Κεφάλαιο 7: Διαδικτύωση-Internet Μάθημα 7.9: Δρομολόγηση

Δρομολόγηση (ορισμός) Δρομολόγηση = Η εύρεση της κατάλληλης διαδρομής για να φτάσει ένα πακέτο στον προορισμό του. !Η δρομολόγηση πραγματοποιείται στο επίπεδο δικτύου και δεν είναι απλή διαδικασία

Χρονική στιγμή που λαμβάνονται αποφάσεις δρομολόγησης Εξαρτάται από το δίκτυο. Σε δίκτυο που χρησιμοποιεί νοητά κυκλώματα η διαδρομή που θα ακολουθήσουν όλα τα πακέτα της ίδιας μετάδοσης επιλέγεται κατά την εγκατάσταση του νοητού κυκλώματος. Σε δίκτυο που χρησιμοποιεί αυτοδύναμα πακέτα η απόφαση για τη διαδρομή που θα ακολουθήσει κάθε πακέτο, λαμβάνεται για καθένα ξεχωριστά.

Επιθυμητές ιδιότητες αλγόριθμου δρομολόγησης Απλότητα Ορθότητα Δικαιοσύνη Ανθεκτικότητα: Η δυνατότητα ο αλγόριθμος να αντιμετωπίζει με επιτυχία αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου (π.χ. σε βλάβη κόμβου ή γραμμής). Βελτιστοποίηση: Η καλύτερη δυνατή χρησιμοποίηση των πόρων του δικτύου (π.χ. μεγιστοποίηση ρυθμοαπόδοσης).

Βασικές λειτουργίες αλγόριθμου δρομολόγησης Η επιλογή της διαδρομής για τη μεταφοράς των πακέτων από την πηγή στον προορισμό. Η παράδοση των πακέτων στον προορισμό τους, όταν οι διαδρομές έχουν καθοριστεί.

Βασικά μέτρα επίδοσης που επηρεάζονται από τον αλγόριθμο δρομολόγησης (ποια είναι, με ποιο τρόπο επηρεάζονται) Ρυθμοαπόδοση: Η συνολική κίνηση που μπορεί να εξυπηρετήσει ένα δίκτυο. Καθυστέρηση - Η μέση καθυστέρηση των πακέτων εξαρτάται από τις διαδρομές που ακολουθούν. Οι διαδρομές καθορίζονται από τον αλγόριθμο δρομολόγησης. - Όταν η μέση καθυστέρηση αυξάνει η ρυθμοαπόδοση μειώνεται.

Έλεγχος ροής στο επίπεδο δικτύου Έλεγχος ροής στο επίπεδο δικτύου Μηχανισμός προστασίας που ενεργοποιείται σε περίπτωση που η μέση καθυστέρηση της κίνησης αυξάνει επικίνδυνα. Εμποδίζει την είσοδο νέου φορτίου στο δίκτυο. Επιδιώκει να εξισορροπήσει τη ρυθμοαπόδοση με την καθυστέρηση.

Κατηγορίες αλγορίθμων δρομολόγησης α. Συγκεντρωτικοί-κατανεμημένοι β. Στατικοί-προσαρμοζόμενης δρομολόγησης

Συγκεντρωτικοί-κατανεμημένοι αλγόριθμοι δρομολόγησης Α. Συγκεντρωτικοί αλγόριθμοι: Όλες οι αποφάσεις δρομολόγησης λαμβάνονται από έναν κεντρικό κόμβο, ο οποίος πρέπει να γνωρίζει την κατάσταση ολόκληρου του δικτύου. Μεγάλοι πίνακες δρομολόγησης.  Ο κεντρικός κόμβος πρέπει να έχει μεγάλες δυνατότητες τοπικής αποθήκευσης και πολύ ισχυρό επεξεργαστή για να σαρώνει τους μεγάλους πίνακες δρομολόγησης σε μικρό χρόνο. Β. Κατανεμημένοι αλγόριθμοι: Οι αποφάσεις δρομολόγησης λαμβάνονται κατανεμημένα μεταξύ των κόμβων του δικτύου και οι κόμβοι ανταλλάσσουν πληροφορίες όταν απαιτείται.

Στατικοί-Προσαρμοζόμενης δρομολόγησης (δυναμικοί) αλγόριθμοι δρομολόγησης Α. Στατικοί: Χρησιμοποιούν σταθερές διαδρομές. Δεν λαμβάνουν υπόψη τις συνθήκες κίνησης στο δίκτυο. Αλλαγές στις διαδρομές γίνονται μόνο όταν μία γραμμή ή κόμβος τεθεί εκτός λειτουργίας. Δεν επιτυγχάνουν υψηλές ρυθμοαποδόσεις. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε πολύ απλά δίκτυα. Β. Προσαρμοζόμενης δρομολόγησης: Οι διαδρομές αλλάζουν ανάλογα με τις συνθήκες φόρτισης των γραμμών του δικτύου. Όταν κάποιο τμήμα του δικτύου υποστεί συμφόρηση, τότε ο αλγόριθμος δρομολόγησης τροποποιεί τις διαδρομές και το παρακάμπτει. Οι αποφάσεις τους βασίζονται σε μετρήσεις ή εκτιμήσεις της τρέχουσας τοπολογίας του δικτύου.

Κριτήρια αποφάσεων αλγόριθμων δρομολόγησης Συντομότερη διαδρομή Με βάση: α. Αριθμό γραμμών β. Μέση καθυστέρηση (ουράς και μετάδοσης) γ. Χρήση εύρους ζώνης Μέσο μήκος ουράς εξόδου Κόστος γραμμής: Συνάρτηση των ακόλουθων παραγόντων (συμμετέχουν με διαφορετική βαρύτητα οι ακόλουθοι παράγοντες): α. Μέση καθυστέρηση β. Χρήση εύρους ζώνης γ. Μέσο μήκος ουράς εξόδου

Αποφάσεις τελικών υπολογιστών-δρομολογητών Τελικοί υπολογιστές: Παίρνουν αποφάσεις δρομολόγησης μόνο για τα δικά τους πακέτα. Δρομολογητές: Παίρνουν αποφάσεις δρομολόγησης για όλα τα αυτοδύναμα πακέτα που λαμβάνουν και τα προωθούν στον προορισμό τους.

Διάκριση τελικών υπολογιστών-δρομολογητών Λογική (στη λειτουργία), όχι φυσική (ως συσκευές). Ένας δρομολογητής είναι είτε ειδική συσκευή (συνήθως) ή υπολογιστής γενικού σκοπού. Στη δεύτερη περίπτωση (π.χ. σε μικρά δίκτυα) ο δρομολογητής είναι ταυτόχρονα και τελικός υπολογιστής.

Πίνακας δρομολόγησης Κάθε συσκευή έχει πίνακα δρομολόγησης. Ο πίνακας περιέχει διευθύνσεις δικτύου, σε καθεμία από τις οποίες αντιστοιχεί ένας δρομολογητής. Στον δρομολογητή αυτό θα σταλούν τα δεδομένα για να προωθηθούν στο δίκτυο προορισμού. Ο παραπάνω δρομολογητής δεν είναι απαραίτητα άμεσα συνδεδεμένος στο δίκτυο προορισμού. Είναι η καλύτερη επιλογή μεταξύ των δρομολογητών που μπορεί να οδηγήσουν στο δίκτυο προορισμού.

Άμεση-Έμμεση δρομολόγηση Άμεση δρομολόγηση: Όταν ο αποστολέας μιας μετάδοσης είναι στο ίδιο δίκτυο με τον παραλήπτη. Τα αυτοδύναμα πακέτα παραδίδονται αμέσως. Έμμεση δρομολόγηση: Όταν ο αποστολέας και ο παραλήπτης μιας μετάδοσης είναι σε διαφορετικά δίκτυα.

Στρατηγική που μειώνει το μέγεθος των πινάκων δρομολόγησης-Χρήση και λειτουργία προεπιλεγμένου δρομολογητή Προεπιλεγμένος δρομολογητής = Ένας ορισμένος από πριν δρομολογητής. α. - Ο μοναδικός δρομολογητής που οδηγεί το δίκτυο στον έξω κόσμο. Όλη η εξερχόμενη κίνηση, ανεξαρτήτου προορισμού εξυπηρετείται από αυτόν. β. - Ο προεπιλεγμένος δρομολογητής δεν είναι ο μοναδικός δρομολογητής σε ένα δίκτυο. - Δεν μπορεί να προωθήσει κάποιο αυτοδύναμο πακέτο και στέλνει μήνυμα στον αποστολέα της μορφής: «Δεν είμαι η καλύτερη επιλογή δρομολογητή. Χρησιμοποίησε το δρομολογητή Χ». - To μήνυμα στέλνεται μέσω του πρωτοκόλλου ICMP και εισάγει νέα εγγραφή και ενημερώνει τον πίνακα δρομολόγησης του αποστολέα.

Αλγόριθμος δρομολόγησης στο IP Ξεχώρισε από το αυτοδύναμο πακέτο τη Διεύθυνση Προορισμού (ΔΠ). Υπολόγισε από την ΔΠ τη Διεύθυνση Δικτύου Προορισμού (ΔΔΠ). Αν η ΔΔΠ ανήκει στο ίδιο δίκτυο με το δρομολογητή, προώθησε το αυτοδύναμο πακέτο κατευθείαν. (Διαφορετικά) Αν η ΔΠ υπάρχει στον πίνακα δρομολόγησης προώθησε το πακέτο όπως ορίζει ο πίνακας. (Διαφορετικά) Αν η ΔΔΠ υπάρχει στον πίνακα δρομολόγησης, προώθησε το πακέτο όπως ορίζει ο πίνακας. (Διαφορετικά) Αν έχει οριστεί πρότυπη διαδρομή, προώθησε το πακέτο στον υπεύθυνο δρομολογητή. Διαφορετικά σημείωσε λάθος στη δρομολόγηση.

Πίνακας δρομολόγησης (τι περιέχει) Βασικές στήλες: Αριθμός δικτύου IP Αναγνωριστικό Άμεσης/Έμμεσης δρομολόγησης Διεύθυνση IP δρομολογητή Αριθμός διεπαφής δικτύου

Πίνακας δρομολόγησης (παραδείγματα) α. Άμεση δρομολόγηση

Πίνακας δρομολόγησης (παραδείγματα) β. Άμεση και Έμμεση δρομολόγηση

Άμεση δρομολόγηση (λειτουργία)

Ο Α στέλνει αυτοδύναμο πακέτο στον Β. To πρωτόκολλο IP του Α: α. Ξεχωρίζει από το αυτοδύναμο πακέτο τη διεύθυνση IP προορισμού (223.1.2.2) και με τη βοήθεια μάσκας υπολογίζει από αυτή τη Διεύθυνση Δικτύου Προορισμού (ΔΔΠ)(223.1.2). β. Ψάχνει στον πίνακα δρομολόγησής του για εγγραφή που να έχει στη στήλη Δίκτυο ίδια καταχώρηση με τη ΔΔΠ. Τέτοια εγγραφή στο συγκεκριμένο παράδειγμα είναι η πρώτη και μοναδική στον πίνακα. γ. Εξετάζει στην εγγραφή αυτή το Αναγνωριστικό άμεσης/έμμεσης δρομολόγησης. Βλέπει Άμεση δρομολόγηση, οπότε χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο ARP για να πάρει τη διεύθυνση Ethernet του Β και να δημιουργηθεί πλαίσιο Ethernet, το οποίο στέλνεται στον υπολογιστή Β μέσω της διεπαφής 1.

δ. Η επικεφαλίδα IP του αυτοδύναμου πακέτου και η επικεφαλίδα Ethernet του αντίστοιχου πλαισίου Ethernet που δημιουργεί ο υπολογιστής Α έχουν την παρακάτω μορφή: !Το πρωτόκολλο IP δεν προσθέτει κάποια επιπλέον υπηρεσία σε σχέση με αυτές, που ήδη παρέχονται από το φυσικό δίκτυο Ethernet.

Έμμεση δρομολόγηση (λειτουργία)

Ο Α στέλνει αυτοδύναμο πακέτο στον Ε. Το πρωτόκολλο IP του υπολογιστή Α: α. Ξεχωρίζει από το αυτοδύναμο πακέτο τη διεύθυνση IP προορισμού (223.1.3.2) και με τη βοήθεια μάσκας υπολογίζει από αυτή τη Διεύθυνση Δικτύου Προορισμού (ΔΔΠ)(223.1.3). β. Ψάχνει στον πίνακα δρομολόγησής του για εγγραφή που να έχει στη στήλη Δίκτυο ίδια καταχώρηση με τη ΔΔΠ. Τέτοια εγγραφή στο συγκεκριμένο παράδειγμα είναι η δεύτερη στον πίνακα. γ. Εξετάζει στην εγγραφή αυτή το Αναγνωριστικό άμεσης/έμμεσης δρομολόγησης. Βλέπει Έμμεση δρομολόγηση, μέσω του Δρομολογητή Δ, οπότε χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο ARP για να πάρει τη διεύθυνση Ethernet του Δ και να δημιουργηθεί πλαίσιο Ethernet, το οποίο στέλνεται στον δρομολογητή Δ μέσω της διεπαφής 1.

δ. Η επικεφαλίδα IP του αυτοδύναμου πακέτου και η επικεφαλίδα Ethernet του αντίστοιχου πλαισίου Ethernet που στέλνει ο υπολογιστής Α στον δρομολογητή Δ έχουν την παρακάτω μορφή: ε. Ο δρομολογητής Δ, όταν, μέσω της διεπαφής του 1, πάρει το πλαίσιο Ethernet που του έστειλε ο Α, το μετατρέπει σε αυτοδύναμο πακέτο IP. Στη συνέχεια εξετάζει αν η διεύθυνση προορισμού είναι η δικιά του. Αφού δεν είναι, αποφασίζει να το προωθήσει στον προορισμό του.

Το πρωτόκολλο ΙP του δρομολογητή Δ: α. Ξεχωρίζει από το αυτοδύναμο πακέτο τη διεύθυνση IP προορισμού (223.1.3.2) και με τη βοήθεια μάσκας υπολογίζει από αυτή τη Διεύθυνση Δικτύου Προορισμού (ΔΔΠ)(223.1.3). β. Ψάχνει στον πίνακα δρομολόγησής του για εγγραφή που να έχει στη στήλη Δίκτυο ίδια καταχώρηση με τη ΔΔΠ. Τέτοια εγγραφή στο συγκεκριμένο παράδειγμα είναι η δεύτερη στον πίνακα. γ. Εξετάζει στην εγγραφή αυτή το Αναγνωριστικό άμεσης/έμμεσης δρομολόγησης. Βλέπει Άμεση δρομολόγηση, οπότε χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο ARP για να πάρει τη διεύθυνση Ethernet του Ε και να δημιουργηθεί πλαίσιο Ethernet, το οποίο στέλνεται στον υπολογιστή Ε μέσω της διεπαφής 3. δ. Η επικεφαλίδα IP του αυτοδύναμου πακέτου και η επικεφαλίδα Ethernet του αντίστοιχου πλαισίου Ethernet που στέλνει ο δρομολογητής Δ στον υπολογιστή Ε έχουν την παρακάτω μορφή:

ε. Όταν ο υπολογιστής Ε πάρει το πλαίσιο που απευθύνεται σε αυτόν, το μετατρέπει πρώτα σε αυτοδύναμο πακέτο IP. Στη συνέχεια ελέγχει τη διεύθυνση IP προορισμού, αναγνωρίζει ότι είναι η δικιά του και περνά το αυτοδύναμο πακέτο στα πρωτόκολλα ανώτερου επιπέδου.