Počítačové sítě IP směrování (routing)

Počítačové sítě IP směrování (routing)

• IP sítě jsou propojeny směrovači (routery) • funkcionalita směrovačů pokrývá 3. vrstvu RM OSI ~ vrstvu IP architektury TCP/IP (L3) • směrovače provádějí přepojování datagramů mezi IP sítěmi (datagramová služba) • směrovače určují „nejlepší“ cestu pro datagramy podle směrovacích map (tabulek), které obsahují celou topologii internetu (internet = propojené IP sítě) 1

Počítačové sítě IP směrování (routing)

• směrovač získává informace o sítích – staticky (administrátorem ručně editované záznamy) - směrovač nemůže vytvářet alternativní cesty, jestliže se nastavená cesta přeruší - možnost chybné konfigurace vznik směrovacích smyček – statické směrovací tabulky

2

Počítačové sítě IP směrování (routing) – dynamicky (na základě informací periodicky šířených směrovacími protokoly se mapy vypočítávají programem podle určitého algoritmu) - snadná adaptace na změny v topologii sítě - mezi směrovači musí být dohoda o implementaci určitého směrovacího protokolu – dynamické směrovací tabulky

3

Počítačové sítě IP směrování

• připomeňme si: – přímé směrování - zdroj i cíl ve stejné IP síti – nepřímé směrování - zdroj a cíl v různých IP sítích

• co obsahuje směrovací tabulka? – pro každou IP síť internetu: síť (network) brána (gateway) rozhraní (interface) metrika – brána - IP adresa rozhraní dalšího směrovače – směrovací metrika - zhodnocené parametry přenosové cesty (parametry jsou stanoveny protokolem) - např. počet směrovačů na přenosové cestě, cena za přenos, přenosová kapacita, zpoždění ... 4

N1

N2 I0 R1 I1

N3 N4 I0

Tabulka R1 Síť

Rozhraní

Brána

N1

I0

přímo

N2

I1

přímo

N3

I1

R2

N4

I1

R2

R2

I1

I0

R3

I1

Tabulka R2 Síť

Rozhraní

Brána

N1

I0

R1

N2

I0

přímo

N3

I1

přímo

N4

I1

R3

Tabulka R3 Síť

Rozhraní

Brána

N1

I0

R2

N2

I0

R2

N3

I0

přímo

N4

I1

přímo

5


• Každý směrovač musí mít mapu celého internetu - pro celý Internet nerealizovatelné - řešení: strukturalizace Internetu na autonomní systémy • Autonomní systém (AS) – komplex sítí a směrovačů – jedna administrativní doména se společnou směrovací strategií – AS je registrován u NIC (Network Information Center) a má přidělen unikátní identifikátor (16 bitů), který používají ke své identifikaci externí směrovací protokoly v procesu vzájemné výměny směrovacích informací

• Dvě úrovně směrování – uvnitř AS - směrování interními směrovacími protokoly (IGP Interior Gateway Protocol) – mezi AS - směrování externími směrovacími protokoly (EGP Exterior Gateway Protocol) 6


AS1 Počítačové sítě LAN IP směrování

LAN

AS3 LAN LAN

LAN

IGP

LAN

EGP

LAN IGP

Core Network LAN

LAN

LAN

LAN LAN

LAN

LAN

LAN

IGP

LAN

LAN

AS2

7


• Algoritmy pro výpočet směrovacích cest - podle charakteru směrovací informace – Distance Vector Algorithmus (DVA) – Link State Algorithmus (LSA)

• Princip DVA – jednotlivé směrovače periodicky vysílají obsah své směrovací tabulky – přijímají informace vysílané ostatními směrovači a podle nich aktualizují obsah své tabulky 8


– Algoritmus Bellman-Ford • Cíl je vytvořit tabulku:

Net

Gateway

Distance („hopcount“)

• Distance je počet směrovačů, přes které musí datagram projít na trase do cílové sítě • směrovač šíří svou směrovací tabulku IP broadcastem • jestliže přijme směrovač novou informaci (záznam pro síť, kterou ve své tabulce nemá nebo je v záznamu pro známou síť kratší hopcount, svou tabulku opraví) 9

Počítačové sítě IP směrování – Protokoly založené na DVA definují malé přirozené číslo, které omezuje hodnotu DISTANCE (tzv. max. hopcount). Pokud v tabulce dojde k dosažení této hodnoty, síť se považuje za nedostižitelnou a záznam se z tabulky odstraní – Protokoly jsou tedy vhodné pro nepříliš rozsáhlé sítě – Vytvoření tabulky: • vytvoření záznamů pro sousedící sítě • podle postupně přijímaných obsahů tabulek dalších směrovačů se tvoří záznamy pro čím dál vzdálenější sítě (hodnota „hopcount“ přijatá od sousedního směrovače se vždy zvýší o 1) – Nevýhoda - nutnost vysílat celé tabulky u větších sítí to představuje velké datové pakety velká zátěž sítě 10

Počítačové sítě IP směrování – Princip Link State Algorithmus (LSA) - směrovače vysílají pouze informace („Link State Packets“ - LSP) o stavu spojů, ke kterým jsou připojeny. – LSP jsou vysílány všem ostatním směrovačům („flooding“) – každý směrovač si vytváří na základě LSP z ostatních směrovačů kompletní topologickou mapu sítě – z mapy jsou určeny „nejlepší“ cesty k cílovým sítím (Dijkstra algoritmus) – metrika LSA - „cost“ – směrovač zpracovává pouze změny stavů spojů, které obdrží v LSP a potom znovu spočítá nejkratší cestu – pakety protokolů LSA jsou mnohem kratší než u protokolů DVA, velikost jejich obsahu nezávisí na velikosti sítě – protokoly LSA jsou vhodné i pro velmi rozsáhlé sítě 11


• Interní protokoly - IGP – Protokol RIP (Routing Information Protocol) - princip DVA verze RIP 1 a RIP 2 – Metrika … hopcount (max. hopcount = 16) – vysílání RIP zpráv IP broadcastem každých 30sec – pokud není přijata RIP zpráva po dobu 180s, platnost směrovací tabulky vyprší (dojde ke ztrátě konektivity) – použití v malých a středních sítích – implementace RIP protokolu jsou součástí OS Unix – protokol RIP nevytváří alternativní cesty – Problémy RIP protokolu: • pomalé šíření informace 12 • náchylnost ke vzniku směrovacích smyček

Počítačové sítě IP směrování Formát RIP 2 zprávy 0

7 8 request/reply

15 16 verze

31

identifikátor směrovacího procesu

typ sítě (IP)

identifikátor AS IP adresa sítě maska podsítě

„next - hope“ IP adresa metrika (1-16) záznamy pro dalších maximálně 24 směrovačů

13


• • • •

RIP protokol nevytváří hierarchické směrovací oblasti RIP protokol vytváří „ploché“ (flat) směrovací oblasti RIP protokol definuje pouze jeden typ směrovače Nastavení RIP subjektů (programová konfigurace): – aktivní – generují a šíří RIP zprávy (zpravidla síťové směrovače) – pasivní – pouze přijímají RIP zprávy od aktivních subjektů (zpravidla koncové uživatelské systémy) • Směrovače LAN – implementace RIP (aktivní i pasivní) i jiných směrovacích protokolů (nejčastěji OSPF) – směrovače multiprotokolové 14


• RIP zpráva IP záhlaví UDP záhlaví

RIP zpráva

• OSPF zprávy jsou přímo vloženy do IP datagramu – protokol OSPF nevyužívá transportní službu IP záhlaví Protocol = 89

OSPF zpráva 15

Počítačové sítě OSPF – Open Shortest Path First

• Směrovací protokol na principu algoritmu LSA • Metrika „cost“ přiřazená administrátorem každému spoji – podpora ToS (Delay, Throughput, Reliability) – ToS = 0, pak „cost“ = šířka přenosového pásma • Možnost vytvářet paralelní cesty (stejná metrika) – rozdělení zatížení sítě (load balancing) • OSPF vytváří hierarchické sítě tvořené směrovacími oblastmi (area), OSPF definuje více typů směrovačů generujících OSPF zprávy příslušných typů • Šíření zpráv mezi OSPF směrovači – přenosy „multicast“ 224.0.0.5 všechny OSPF směrovače sítě 224.0.0.6 „pověřený“ směrovač (designed router) 16

OSPF směrovací doména Area 3 Autonomní systém LAN

Area 1

LAN LAN LAN

LAN

Backbone Area 0

LAN

LAN

LAN LAN

LAN

LAN

LAN LAN LAN

Area 2 LAN

17

OSPF směrovací doména • Area – soustava jedné nebo více souvislých sítí • každá area má svou „kopii“ Shortest Path First (SPF) algoritmu • Hierarchické směrování – Uvnitř oblasti – intra area – společná topologická databáze vnitřní směrovač AR (Area Router) – „pověřený“ směrovač – Mezi oblastmi - inter area – přes páteřní oblast– sumarizuje topologické informace oblasti hraniční směrovač ABR (Area Border Router) – Mezi OSPF směrovacími doménami – autonomní oblasti • se stejnou metrikou • s rozdílnou metrikou hraniční směrovač AS ASBR (AS Border Router) 18

Počítačové sítě IP směrování – protokol OSPF • Zprávy OSPF – Link State Announcements Packets – LSA • LSA pakety obsahují informace o spojích připojených k vysílajícímu směrovači • LSA pakety jsou generovány, jestliže nastane změna stavu spojů, jinak periodicky (30 min.) • Protokol „Hello“ – zřizuje a udržuje vztahy mezi sousedními směrovači, provádí výběr „pověřeného“ směrovače (224.0.0.6) v síti s více směrovači • Oblasti zahrnují typicky více sítí, každá oblast je připojena k páteřní oblasti (transportní síti) • Nelze-li připojit oblast k páteři, vytvoří se „virtuálního spoj“ přes jinou oblast (tranzitní síť) • OSPF podporuje ToS a autentizaci LSA 19

Protokol OSPF - LSA pakety

• Hello Packet - se vytváří v prvním kroku LSA - "oslovení sousedních routerů"

• Database Description Packet - odpověď na Hello Packet

• Link State Request Packet - žádost o vyslání Link State Update Packet

• Link State Acknowledgment Packet

- potvrzuje

příjem Link State Update Packet

• Link State Update Packet - odpověď na Link State Request Packet 20

Protokol OSPF Link State Update Packet – odpověď na LS Request Typ 1 – Router Link – zahrnuje informace o stavu všech rozhraní směrovače s oblastí. Je vysílán do lokální sítě všemi směrovači Typ 2 – Network Link – zahrnuje seznam směrovačů připojených k lokální síti. Je vysílán do lokální oblasti a je generován „pověřeným“ směrovačem Typ 3/4 – Summary Link to Network/to ASBR – popisuje cestu mimo oblast (v rámci vlastního AS). Je generován hraničními směrovači a vysílán do připojených oblastí. Typ 3 popisuje cestu k sítím , typ 4 k hraničním směrovačům AS Typ 5 – External Link – popisuje cestu v jiném AS. Je generován ASBR a vysílán do AS Typ 6 – Group Membership – podpora skupinových přenosů 21

IP směrování Externí protokoly

• Protokol EGP – jednoduchý protokol, na bázi stromové struktury, bez metriky. • Princip: – Zjistí každému směrovači sousední směrovače, se kterými bude komunikovat, – Periodicky „sousedství“ ověřuje – Vyměňuje se sousedy informace o dostupnosti sítí ve svém AS (seznam sítí a směrovačů)

22

IP směrování Externí protokoly

• Protokol BGP – novější, na bázi hvězdicové struktury (Core Network) Core Network

AS1

AS2

AS3

• BGP – v současnosti oficiální externí protokol Internetu – routery WAN podporují BGP 23

IP směrování Externí protokoly - BGP

• BGP protokol používá transportní protokol TCP (spolehlivý), dokáže šířit informace i mezi interními směrovači (uvnitř AS) • BGP kombinuje algoritmus DVA a LSA • Funkce BGP – navázáni a udržování komunikace se sousedními směrovači – při první výměně informací vysílá celé směrovací mapy – nevysílá periodicky, pouze aktualizuje směrovací informace 24


• Typy zpráv BGP – OPEN – navázání spojení se sousedním routerem (jsou na stejné IP síti/subsíti) – UPDATE – předání informace o sítích, které jsou dosažitelné touto směrovací cestou a/nebo informace o změně směrovacích cest – KEEPALIVE – periodické ověření spojení se sousedním routerem – NOTIFICATION – chybová zpráva 25


• Implementace externích a interních směrovacích protokolů LAN LAN

LAN LAN

LAN

LAN

LAN

externí protokol interní protokoly

LAN

LAN 26

Počítačové sítě IP směrování (routing)

Recommend Documents