IP alapú hálózatok tervezése és üzemeltetése

Az előadások a következő témára: "IP alapú hálózatok tervezése és üzemeltetése"— Előadás másolata:

1 IP alapú hálózatok tervezése és üzemeltetése
15/9

2 Az előző előadás tartalma
A hálózat működése A forgalomirányító szerepe Proxy ARP CIDR jelentősége Többesküldés adattovábbítás IGMP MLD A forgalomirányító feladatai Forgalomirányító architektúrák Első generációs Második generációs Harmadik generációs Várakozási sorok

3 Tartalom Forgalomirányító algoritmusok Statikus forgalomirányítás
Dinamikus forgalomirányítás Távolságvektor alapú Link állapot alapú Internet struktúra Forgalomirányítók, Kliensek Autonóm rendszerek (AS) Forgalomirányító algoritmus osztályok Tartományon Belüli Forgalomirányítás RIP, IGRP, EIGRP ,IS-IS, OSPF Tartományközi forgalomirányítás BGP RIPv1 RIPv2

4 Források Offline Online: CCNA2 6,7 Routing TCP/IP volume I.
Static routing Dynamic Routing protocols RIP v1, v2 Online: CCNA2 6,7

5 Útvonal információk Statikus Dinamikus Manuális: lassú változás
Nem robosztus: független az aktuális állapottól Stabil Dinamikus Forgalomirányító protokollok segítségével tanulja meg az útvonalakat A topológia változásokra azonnal reagál Nem biztos, hogy konvergál, oszcillál Hurkot okozhat

6 Statikus forgalomirányítás
A rendszergazda manuálisan írja be a forgalomirányító tábla bejegyzéseit A forgalom teljesen kézbentartható Pl.: más-más útvonal használata a két irányban, … A rendszer átlátható Minden változás manuális beavatkozást igényel Működőképes hálózathoz: Minden forgalomirányítóba fel kell venni az összes a hálózaton előforduló címtartományt és irányt Használhatunk összesítés útvonalakat A forgalomirányítóra közvetlenül csatlakozott hálózatokat nem kell felvenni A statikus útvonalakhoz is adhatunk költséget (CISCO) Terhelés elosztás Forgalom elosztás Azonos mértékű Költség szerinti Kapcsolt egység Cél szerint (fast switching) Csomagonként (process switching) Tartalék útvonal

7 Rekurzív tábla keresés
Nem feltétlenül mutat minden bejegyzés a szomszéd forgalomirányítóra Ez esetben a keresés addig folytatódik míg nem talál egy olyan címet amely a szomszéd forgalomirányítóra mutat (megvan a kimenő interfész) A többszörös keresés időigényes Csak indokolt esetekben érdemes ezt használni (pl.: változás előtt)

8 Mikor érdemes statikus útvonalat használni?
Amikor vég hálózatunk van. Nincs alternatív útvonal. Igény szerinti forgalomirányítás (On-Demand Routing) Szabály szerinti forgalomirányítás (Policy based routing)

9 Statikus útvonal választás

10 Forgalomirányító protokollok
Cél: Az útvonal meghatározása Csomagkapcsolt hálózat: a forgalomirányító tábla karbantartása Forgalomirányító tábla: A csomagok továbbításánál ez alapján dől el a kimenő interfész Skálázható, adaptív, stabil Elemek Egy eljárás a saját információ átvitelére a többieknek Egy eljárás a többiektől beérkező információ kezelésére Egy eljárás mely az információhalmaz alapján meghatározza az optimális útvonalakat és rögzíti ezeket a forgalomirányító táblába Egy eljárás mely reagál topológia változásokra

11 Miért nem jó ez a megoldás?
Minden saját információt átküldünk a szomszédnak Kérdések: Mit csináljon A B és C információival? Küldje-e tovább? Ha nem akkor az információ csere nem teljes. Ha igen akkor hogyan oldjuk meg azt, hogy minden információ eljut mindenkihez és a csomagok mégsem lesznek végtelen ideig a hálózatba? Merre kell a csomagokat küldeni felé?

12 Forgalomirányítás “jó” útvonal: Forgalomirányító protokoll
E D C B F 2 1 3 5 Forgalomirányító protokoll Cél: meghatározza a “jó” útvonalat (forgalomirányítók sorozatát) a forrástól a célig. Gráf absztarkciók: A csomóponotok forgalomirányítók Az élek fizikai összeköttetések költség: késleltetés, ár, torlódás szint,… “jó” útvonal: Tipikusan a legkisebb költségű útvonal Más definició is elképzelhető

13 Összeköttetés metrikák
Ugrás szám Egyszerű Soros vonal vs. Gigabit? Sávszélesség Torlódásos Gigabit vs. Üres Fast Ethernet? Terhelés Útvonal ingadozás Késleltetés Megbízhatóság Ár

14 Konvergencia Ha minden rendben van akkor konzisztens állapotban van a rendszer Mindenki ugyanazt gondolja a hálózatról

15 Dinamikus Forgalomirányító Algoritmusok
Globális, vagy Link állapot algoritmus A topológia teljes ismeretével rendelkezik (költségek, linkek,…) Elosztott vagy távolságvektor alapú algoritmusok Csak a kapcsolódó linkek és szomszédok információit használja Iteratív algoritmus

16 Globális, Link állapot alapú
Dijkstra legrövidebb útvonal Megvalósítás: Minden csomópont elküldi mindenkinek minden kapcsolatát és azok paramétereit

17 Egy link állapot alapú algoritmus
Dijkstra algoritmusa A topológia, link költségek minden csomópontban ismertek „link állapot” üzenetszórás segítségével Minden csomópontnak azonos információja van Egy csomóponttól kiszámítja a legrövidebb (olcsóbb) útvonalat minden más csomóponthoz Legyártja a forgalomirányító táblát az adott csomópontnak Iteratív: k iteráció után ismerjük a legrövidebb utat k-hoz.

18 Link állapot alapú algoritmus kérdések
Skálázhatóság A költség forgalom függő: oszcillációhoz vezethet A A D C B 2+e 1+e 1 A A D C B 2+e 1+e 1 1 1+e 2+e D B D B e 1 C 1+e C 1 1 e …átszámít … átszámít … átszámít kezdetben

19 Elosztott, távolságvektor alapú forgalomirányító
Bellman-Ford algoritmus (Bellman 1957, Ford és Fulkerson 1962) Minden csomópont csak a vele szomszédos csomópottal kommunikál Távolságvektorokat csereberélnek Kiszámítja a legrövidebb útvonalat Ezt addig folytatja míg le nem áll az információ csere A záró lépésben a csomópontoknak nem kell adnia „Pletyka alapú forgalomirányítás”

20 Távolságvektor alapú forg. ir. áttekintés
Iteratív, aszinkron: a helyi iterációk oka: link költség változás üzenet a szomszédtól: megváltozott egy szomszédjához vezető legrövidebb út Elosztott: a csomópontok csak akkor kommunikálnak, ha a legrövidebb útvonaluk valahova megváltozik ekkor értesítik a szomszédokat Minden csomópont: vár a (link költség megváltozására, vagy egy üzenetre a szomszédtól) átszámítja a távolság táblát Amennyiben a legrövidebb útvonal megváltozott akkor értesíti a szomszédait

21 Távolságvektor alapú forg. ir.
Távolság Tábla struktúra Minden csomópont tartalmazza a saját sorát minden lehetséges célhoz, az oszlopokban a szomszédok szerepelnek példa: az X csomópont , az Y célt a Z szomszédon keresztül éri el: iteratív: addig folytatódik amíg egy csomópont sem cserél információt Ön-befejező: nincs stop jel aszinkron: A csomópontoknak nem kell információt cserélnie a záró lépésben elosztott: Az egyes elemek csak a szomszédaikkal kommunikálnak D (Y,Z) X az Y X-től való távolsága to Z-n keresztül c(X,Z) + min {D (Y,w)} Z w =

22 Távolság tábla: példa

23 Távolság tábla: példa D () A B C D 1 7 6 4 14 8 9 11 5 2 D (C,D)
E D C B 7 8 1 2 D () A B C D 1 7 6 4 14 8 9 11 5 2 E A költség A,B,C-n keresztül Cél D (C,D) E c(E,D) + min {D (C,w)} D w = 2+2 = 4 D (A,D) E c(E,D) + min {D (A,w)} D w = 2+3 = 5 hurok! D (A,B) E c(E,B) + min {D (A,w)} B w = 8+6 = 14 hurok!

24 A távolság táblából származik a forgalomirányító tábla
D () A B C D 1 7 6 4 14 8 9 11 5 2 E költség cél Kimenő interfész, ár A B C D A,1 D,5 D,4 cél Távolság tábla Forg. ir. tábla

25 Távolság vektor problémák
Robosztusság: egy csomópont helytelen útvonal költséget hirdethet egymás tábláját használják a hiba terjed a hálózaton Hurkokat tartalmazhat Konvergencia idő: Végtelenig számlálás problémája

26 Végtelenig számlálás problémája
Az ugrás számot használjuk költségnek A B-n keresztül éri el D-t 3 költséggel B C-n keresztül éri el D-t 2 költséggel C eléri D-t 1 költséggel D A/3 B/2 C/1

27 Végtelenig számlálás problémája
A C és D közötti vonal megszakad C átáll B-re, Megnöveli a költségét B költség + 1 = 3 D A/3 B/2 C/3

28 Végtelenig számlálás problémája
B költsége most 4 A még nem vett észre semmit sem A és C költsége 5 B költsége 6 A ciklus a végtelenig tart A/3 B/4 C/3 D D A/5 B/4 C/5

29 Forgalomirányító hurkok
Az A hálózatban a D felé tartó csomagok A B forgalomirányítóba mennek Ezután a C forgalomirányító mennek Ezután ismét a B-be mennek D A B C

30 Forgalomirányítás az Interneten
Eddig Minden forgalomirányító egyenrangú volt A hálózat lapos volt … a valóságban ez nincs így méret: 50 millió céllal: Nem lehet minden célt a forg. ir. táblába kezelni A forg. ir. tábla csere eldugítaná a vonalakat Adminisztratív autónómia Internet = hálózatok hálózata Minden hálózati rendszergazda a saját hálózatáért felelős

31 Internet struktúra MCI AT &T LINX Europe C&W Microsoft Umass
Több ezer szervezet Rengeteg forgalomirányító Még több kliens MCI AT &T LINX Europe C&W Microsoft Umass Company in France

32 Forgalomirányító protkollok
Autonóm Rendszereket kezelnek Az adminisztratív tartomány szerint Internet Szolgáltatók (ISP) Vállalati hálózatok Egyetemi hálózatok Két forgalomirányító protokoll típus Tartományon Belüli Forgalomirányító Protokoll (Inetrior Gateway Protocol - IGP) Egy tartományon belül Tartományközi Forgalomirányító Protokoll (Exterior Gateway Protocol - EGP) Különböző tartományok között

33 Tartományon Belüli Forgalomirányító Protokoll
Cél: Találjon egy ”jó” útvonalat (forgalomirányítók sorozatát) a hálózaton keresztül a forrástól a célig Késleltetés, csomagvesztés, sávszélesség, ár vagy más definíció Statikus forgalomirányítás Népszerű dinamikus protokollok RIP: Routing Information Protocol IS-IS: Intermediate-System-to-Intermediate System OSPF: Open Shortest Path First IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco) EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (Cisco)

34 Tartományon belüli forgalomirányítás
Routing Information Protocol (RIP) Távolságvektor alapú EIGRP Hibrid Open Shortest Path First (OSPF) Link állapot alapú IS-IS

35 Tartományközi protkollok
EGP használtak NSFNET-ben Border Gateway Protocol (BGP) BGP-4: de-facto szabványnak tekinthető Út vektor algoritmus

36 Forgalomirányító Protokoll Kérdések
Stabilitás Szabály Torlódás Protokoll Tervezés Keep Alive üzenetek Inkrementális frissítések Frissítés időzítők Konvergencia idő Megbízhatóság, Robosztusság Alternatív, vagy tartalék útvonal Emberi hiba

37 Egyéb kérdések Biztonság Skálázhatóság Forgalom Tervezés ? Hierarchia
Terhelés elosztás Qos ?

38 RIP Távolság vektor alapú algoritmus
Először BSD-UNIX-ban jelent meg 1982-ben Távolság mérték: az ugrások száma (max. = 15 ugrás) Távolság vektorok: a szomszédok között cserélődnek 30 másodpercenként a válasz üzenetekben (hirdetésnek is nevezik) Minden hirdetés: max. 25 célt hirdet a hálózaton az AS-en belül Verziók RIP v1 (RFC 1058) RIP v2 (RFC 2453)

39 RIP --- Példa z w x y A D B C Cél Hálózat Köv. Forg. Ir. Ugrásszám
w A 2 y B 2 z B 7 x …. … D forgalomirányító táblája

40 RIP --- Példa w x y z A C D B A hirdetése D felé
Cél Köv. Ugrás z C 4 w x y z A C D B Cél Hálózat Köv. Forg. Ir Ugrásszám w A 2 y B 2 z B A 7 5 x …. … D forgalomirányító táblája

41 RIP --- Problémák Robosztusság Lassú konvergencia
Egy csomópont rossz költséget hirdethet Egymás tábláját használják A hiba terjed a hálózaton Lassú konvergencia Végtelenig számlálás problémája A hálózat egy része leválik Hurkok keletkeznek

42 RIP --- Megoldások A “végtelen” legyen egy véges szám
RIP esetében ez 16 Osztott Horizont (Split horizon) Ne hirdessünk egy olyan útvonalat az adott szomszéd felé amit onnan tanultunk meg Részben megoldja a hurkokat Osztott Horizont mérgezett utakkal (Split horizon with poisoning updates) A hallott útvonalakat visszafelé végtelen távolsággal hirdetjük Indukált frissítések (triggered update) A gyorsabb konvergencia érdekében a változáskor azonnal frissítést küld Frissítés elárasztást okozhat Gyors frissítések Amikor egy forgalomirányító indul akkor szól a többieknek akik azonnal elküldik állapotukat Nbch

43 Osztott Horizont B nem hirdet D felé menü útvonalakat C felé
Amikor a C-D vonal kiesik C nem áll át B-re Elkerülik a “végtelenig számlálás” problémáját D A/3 B/2 C/1

44 Osztott Horizont --- nem biztos, hogy segít
Nem iktatja ki a hurkokat minden esetben A C és D közötti vonal kiesik A és B nem küldi el a jelenlegi útvonált D felé C-nek De A megtanulja, hogy B eléri D-t, így küld egy új útvonalat C-nek C az A-tól megtanult útvonalat elküldi B-nek B a C-től megtanult útvonalat elküldi A-nak A a B-től megtanult útvonalat elküldi C-nek Hurok keletkezett A C B D

45 RIP időzítők, számlálók
RFC Frissítés – 30s (aszinkron) Lejárati idő – 180s Szemét gyűjtés – 120s CISCO Érvénytelen – 180s Tartás (HoldDown) – 120s Törlés – 240s

46 RIP részletek UDP 520-as port Típusai: Csendes állomás RIPv1 RIPv2
üzenetszórás osztályokat figyelembe vevő(nincs netmask!!!, határ router) RIPv2 többesküldés osztálymentes azonosítás Csendes állomás

47 RIP hátrányai 15 méretű világ 25 prefix/üzenet
Nagy hálózatokban gyakori változás esetén komoly sávszélesség igénye lehet Lassú konvergencia (akár 7.5 perc!!!)

48 Miért érdemes RIP-et választani?
Egyszerű implementálni Sok implementáció Jól ismert, egyszerű protokoll Kicsi hálózatban kicsi erőforrás igény

49 Az előadás tartalma Forgalomirányító algoritmusok
Statikus forgalomirányítás Dinamikus forgalomirányítás Távolságvektor alapú Link állapot alapú Internet struktúra Forgalomirányítók, Kliensek Autonóm rendszerek (AS) Forgalomirányító algoritmus osztályok Tartományon Belüli Forgalomirányítás RIP, IGRP, EIGRP ,IS-IS, OSPF Tartományközi forgalomirányítás BGP RIP v1 RIP v2

50 A következő előadás tartalma
Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP)