Spring 2000CS 4611 Forgalomirányítás Vázlat Algoritmusok Tervezhetőség (scalability)

Az előadások a következő témára: "Spring 2000CS 4611 Forgalomirányítás Vázlat Algoritmusok Tervezhetőség (scalability)"— Előadás másolata:

1 Spring 2000CS 4611 Forgalomirányítás Vázlat Algoritmusok Tervezhetőség (scalability)

2 Spring 2000CS 4612 Áttekintés Továbbítás, forgalomirányítás –továbbítás: a kimenő port és a következő router kiválasztása a rendeltetési címnek megfelelően a továbbító (routing) táblából –forgalomirányítás: routing tábla kialakítása Hálózatok gráf modellje Probléma: keressük meg a legkisebb költségű utat két csúcs között Figyelembe veendő tényezők: –statikus: topológia (?) –dinamikus: a vonalak terheltsége (load)

3 Spring 2000CS 4613 Távolság Vektor Minden csúcs nyilvántartja a következő hármasok (becslések (updates)) halmazát: –(rendeltetés, költség, következő csúcs (NextHop)) A direkt összekötött szomszédok átadják egymásnak az aktuális becsléseiket (updates) a következő módon: –periódikusan ( a periódus néhány másodperc nagyságrendű) –ha a becslés megváltozik (előidézett (triggered) update) Minden átadott információ (update) a következő párokból álló lista: –( rendeltetés, költség) Felülírja a lokális táblát, ha jobb irányt (route) kap –kisebb a költség –a következő (next hop) routertől érkezik Frissíti az irányítást; törli az irányítást, ha lejár az időzítő

4 Spring 2000CS 4614 Példa Destination Cost NextHop A 1 A C 1 C D 2 C E 2 A F 2 A G 3 A

5 Spring 2000CS 4615 Irányítási hurok (loop) Example 1 –F detects that link to G has failed –F sets distance to G to infinity and sends update t o A –A sets distance to G to infinity since it uses F to reach G –A receives periodic update from C with 2-hop path to G –A sets distance to G to 3 and sends update to F –F decides it can reach G in 4 hops via A Example 2 –link from A to E fails –A advertises distance of infinity to E –B and C advertise a distance of 2 to E –B decides it can reach E in 3 hops; advertises this to A –A decides it can read E in 4 hops; advertises this to C –C decides that it can reach E in 5 hops…

6 Spring 2000CS 4616 Hurkok kialakulásának elkerülése (heurisztikus meggondolások) Legyen a végtelen 16 Tegyünk különbséget a környezők között (Split horizon) Tegyünk különbséget a környezők között az üzenet (update) szándékos torzításával (poison reverse)

7 Spring 2000CS 4617 Kapcsolatállapot (Link State) Stratégia –minden csúcs minden csúcshoz (nem csak a szomszédosakhoz) információt küld a direkt kapcsolódásairól (directly connected links) (nem a teljes routing táblát küldi) Link State Packet (LSP) –az LSP-t létrehózó csúcs azonosítója (id) –a közvetlen kapcsolódó szomszédok felé a linkek költsége –számláló (sequence number) (SEQNO) –a csomag (LSP) élettertamt (time-to-live (TTL))

8 Spring 2000CS 4618 Kapcsolatállapot (folytatás) Megbízható elárasztás (flooding) –tárolja a legutolsó LSP-t minden csúcstól –továbbítja minden a küldőtől különböző szomszédos csúcsnak az LSP-t –minden csúcs periódikusan új LSP-t hoz létre növeli a SEQNO értékét – SEQNO 0 értékről indul rendszerinduláskor –csökkenti a TTL értékét minden tárolt LSP-re törli a LSP-t ha TTL=0

9 Spring 2000CS 4619 Az irány számítása Dijkstra féle legrövidebb út algoritmus Legyen: –N denotes set of nodes in the graph –l (i, j) denotes non-negative cost (weight) for edge (i, j) –s denotes this node –M denotes the set of nodes incorporated so far –C(n) denotes cost of the path from s to node n M = {s} for each n in N - {s} C(n) = l(s, n) while (N != M) M = M union {w} such that C(w) is the minimum for all w in (N - M) for each n in (N - M) C(n) = MIN(C(n), C (w) + l(w, n ))

10 Spring 2000CS 46110 Metrikák Eredeti ARPANET metrika –measures number of packets enqueued on each link –took neither latency or bandwidth into consideration New ARPANET metric –stamp each incoming packet with its arrival time ( AT ) –record departure time ( DT ) –when link-level ACK arrives, compute Delay = (DT - AT) + Transmit + Latency –if timeout, reset DT to departure time for retransmission –link cost = average delay over some time period Fine Tuning –compressed dynamic range –replaced dynamic with link utilization

11 Spring 2000CS 46111 Hogyan tehetjük a routingot tervezhetővé (scale) Egysíkú (flat) szemben a hierarchikus címzéssel Hierarchikus címtér gyenge hatékonyságú kihasználása –C osztály 2 hoszttal (2/255 = 0.78% hatékonyság) –B osztály 256 hoszttal (256/65535 = 0.39% hatékonyság) Még mindig túl sok a nyilvántartott hálózat valamely routernél –routing tábla nem hatékony (do not scale) –Az irányok terjesztéséhez a protokollok nem tervezhető jól (do not scale)

12 Spring 2000CS 46112 Internet jellegzetes szerkezete Legutóbbi múlt NSFNET backbone Stanford BARRNET regional Berkeley P ARC NCAR UA UNM Westnet regional UNL KU ISU MidNet regional …

13 Spring 2000CS 46113 Internet jellegzetes szerkezete Mai állapot Backbone service provider Peering point Peering point Large corporation Small corporation “ Consumer ” ISP “Consumer” ISP “ Consumer” ISP

14 Spring 2000CS 46114 Alhálózatok kialakítása (subnetting) Adjunk egy további szintet a cím/irányítás hierarchiához: alhálózat Subnet maskok definiálják a változó hoszt részt a címben Subnetek csak egy hálózati részben (site) láthatók Network numberHost number Class B address Subnet mask (255.255.255.0) Subnetted address 11111111111111111111111100000000 Network numberHost IDSubnet ID

15 Spring 2000CS 46115 Alhálózat Példa Forwarding table at router R1 Subnet Number Subnet Mask Next Hop 128.96.34.0 255.255.255.128 interface 0 128.96.34.128 255.255.255.128 interface 1 128.96.33.0 255.255.255.0 R2 Subnet mask: 255.255.255.128 Subnet number: 128.96.34.0 128.96.34.15 128.96.34.1 H1 R1 128.96.34.130 Subnet mask: 255.255.255.128 Subnet number: 128.96.34.128 128.96.34.129 128.96.34.139 R2 H2 128.96.33.1 128.96.33.14 Subnet mask: 255.255.255.0 Subnet number: 128.96.33.0 H3

16 Spring 2000CS 46116 Továbbító Algoritmus D = destination IP address for each entry (SubnetNum, SubnetMask, NextHop) D1 = SubnetMask & D if D1 = SubnetNum if NextHop is an interface deliver datagram directly to D else deliver datagram to NextHop default router alkalmazása, ha egyik irány sem alkalmas nem szükséges, hogy az 1-esek a subnet maskban folytonosak legyenek (?) valamely fizikai hálózathoz több subnet is rendelhető a subnet-ek az Internet többi része felé nem láthatóak

17 Spring 2000CS 46117 Szuper hálózatok (Supernetting) Jelöljük ki network számok folytonos blokkját a közeli hálózatokhoz CIDR-nek hívják: Classless Inter-Domain Routing Reprezentáljuk a blokkot a következő párral (first_network_address, count) Szűkítsük le a blokkok méretét 2 hatványokra Használjunk bit maszkokat (CIDR maszk) blokkméret megadásához Minden routernek kezelni kell tudni a CIDR címeket

18 Spring 2000CS 46118 Irányok terjesztése A következők ismertek egy ügyes router számára –hosztok ismerik a lokális routereket –lokális routerek ismerik a nagyobb egység (site) routereit –a nagyobb egység routerei ismerik a gerinc (core) routereket –a gerinc (core) routerek mindent ismernek Autonóm Rendszerek (AS) –egy adminisztratív tartománynak felelnek meg –példa: egyetem, cég, gerinc hálózat –minden AS-t 16-bit hosszúságú azonosító azonosít Kétszintű irányterjesztési hierarchia –interior gateway protocol (minden AS maga dönti el, hogy melyiket) –exterior gateway protocol (Internet szintű standard)

19 Spring 2000CS 46119 Népszerű Interior Gateway Protokollok RIP: Route Information Protocol –XNS számára fejlesztették ki –a Unix rendszerrel terjesztik –a távolság vektor algoritmus az alapja –a metrika a hop-ok száma OSPF: Open Shortest Path First –jelenlegi Internet szabvány –a kapcsolat állapot algoritmust alklamazza –támogatja a terheléskiegyenlítést –támogatja a hitelesítést

20 Spring 2000CS 46120 EGP: Exterior Gateway Protocol Áttekintés –fa struktúrájú Internethez tervezték –az elérhetőséget veszi figyelembe, nem az optimális irányt Protokoll üzenetek: –Szomszéd megszerzése: az egyik router kéri, hogy egy másik router legyen vele azonos rangú (peer); azonos rangúak elérhetőségi információt cserélnek –Szomszéd elérhetősége: valamely router periódikusan ellenőrzi, hogy a másik még mindig elérhető-e; HELLO/ACK üzeneteket váltanak; használják a „k-out- of-n” szabályt –Routing updates: egyenrangúak periódikusan kicserélik routing tábláikat (distance-vector)

21 Spring 2000CS 46121 BGP-4: Border Gateway Protocol AS Típusok –ág (stub) AS: egyszeresen kapcsolódik egy valamely más AS-hez csak lokális forgalmat bonyolít –multihomed AS: egynél több AS-hez csatlakozik elutasítja a tranzit forgalom kezelését –tranzit AS: egynél több AS-hez csatlakozik mind lokális, mind tranzit forgalmat bonyolít Minden AS-nek van : –egy vagy több határ (border) routere –egy vagy több BGP speaker-e, amely hírdeti: lokális hálózatok elérhetőségét más, az AS-en keresztül elérhető hálózatokat (csak transit AS esetén) útvonal információt ad

22 Spring 2000CS 46122 BGP Példa Az AS2 speaker hirdeti a P és a Q-hoz az elérhetőséget –A 128.96, 192.4.153, 192.4.32, és 192.4.3, elérhetők az AS2-n keresztül A backbone speakerei azt hirdetik, hogy a –128.96, 192.4.153, 192.4.32, és 192.4.3 elérhetők az (AS1, AS2) útvonalon. Speaker törölhet agy korábban meghirdetett elérési utat Backbone network (AS 1) Regional provider A (AS 2) Regional provider B (AS 3) Customer P (AS 4) Customer Q (AS 5) Customer R (AS 6) Customer S (AS 7) 128.96 192.4.153 192.4.32 192.4.3 192.12.69 192.4.54 192.4.23

23 Spring 2000CS 46123 IPv6 tulajdonságok –128-bites cím (osztály nélküli kiosztás) –multicast –valós idejű szolgáltatás –titkosítás és hitelesítés IP szinten –automatikus konfigurálás –darabolás csak a feladónál összerakás a rendeltetésnél –kiterjesztési protokoll szintek PDU fej –40-byte “bázis” fej –kiterjesztési fejek (rözített sorrend, általában rögzített hossz) fragmentation source routing authentication and security other options