hálózati réteg4-41 Subnets How many?

42 Hálózati réteg4-42 IP addressing: CIDR CIDR: Classless InterDomain Routing m subnet portion of address of arbitrary length m address format: a.b.c.d/x, where x is # bits in subnet portion of address subnet part host part /23

43 Hálózati réteg4-43 IP addresses: how to get one? Q: How does host get IP address? r hard-coded by system admin in a file m Wintel: control-panel->network->configuration- >tcp/ip->properties m UNIX: /etc/rc.config r DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: dynamically get address from as server m “plug-and-play”

44 Hálózati réteg4-44 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Goal: allow host to dynamically obtain its IP address from network server when it joins network Can renew its lease on address in use Allows reuse of addresses (only hold address while connected an “on” Support for mobile users who want to join network (more shortly) DHCP overview: m host broadcasts “DHCP discover” msg m DHCP server responds with “DHCP offer” msg m host requests IP address: “DHCP request” msg m DHCP server sends address: “DHCP ack” msg

45 Hálózati réteg4-45 DHCP client-server scenario A B E DHCP server arriving DHCP client needs address in this network

46 Hálózati réteg4-46 DHCP client-server scenario DHCP server: arriving client time DHCP discover src : , 68 dest.: ,67 yiaddr: transaction ID: 654 DHCP offer src: , 67 dest: , 68 yiaddrr: transaction ID: 654 Lifetime: 3600 secs DHCP request src: , 68 dest:: , 67 yiaddrr: transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs DHCP ACK src: , 67 dest: , 68 yiaddrr: transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs

47 Hálózati réteg4-47 IP addresses: how to get one? Q: How does network get subnet part of IP addr? A: gets allocated portion of its provider ISP’s address space ISP's block /20 Organization /23 Organization /23 Organization /23... ….. …. …. Organization /23

48 Hálózati réteg4-48 Hierarchical addressing: route aggregation “Send me anything with addresses beginning /20” / / /23 Fly-By-Night-ISP Organization 0 Organization 7 Internet Organization 1 ISPs-R-Us “Send me anything with addresses beginning /16” /23 Organization Hierarchical addressing allows efficient advertisement of routing information:

49 Hálózati réteg4-49 Hierarchical addressing: more specific routes ISPs-R-Us has a more specific route to Organization 1 “Send me anything with addresses beginning /20” / / /23 Fly-By-Night-ISP Organization 0 Organization 7 Internet Organization 1 ISPs-R-Us “Send me anything with addresses beginning /16 or /23” /23 Organization

50 Hálózati réteg4-50 IP addressing: the last word... Q: How does an ISP get block of addresses? A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers m allocates addresses m manages DNS m assigns domain names, resolves disputes

51 Hálózati réteg4-51 NAT: Network Address Translation local network (e.g., home network) /24 rest of Internet Datagrams with source or destination in this network have /24 address for source, destination (as usual) All datagrams leaving local network have same single source NAT IP address: , different source port numbers

52 Hálózati réteg4-52 NAT: Network Address Translation r Motivation: local network uses just one IP address as far as outside world is concerned: m range of addresses not needed from ISP: just one IP address for all devices m can change addresses of devices in local network without notifying outside world m can change ISP without changing addresses of devices in local network m devices inside local net not explicitly addressable, visible by outside world (a security plus).

53 Hálózati réteg4-53 NAT: Network Address Translation Implementation: NAT router must: m outgoing datagrams: replace (source IP address, port #) of every outgoing datagram to (NAT IP address, new port #)... remote clients/servers will respond using (NAT IP address, new port #) as destination addr. m remember (in NAT translation table) every (source IP address, port #) to (NAT IP address, new port #) translation pair m incoming datagrams: replace (NAT IP address, new port #) in dest fields of every incoming datagram with corresponding (source IP address, port #) stored in NAT table

54 Hálózati réteg4-54 NAT: Network Address Translation S: , 3345 D: , : host sends datagram to , 80 NAT translation table WAN side addr LAN side addr , , 3345 …… S: , 80 D: , S: , 5001 D: , : NAT router changes datagram source addr from , 3345 to , 5001, updates table S: , 80 D: , : Reply arrives dest. address: , : NAT router changes datagram dest addr from , 5001 to , 3345

55 Hálózati réteg4-55 NAT: Network Address Translation r 16-bit port-number field: m 60,000 simultaneous connections with a single LAN-side address! r NAT is controversial: m routers should only process up to layer 3 m violates end-to-end argument •NAT possibility must be taken into account by app designers, eg, P2P applications m address shortage should instead be solved by IPv6

56 Hálózati réteg4-56 NAT traversal problem r client want to connect to server with address m server address local to LAN (client can’t use it as destination addr) m only one externally visible NATted address: r solution 1: statically configure NAT to forward incoming connection requests at given port to server m e.g., ( , port 2500) always forwarded to port NAT router Client ?

57 Hálózati réteg4-57 NAT traversal problem r solution 2: Universal Plug and Play (UPnP) Internet Gateway Device (IGD) Protocol. Allows NATted host to:  learn public IP address ( )  enumerate existing port mappings  add/remove port mappings (with lease times) i.e., automate static NAT port map configuration NAT router IGD

58 Hálózati réteg4-58 NAT traversal problem r solution 3: relaying (used in Skype) m NATed server establishes connection to relay m External client connects to relay m relay bridges packets between to connections NAT router Client 1. connection to relay initiated by NATted host 2. connection to relay initiated by client 3. relaying established

59 Hálózati réteg4-59 Chapter 4: Network Layer r 4. 1 Introduction r 4.2 Virtual circuit and datagram networks r 4.3 What’s inside a router r 4.4 IP: Internet Protocol m Datagram format m IPv4 addressing m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algorithms m Link state m Distance Vector m Hierarchical routing r 4.6 Routing in the Internet m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast and multicast routing

60 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

61 Hálózati réteg4-61 ICMP: Internet Control Message Protocol r used by hosts & routers to communicate network-level information m error reporting: unreachable host, network, port, protocol m echo request/reply (used by ping) r network-layer “above” IP: m ICMP msgs carried in IP datagrams r ICMP message: type, code plus first 8 bytes of IP datagram causing error Type Code description 0 0 echo reply (ping) 3 0 dest. network unreachable 3 1 dest host unreachable 3 2 dest protocol unreachable 3 3 dest port unreachable 3 6 dest network unknown 3 7 dest host unknown 4 0 source quench (congestion control - not used) 8 0 echo request (ping) 9 0 route advertisement 10 0 router discovery 11 0 TTL expired 12 0 bad IP header

62 Hálózati réteg4-62 Traceroute and ICMP r Source sends series of UDP segments to dest m First has TTL =1 m Second has TTL=2, etc. m Unlikely port number r When nth datagram arrives to nth router: m Router discards datagram m And sends to source an ICMP message (type 11, code 0) m Message includes name of router& IP address r When ICMP message arrives, source calculates RTT r Traceroute does this 3 times Stopping criterion r UDP segment eventually arrives at destination host r Destination returns ICMP “host unreachable” packet (type 3, code 3) r When source gets this ICMP, stops.

63 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

64 Hálózati réteg4-64 IPv6 r Initial motivation: 32-bit address space soon to be completely allocated. r Additional motivation: m header format helps speed processing/forwarding m header changes to facilitate QoS IPv6 datagram format: m fixed-length 40 byte header m no fragmentation allowed

65 Hálózati réteg4-65 IPv6 Header (Cont) Priority: identify priority among datagrams in flow Flow Label: identify datagrams in same “flow.” (concept of“flow” not well defined). Next header: identify upper layer protocol for data

66 Hálózati réteg4-66 Other Changes from IPv4 r Checksum: removed entirely to reduce processing time at each hop r Options: allowed, but outside of header, indicated by “Next Header” field r ICMPv6: new version of ICMP m additional message types, e.g. “Packet Too Big” m multicast group management functions

67 Hálózati réteg4-67 Transition From IPv4 To IPv6 r Not all routers can be upgraded simultaneous m no “flag days” m How will the network operate with mixed IPv4 and IPv6 routers? r Tunneling: IPv6 carried as payload in IPv4 datagram among IPv4 routers

68 Hálózati réteg4-68 Tunneling A B E F IPv6 tunnel Logical view: Physical view: A B E F IPv6 IPv4

69 Hálózati réteg4-69 Tunneling A B E F IPv6 tunnel Logical view: Physical view: A B E F IPv6 C D IPv4 Flow: X Src: A Dest: F data Flow: X Src: A Dest: F data Flow: X Src: A Dest: F data Src:B Dest: E Flow: X Src: A Dest: F data Src:B Dest: E A-to-B: IPv6 E-to-F: IPv6 B-to-C: IPv6 inside IPv4 B-to-C: IPv6 inside IPv4

70 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

71 Hálózati réteg value in arriving packet’s header routing algorithm local forwarding table header value output link Interplay between routing, forwarding

72 Hálózati réteg4-72 u y x wv z Graph: G = (N,E) N = set of routers = { u, v, w, x, y, z } E = set of links ={ (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) } Graph abstraction Remark: Graph abstraction is useful in other network contexts Example: P2P, where N is set of peers and E is set of TCP connections

73 Hálózati réteg4-73 Graph abstraction: costs u y x wv z • c(x,x’) = cost of link (x,x’) - e.g., c(w,z) = 5 • cost could always be 1, or inversely related to bandwidth, or inversely related to congestion Cost of path (x 1, x 2, x 3,…, x p ) = c(x 1,x 2 ) + c(x 2,x 3 ) + … + c(x p-1,x p ) Question: What’s the least-cost path between u and z ? Routing algorithm: algorithm that finds least-cost path

74 Hálózati réteg4-74 Routing Algorithm classification Global or decentralized information? Global: r all routers have complete topology, link cost info r “link state” algorithms Decentralized: r router knows physically- connected neighbors, link costs to neighbors r iterative process of computation, exchange of info with neighbors r “distance vector” algorithms Static or dynamic? Static: r routes change slowly over time Dynamic: r routes change more quickly m periodic update m in response to link cost changes

75 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

76 Hálózati réteg4-76 A Link-State Routing Algorithm Dijkstra’s algorithm r net topology, link costs known to all nodes m accomplished via “link state broadcast” m all nodes have same info r computes least cost paths from one node (‘source”) to all other nodes m gives forwarding table for that node r iterative: after k iterations, know least cost path to k dest.’s Notation:  c(x,y): link cost from node x to y; = ∞ if not direct neighbors  D(v): current value of cost of path from source to dest. v  p(v): predecessor node along path from source to v  N': set of nodes whose least cost path definitively known

77 Hálózati réteg4-77 Dijsktra’s Algorithm 1 Initialization: 2 N' = {u} 3 for all nodes v 4 if v adjacent to u 5 then D(v) = c(u,v) 6 else D(v) = ∞ 7 8 Loop 9 find w not in N' such that D(w) is a minimum 10 add w to N' 11 update D(v) for all v adjacent to w and not in N' : 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 /* new cost to v is either old cost to v or known 14 shortest path cost to w plus cost from w to v */ 15 until all nodes in N'

78 Hálózati réteg4-78 Dijkstra’s algorithm: example Step N' u ux uxy uxyv uxyvw uxyvwz D(v),p(v) 2,u D(w),p(w) 5,u 4,x 3,y D(x),p(x) 1,u D(y),p(y) ∞ 2,x D(z),p(z) ∞ 4,y u y x wv z

79 Hálózati réteg4-79 Dijkstra’s algorithm: example (2) u y x wv z Resulting shortest-path tree from u: v x y w z (u,v) (u,x) destination link Resulting forwarding table in u:

80 Hálózati réteg4-80 Dijkstra’s algorithm, discussion Algorithm complexity: n nodes r each iteration: need to check all nodes, w, not in N r n(n+1)/2 comparisons: O(n 2 ) r more efficient implementations possible: O(nlogn) Oscillations possible: r e.g., link cost = amount of carried traffic A D C B 1 1+e e 0 e A D C B 2+e e 1 A D C B 0 2+e 1+e A D C B 2+e 0 e 0 1+e 1 initially … recompute routing … recompute

81 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

82 Hálózati réteg4-82 Distance Vector Algorithm Bellman-Ford Equation (dynamic programming) Define d x (y) := cost of least-cost path from x to y Then d x (y) = min {c(x,v) + d v (y) } where min is taken over all neighbors v of x v

83 Hálózati réteg4-83 Bellman-Ford example u y x wv z Clearly, d v (z) = 5, d x (z) = 3, d w (z) = 3 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 Node that achieves minimum is next hop in shortest path ➜ forwarding table B-F equation says:

84 Hálózati réteg4-84 Distance Vector Algorithm r D x (y) = estimate of least cost from x to y r Node x knows cost to each neighbor v: c(x,v) r Node x maintains distance vector D x = [D x (y): y є N ] r Node x also maintains its neighbors’ distance vectors m For each neighbor v, x maintains D v = [D v (y): y є N ]

85 Hálózati réteg4-85 Distance vector algorithm (4) Basic idea: r Each node periodically sends its own distance vector estimate to neighbors r When a node x receives new DV estimate from neighbor, it updates its own DV using B-F equation: D x (y) ← min v {c(x,v) + D v (y)} for each node y ∊ N  Under minor, natural conditions, the estimate D x (y) converge to the actual least cost d x (y)

86 Hálózati réteg4-86 Distance Vector Algorithm (5) Iterative, asynchronous: each local iteration caused by: r local link cost change r DV update message from neighbor Distributed: r each node notifies neighbors only when its DV changes m neighbors then notify their neighbors if necessary wait for (change in local link cost or msg from neighbor) recompute estimates if DV to any dest has changed, notify neighbors Each node:

87 Hálózati réteg4-87 x y z x y z ∞∞∞ ∞∞∞ from cost to from x y z x y z 0 from cost to x y z x y z ∞∞ ∞∞∞ cost to x y z x y z ∞∞∞ 710 cost to ∞ ∞ ∞ ∞ time x z y node x table node y table node z table D x (y) = min{c(x,y) + D y (y), c(x,z) + D z (y)} = min{2+0, 7+1} = 2 D x (z) = min{c(x,y) + D y (z), c(x,z) + D z (z)} = min{2+1, 7+0} = 3 32

88 Hálózati réteg4-88 x y z x y z ∞∞∞ ∞∞∞ from cost to from x y z x y z from cost to x y z x y z from cost to x y z x y z ∞∞ ∞∞∞ cost to x y z x y z from cost to x y z x y z from cost to x y z x y z from cost to x y z x y z from cost to x y z x y z ∞∞∞ 710 cost to ∞ ∞ ∞ ∞ time x z y node x table node y table node z table D x (y) = min{c(x,y) + D y (y), c(x,z) + D z (y)} = min{2+0, 7+1} = 2 D x (z) = min{c(x,y) + D y (z), c(x,z) + D z (z)} = min{2+1, 7+0} = 3

89 Hálózati réteg4-89 Distance Vector: link cost changes Link cost changes: r node detects local link cost change r updates routing info, recalculates distance vector r if DV changes, notify neighbors “good news travels fast” x z y 1 At time t 0, y detects the link-cost change, updates its DV, and informs its neighbors. At time t 1, z receives the update from y and updates its table. It computes a new least cost to x and sends its neighbors its DV. At time t 2, y receives z’s update and updates its distance table. y’s least costs do not change and hence y does not send any message to z.

90 Hálózati réteg4-90 Distance Vector: link cost changes Link cost changes: r good news travels fast r bad news travels slow - “count to infinity” problem! r 44 iterations before algorithm stabilizes: see text Poisoned reverse: r If Z routes through Y to get to X : m Z tells Y its (Z’s) distance to X is infinite (so Y won’t route to X via Z) r will this completely solve count to infinity problem? x z y 60

91 Hálózati réteg4-91 Comparison of LS and DV algorithms Message complexity r LS: with n nodes, E links, O(nE) msgs sent r DV: exchange between neighbors only m convergence time varies Speed of Convergence r LS: O(n 2 ) algorithm requires O(nE) msgs m may have oscillations r DV: convergence time varies m may be routing loops m count-to-infinity problem Robustness: what happens if router malfunctions? LS: m node can advertise incorrect link cost m each node computes only its own table DV: m DV node can advertise incorrect path cost m each node’s table used by others •error propagate thru network

92 Hálózati réteg fejezet: Hálózati réteg r 4. 1 Bevezető r 4.2 Virtuális áramkör és datagram hálózatok r 4.3 Mi van egy routerben r 4.4 IP: Internet Protokoll m Datagram formátum m IPv4 címzés m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algoritmusok m Kapcsolat-állapot (Link state) m Távolságvektor m Hierarhikus routing r 4.6 Routing az Internetben m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast és multicast routing

93 Hálózati réteg4-93 Hierarchical Routing scale: with 200 million destinations: r can’t store all dest’s in routing tables! r routing table exchange would swamp links! administrative autonomy r internet = network of networks r each network admin may want to control routing in its own network Our routing study thus far - idealization r all routers identical r network “flat” … not true in practice

94 Hálózati réteg4-94 Hierarchical Routing r aggregate routers into regions, “autonomous systems” (AS) r routers in same AS run same routing protocol m “intra-AS” routing protocol m routers in different AS can run different intra- AS routing protocol Gateway router r Direct link to router in another AS

95 Hálózati réteg4-95 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b Intra-AS Routing algorithm Inter-AS Routing algorithm Forwarding table 3c Interconnected ASes r forwarding table configured by both intra- and inter-AS routing algorithm m intra-AS sets entries for internal dests m inter-AS & Intra-As sets entries for external dests

96 Hálózati réteg4-96 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c Inter-AS tasks r suppose router in AS1 receives datagram dest outside of AS1 m router should forward packet to gateway router, but which one? AS1 must: 1. learn which dests reachable through AS2, which through AS3 2. propagate this reachability info to all routers in AS1 Job of inter-AS routing!

97 Hálózati réteg4-97 Example: Setting forwarding table in router 1d r suppose AS1 learns (via inter-AS protocol) that subnet x reachable via AS3 (gateway 1c) but not via AS2. r inter-AS protocol propagates reachability info to all internal routers. r router 1d determines from intra-AS routing info that its interface I is on the least cost path to 1c. m installs forwarding table entry (x,I) 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c x …

98 Hálózati réteg4-98 Example: Choosing among multiple ASes r now suppose AS1 learns from inter-AS protocol that subnet x is reachable from AS3 and from AS2. r to configure forwarding table, router 1d must determine towards which gateway it should forward packets for dest x. m this is also job of inter-AS routing protocol! 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c x … …

99 Hálózati réteg4-99 Learn from inter-AS protocol that subnet x is reachable via multiple gateways Use routing info from intra-AS protocol to determine costs of least-cost paths to each of the gateways Hot potato routing: Choose the gateway that has the smallest least cost Determine from forwarding table the interface I that leads to least-cost gateway. Enter (x,I) in forwarding table Example: Choosing among multiple ASes r now suppose AS1 learns from inter-AS protocol that subnet x is reachable from AS3 and from AS2. r to configure forwarding table, router 1d must determine towards which gateway it should forward packets for dest x. m this is also job of inter-AS routing protocol! r hot potato routing: send packet towards closest of two routers.

100 Hálózati réteg4-100 Chapter 4: Network Layer r 4. 1 Introduction r 4.2 Virtual circuit and datagram networks r 4.3 What’s inside a router r 4.4 IP: Internet Protocol m Datagram format m IPv4 addressing m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algorithms m Link state m Distance Vector m Hierarchical routing r 4.6 Routing in the Internet m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast and multicast routing

101 Hálózati réteg4-101 Intra-AS Routing r also known as Interior Gateway Protocols (IGP) r most common Intra-AS routing protocols: m RIP: Routing Information Protocol m OSPF: Open Shortest Path First m IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary)

102 Hálózati réteg4-102 Chapter 4: Network Layer r 4. 1 Introduction r 4.2 Virtual circuit and datagram networks r 4.3 What’s inside a router r 4.4 IP: Internet Protocol m Datagram format m IPv4 addressing m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algorithms m Link state m Distance Vector m Hierarchical routing r 4.6 Routing in the Internet m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast and multicast routing

103 Hálózati réteg4-103 RIP ( Routing Information Protocol) r distance vector algorithm r included in BSD-UNIX Distribution in 1982 r distance metric: # of hops (max = 15 hops) D C BA u v w x y z destination hops u 1 v 2 w 2 x 3 y 3 z 2 From router A to subsets:

104 Hálózati réteg4-104 RIP advertisements r distance vectors: exchanged among neighbors every 30 sec via Response Message (also called advertisement) r ech advertisement: list of up to 25 destination nets within AS

105 Hálózati réteg4-105 RIP: Example Destination Network Next Router Num. of hops to dest. wA2 yB2 zB7 x--1 ….…..... w xy z A C D B Routing table in D

106 Hálózati réteg4-106 RIP: Example Destination Network Next Router Num. of hops to dest. wA2 yB2 zB A7 5 x--1 ….…..... Routing table in D w xy z A C D B Dest Next hops w - 1 x - 1 z C 4 …. …... Advertisement from A to D

107 Hálózati réteg4-107 RIP: Link Failure and Recovery If no advertisement heard after 180 sec --> neighbor/link declared dead m routes via neighbor invalidated m new advertisements sent to neighbors m neighbors in turn send out new advertisements (if tables changed) m link failure info quickly (?) propagates to entire net m poison reverse used to prevent ping-pong loops (infinite distance = 16 hops)

108 Hálózati réteg4-108 RIP Table processing r RIP routing tables managed by application-level process called route-d (daemon) r advertisements sent in UDP packets, periodically repeated physical link network forwarding (IP) table Transprt (UDP) routed physical link network (IP) Transprt (UDP) routed forwarding table

109 Hálózati réteg4-109 Chapter 4: Network Layer r 4. 1 Introduction r 4.2 Virtual circuit and datagram networks r 4.3 What’s inside a router r 4.4 IP: Internet Protocol m Datagram format m IPv4 addressing m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algorithms m Link state m Distance Vector m Hierarchical routing r 4.6 Routing in the Internet m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast and multicast routing

110 Hálózati réteg4-110 OSPF (Open Shortest Path First) r “open”: publicly available r uses Link State algorithm m LS packet dissemination m topology map at each node m route computation using Dijkstra’s algorithm r OSPF advertisement carries one entry per neighbor router r advertisements disseminated to entire AS (via flooding) m carried in OSPF messages directly over IP (rather than TCP or UDP

111 Hálózati réteg4-111 OSPF “advanced” features (not in RIP) r security: all OSPF messages authenticated (to prevent malicious intrusion) r multiple same-cost paths allowed (only one path in RIP) r For each link, multiple cost metrics for different TOS (e.g., satellite link cost set “low” for best effort; high for real time) r integrated uni- and multicast support: m Multicast OSPF (MOSPF) uses same topology data base as OSPF r hierarchical OSPF in large domains.

112 Hálózati réteg4-112 Hierarchical OSPF

113 Hálózati réteg4-113 Hierarchical OSPF r two-level hierarchy: local area, backbone. m Link-state advertisements only in area m each nodes has detailed area topology; only know direction (shortest path) to nets in other areas. r area border routers: “summarize” distances to nets in own area, advertise to other Area Border routers. r backbone routers: run OSPF routing limited to backbone. r boundary routers: connect to other AS’s.

114 Hálózati réteg4-114 Chapter 4: Network Layer r 4. 1 Introduction r 4.2 Virtual circuit and datagram networks r 4.3 What’s inside a router r 4.4 IP: Internet Protocol m Datagram format m IPv4 addressing m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algorithms m Link state m Distance Vector m Hierarchical routing r 4.6 Routing in the Internet m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast and multicast routing

115 Hálózati réteg4-115 Internet inter-AS routing: BGP r BGP (Border Gateway Protocol): the de facto standard r BGP provides each AS a means to: 1. Obtain subnet reachability information from neighboring ASs. 2. Propagate reachability information to all AS- internal routers. 3. Determine “good” routes to subnets based on reachability information and policy. r allows subnet to advertise its existence to rest of Internet: “I am here”

116 Hálózati réteg4-116 BGP basics r pairs of routers (BGP peers) exchange routing info over semi-permanent TCP connections: BGP sessions m BGP sessions need not correspond to physical links. r when AS2 advertises prefix to AS1: m AS2 promises it will forward any addresses datagrams towards that prefix. m AS2 can aggregate prefixes in its advertisement 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c eBGP session iBGP session

117 Hálózati réteg4-117 Distributing reachability info r using eBGP session between 3a and 1c, AS3 sends prefix reachability info to AS1. m 1c can then use iBGP do distribute new prefix info to all routers in AS1 m 1b can then re-advertise new reachability info to AS2 over 1b-to-2a eBGP session r when router learns of new prefix, creates entry for prefix in its forwarding table. 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c eBGP session iBGP session

118 Hálózati réteg4-118 Path attributes & BGP routes r advertised prefix includes BGP attributes. m prefix + attributes = “route” r two important attributes: m AS-PATH: contains ASs through which prefix advertisement has passed: e.g, AS 67, AS 17 m NEXT-HOP: indicates specific internal-AS router to next-hop AS. (may be multiple links from current AS to next-hop-AS) r when gateway router receives route advertisement, uses import policy to accept/decline.

119 Hálózati réteg4-119 BGP route selection r router may learn about more than 1 route to some prefix. Router must select route. r elimination rules: 1. local preference value attribute: policy decision 2. shortest AS-PATH 3. closest NEXT-HOP router: hot potato routing 4. additional criteria

120 Hálózati réteg4-120 BGP messages r BGP messages exchanged using TCP. r BGP messages: m OPEN: opens TCP connection to peer and authenticates sender m UPDATE: advertises new path (or withdraws old) m KEEPALIVE keeps connection alive in absence of UPDATES; also ACKs OPEN request m NOTIFICATION: reports errors in previous msg; also used to close connection

121 Hálózati réteg4-121 BGP routing policy r A,B,C are provider networks r X,W,Y are customer (of provider networks) r X is dual-homed: attached to two networks m X does not want to route from B via X to C m.. so X will not advertise to B a route to C A B C W X Y legend : customer network: provider network

122 Hálózati réteg4-122 BGP routing policy (2) r A advertises path AW to B r B advertises path BAW to X r Should B advertise path BAW to C? m No way! B gets no “revenue” for routing CBAW since neither W nor C are B’s customers m B wants to force C to route to w via A m B wants to route only to/from its customers! A B C W X Y legend : customer network: provider network

123 Hálózati réteg4-123 Why different Intra- and Inter-AS routing ? Policy: r Inter-AS: admin wants control over how its traffic routed, who routes through its net. r Intra-AS: single admin, so no policy decisions needed Scale: r hierarchical routing saves table size, reduced update traffic Performance: r Intra-AS: can focus on performance r Inter-AS: policy may dominate over performance

124 Hálózati réteg4-124 Chapter 4: Network Layer r 4. 1 Introduction r 4.2 Virtual circuit and datagram networks r 4.3 What’s inside a router r 4.4 IP: Internet Protocol m Datagram format m IPv4 addressing m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algorithms m Link state m Distance Vector m Hierarchical routing r 4.6 Routing in the Internet m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast and multicast routing

125 Hálózati réteg4-125 R1 R2 R3R4 source duplication R1 R2 R3R4 in-network duplication duplicate creation/transmission duplicate Broadcast Routing r deliver packets from source to all other nodes r source duplication is inefficient: r source duplication: how does source determine recipient addresses?

126 Hálózati réteg4-126 In-network duplication r flooding: when node receives brdcst pckt, sends copy to all neighbors m Problems: cycles & broadcast storm r controlled flooding: node only brdcsts pkt if it hasn’t brdcst same packet before m Node keeps track of pckt ids already brdcsted m Or reverse path forwarding (RPF): only forward pckt if it arrived on shortest path between node and source r spanning tree m No redundant packets received by any node

127 Hálózati réteg4-127 A B G D E c F A B G D E c F (a) Broadcast initiated at A (b) Broadcast initiated at D Spanning Tree r First construct a spanning tree r Nodes forward copies only along spanning tree

128 Hálózati réteg4-128 A B G D E c F (a)Stepwise construction of spanning tree A B G D E c F (b) Constructed spanning tree Spanning Tree: Creation r Center node r Each node sends unicast join message to center node m Message forwarded until it arrives at a node already belonging to spanning tree

129 Multicast Routing: Problem Statement r Goal: find a tree (or trees) connecting routers having local mcast group members m tree: not all paths between routers used m source-based: different tree from each sender to rcvrs m shared-tree: same tree used by all group members Shared tree Source-based trees

130 Approaches for building mcast trees Approaches: r source-based tree: one tree per source m shortest path trees m reverse path forwarding r group-shared tree: group uses one tree m minimal spanning (Steiner) m center-based trees …we first look at basic approaches, then specific protocols adopting these approaches

131 Shortest Path Tree r mcast forwarding tree: tree of shortest path routes from source to all receivers m Dijkstra’s algorithm R1 R2 R3 R4 R5 R6 R i router with attached group member router with no attached group member link used for forwarding, i indicates order link added by algorithm LEGEND S: source

132 Reverse Path Forwarding if (mcast datagram received on incoming link on shortest path back to center) then flood datagram onto all outgoing links else ignore datagram  rely on router’s knowledge of unicast shortest path from it to sender  each router has simple forwarding behavior:

133 Reverse Path Forwarding: example •result is a source-specific reverse SPT –may be a bad choice with asymmetric links R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 router with attached group member router with no attached group member datagram will be forwarded LEGEND S: source datagram will not be forwarded

134 Reverse Path Forwarding: pruning r forwarding tree contains subtrees with no mcast group members m no need to forward datagrams down subtree m “prune” msgs sent upstream by router with no downstream group members R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 router with attached group member router with no attached group member prune message LEGEND S: source links with multicast forwarding P P P

135 Shared-Tree: Steiner Tree r Steiner Tree: minimum cost tree connecting all routers with attached group members r problem is NP-complete r excellent heuristics exists r not used in practice: m computational complexity m information about entire network needed m monolithic: rerun whenever a router needs to join/leave

136 Center-based trees r single delivery tree shared by all r one router identified as “center” of tree r to join: m edge router sends unicast join-msg addressed to center router m join-msg “processed” by intermediate routers and forwarded towards center m join-msg either hits existing tree branch for this center, or arrives at center m path taken by join-msg becomes new branch of tree for this router

137 Center-based trees: an example Suppose R6 chosen as center: R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 router with attached group member router with no attached group member path order in which join messages generated LEGEND

138 Internet Multicasting Routing: DVMRP r DVMRP: distance vector multicast routing protocol, RFC1075 r flood and prune: reverse path forwarding, source-based tree m RPF tree based on DVMRP’s own routing tables constructed by communicating DVMRP routers m no assumptions about underlying unicast m initial datagram to mcast group flooded everywhere via RPF m routers not wanting group: send upstream prune msgs

139 DVMRP: continued… r soft state: DVMRP router periodically (1 min.) “forgets” branches are pruned: m mcast data again flows down unpruned branch m downstream router: reprune or else continue to receive data r routers can quickly regraft to tree m following IGMP join at leaf r odds and ends m commonly implemented in commercial routers m Mbone routing done using DVMRP

140 Tunneling Q: How to connect “islands” of multicast routers in a “sea” of unicast routers?  mcast datagram encapsulated inside “normal” (non-multicast- addressed) datagram  normal IP datagram sent thru “tunnel” via regular IP unicast to receiving mcast router  receiving mcast router unencapsulates to get mcast datagram physical topology logical topology

141 PIM: Protocol Independent Multicast r not dependent on any specific underlying unicast routing algorithm (works with all) r two different multicast distribution scenarios : Dense:  group members densely packed, in “close” proximity.  bandwidth more plentiful Sparse:  # networks with group members small wrt # interconnected networks  group members “widely dispersed”  bandwidth not plentiful

142 Consequences of Sparse-Dense Dichotomy: Dense r group membership by routers assumed until routers explicitly prune r data-driven construction on mcast tree (e.g., RPF) r bandwidth and non- group-router processing profligate Sparse : r no membership until routers explicitly join r receiver- driven construction of mcast tree (e.g., center-based) r bandwidth and non-group- router processing conservative

143 PIM- Dense Mode flood-and-prune RPF, similar to DVMRP but  underlying unicast protocol provides RPF info for incoming datagram  less complicated (less efficient) downstream flood than DVMRP reduces reliance on underlying routing algorithm  has protocol mechanism for router to detect it is a leaf-node router

144 PIM - Sparse Mode r center-based approach r router sends join msg to rendezvous point (RP) m intermediate routers update state and forward join r after joining via RP, router can switch to source-specific tree m increased performance: less concentration, shorter paths R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 join all data multicast from rendezvous point rendezvous point

145 PIM - Sparse Mode sender(s): r unicast data to RP, which distributes down RP-rooted tree r RP can extend mcast tree upstream to source r RP can send stop msg if no attached receivers m “no one is listening!” R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 join all data multicast from rendezvous point rendezvous point

146 Hálózati réteg4-146 Chapter 4: summary r 4. 1 Introduction r 4.2 Virtual circuit and datagram networks r 4.3 What’s inside a router r 4.4 IP: Internet Protocol m Datagram format m IPv4 addressing m ICMP m IPv6 r 4.5 Routing algorithms m Link state m Distance Vector m Hierarchical routing r 4.6 Routing in the Internet m RIP m OSPF m BGP r 4.7 Broadcast and multicast routing


Letölteni ppt "Hálózati réteg4-1 4. fejezet Hálózati réteg A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students,"

Hasonló előadás


Google Hirdetések