ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΟ INTERNET: Άμεση - Direct Routing

Παρουσίαση με θέμα: "ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΟ INTERNET: Άμεση - Direct Routing"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΟ INTERNET: Άμεση - Direct Routing
Έμμεση - Indirect Routing Interior Gateway Protocol (IGP) Border Gateway Protocol (BGP) 29/10/2012 Credit: Kurose & Rose ppt

2 Δύο βασικές λειτουργικότητες του επιπέδου Δικτύου
Προώθηση (forwarding): Μετακίνηση πακέτων από την είσοδο δρομολογητή σε κατάλληλη έξοδο Δρομολόγηση: καθορισμός διαδρομής πακέτων από πηγή προς προορισμό. routing algorithms

3 Συσχέτιση μεταξύ δρομολόγησης και προώθησης
1 2 3 0111 Τιμή στην επικεφαλίδα του πακέτου routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 1001

4 ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ
Άμεση δρομολόγηση (direct) Κάθε κόμβος (PC, router) στέλνει πακέτα IP σε interface κόμβου του ίδιου υποδικτύου Έμμεση δρομολόγηση (indirect) Ο κόμβος στέλνει πακέτα IP σε κόμβο του ίδιου δικτύου, χρησιμοποιώντας δρομολογητές (routers) Ο κόμβος πρέπει να γνωρίζει τη διεύθυνση του interface δρομολογητή (gateway) & την διεύθυνση L2 (MAC) μέσω ARP Οι τελικοί κόμβοι στέλνουν πακέτα με διεύθυνση προορισμού εκτός του δικτύου τους σε default gateway (π.χ ) Ο δρομολογητής πρέπει να γνωρίζει τη διαδρομή (επόμενο interface δρομολογητή) προς το δίκτυο – υποδίκτυο προορισμού

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΟΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΕ HOST Host Routing Table
Εγγραφές του τύπου (N, R) N: Δίκτυο προορισμού R: Επόμενο interface δρομολογητή (gateway) Host routing table σε λειτουργικό Windows από το μηχάνημα με IP > netstat -nr Routing Table: Network Destination Netmask Gateway Interface Metric Προς το ίδιο τοπικό υποδίκτυο /24 σαν gateway ορίζεται κατευθείαν (direct) το τοπικό interface Προς destination dolly.netmode.ntua.gr ( ) gateway θα είναι το τοπικό interface Προς όλα τα άλλα δίκτυα σαν gateway ορίζεται το (default gateway: router.netmode.ntua.gr) Προς local host /8 (π.χ. για δοκιμή δικτυακών εφαρμογών τοπικά) ή προς το ίδιο το /32 «προωθούνται» στο «interface» Προς διεύθυνση broadcast /32 σαν gateway ορίζεται κατευθείαν (direct) το τοπικό interface (η διεύθυνση δεν ισχύει στο δίκτυο του ΕΜΠ) Προς διευθύνσεις multicast /4 σαν gateway ορίζεται κατευθείαν (direct) το τοπικό interface

6 Ιεραρχική δρομολόγηση
Όλη η μελέτη δρομολόγησης είναι μια απλοποίηση Όλοι οι δρομολογητές είναι ίδιοι Ότι το δίκτυο είναι “επίπεδο” … αυτό στην πράξη δεν είναι ισχύει Κλιμάκωση: με 200 εκ. προορισμούς: Δεν μπορεί να αποθηκεύσει όλους τους προορισμούς στους πίνακες δρομολόγησης! Και μόνο η ανταλλαγή πινάκων δρομολόγησης θα γεμίσει τα links! Διαχειριστική Αυτονομία internet = δίκτυα από δίκτυα Κάθε διαχειριστής δικτύου θέλει να ελέγχει την δρομολόγηση του δικτύου του και των πελατών του

7 Ιεραρχική Δρομολόγηση (2)
Συνάθροιση δρομολογητών σε περιοχές, “autonomous systems” (AS) Οι δρομολογητές στο ίδιο AS τρέχουν το ίδιο πρωτόκολλο δρομολόγησης “intra-AS” routing protocol Οι δρομολογητές σε διαφορετικά AS μπορεί να τρέχουν διαφορετικά intra-AS πρωτόκολλα δρομολόγησης Gateway router Άμεσο link του δρομολογητή σε γειτονικό AS

8 Γιατί διαφορετική δρομολόγηση Intra- και Inter-AS?
Πολιτική: Inter-AS: Ο διαχειριστής θέλει να έχει τον έλεγχο της διαδρομής της κίνησης, και ποιοι την χρησιμοποιούν Intra-AS: Δεν απαιτείται πολιτική Κλιμάκωση: Ιεραρχική δρομολόγηση εξοικονομεί μέγεθος πίνακα δρομολόγησης Performance: Intra-AS: βελτίωση της επίδοσης (π.χ. επιλογή γρήγορων γραμμών) Inter-AS: η πολιτική μπορεί να υπερτερεί της επίδοσης

9 Διασυνδεδεμένα AS 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b Intra-AS Routing algorithm Inter-AS Forwarding table 3c Το forwarding table γεμίζει από πρωτόκολλα δρομολόγησης intra- και inter-AS intra-AS διαδρομές για εσωτερικούς προορισμούς inter-AS & Intra-AS διαδρομές για εξωτερικούς προορισμούς

10 Inter-AS δρομολόγηση AS1 πρέπει να : Μάθει ποιοι προορισμοί είναι προσβάσιμοι (reachable) μέσω AS2, και ποιοί μέσω AS3 Προώθηση πληροφορίας πρόσβασης σε όλους τους δρομολογητές του AS1 Λειτουργία της inter-AS δρομολόγησης! Έστω δρομολογητής εντός AS1 λαμβάνει πακέτο με προορισμό εκτός AS1 Ο δρομολογητής πρέπει να προωθήσει το πακέτο σε ένα gateway αλλά σε ποιο; 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c

11 Παράδειγμα: πλήρωση forwarding table για το δρομολογητή 1d
Έστω AS1 μαθαίνει (μέσω inter-AS protocol) ότι το υποδίκτυο είναι προσβάσιμο μέσω του AS3 (gateway 1c) αλλά όχι μέσω AS2. Το πρωτόκολλο inter-AS προωθεί πληροφορία πρόσβασης (reachability info) σε όλους τους εσωτερικούς δρομολογητές. Ο δρομολογητής 1d καθορίζει από το intra-AS ότι το interface L είναι στην καλύτερη (ελάχιστη) διαδρομή προς τον 1c. δημιουργεί την πληροφορία (X,L) στο forwarding table … x 3c 3a 2c 3b L 2a AS3 2b 1c AS2 1a 1b AS1 1d

12 Παράδειγμα: Επιλογή μεταξύ πολ/λών ASs
έστω AS1 μαθαίνει από το πρωτόκολλο inter-AS το υποδίκτυο x είναι διαθέσιμο μέσω AS3 και μέσω AS2. για την ρύθμιση του forwarding table, ο δρομολογητής 1d πρέπει να καθορίσει ποιο gateway θα χρησιμοποιήσει για το προορισμό x. Αυτό είναι λειτουργία για το inter-AS πρωτόκολλο δρομολόγησης! 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c x …

13 Παράδειγμα: Επιλογή μεταξύ πολ/λών As (2)
έστω AS1 μαθαίνει από το πρωτόκολλο inter-AS το υποδίκτυο X είναι διαθέσιμο μέσω AS3 και μέσω AS2. για την ρύθμιση του forwarding table,ο δρομολογητής 1d πρέπει να καθορίσει ποιο gateway θα χρησιμοποιήσει για το προορισμό X. Αυτή είναι λειτουργία για το inter-AS πρωτόκολλο δρομολόγησης! Ενημέρωση inter-AS protocol ότι υποδίκτυο x είναι προσβάσιμο μέσω πολ/λων gateways Χρήση routing info από το intra-AS Για τον καθορισμό του κόστους των πολ/πλων διαδρομών προς κάθε gateway Hot potato routing: Επιλογή του gateway με το μικρότερο κόστος Καθορισμός από το forwarding table του interface I που οδηγεί στο least-cost gateway. Εισαγωγή (X,L) στο forwarding table

14 Η έννοια των γράφων z x u y w v 5 2 3 1 Γράφος: G = (N,E)
N = σύνολο από δρομολογητές { u, v, w, x, y, z } E = σύνολο από γραμμές ={ (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) } Σημείωση: Η έννοια των Γράφων είναι χρήσιμη σε διάφορα θέματα δικτύων Π.χ.: P2P, όπου N σύνολο από peers και E σύνολο από TCP συνδέσεις

15 Γράφοι: κόστος u y x w v z 2 1 3 5 c(x,x’) = κόστος της γραμμής (x,x’) - π.χ., c(w,z) = 5 Το κόστος μπορεί να είναι 1, ή αντίστροφο της χωρητικότητας, ή αντίστροφο της συμφόρησης Κόστος διαδρομής (x1, x2, x3,…, xp) = c(x1,x2) + c(x2,x3) + … + c(xp-1,xp) ερώτηση: Ποια είναι η διαδρομή ελαχίστου κόστους μεταξύ u και z ? Αλγόριθμος δρομολόγησης: εύρεση διαδρομής ελάχιστου κόστους

16 Intra-AS Routing RIP: Routing Information Protocol
γνωστά και ως Interior Gateway Protocols (IGP) τα πλέον γνωστά Intra-AS routing protocols: RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary)

17 ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΕΥΡΕΣΗΣ ΔΡΟΜΩΝ εντός AS (Δρομολόγηση Intra- AS)
DV: Distance Vector (αλγόριθμος Bellman-Ford) IGP: RIP (Routing Information Protocol) EGP: BGP (Border Gateway Protocol) LS: Link State (αλγόριθμος Dijkstra) IGP: OSPF (Open Shortest Path First): Link State Data Base + αλγόριθμος Dijkstra στον κορμό Αυτόνομου Δικτύου (Core of an Autonomous System, AS) Κόστος γραμμών δικτύου: Ανάλογα με την ταχύτητα ή οριζόμενα από τον Διαχειριστή Ανανέωση κόστους γραμμών: κάθε 240 sec (default) ή λόγω μεταβολής κατάστασης Στα περιφερειακά υποδίκτυα (stub areas): Default G/W

18 ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Layer 3 Routing
Interior Gateway Protocols (IGP): Μια έξοδος προς επόμενο Interface για κάθε τελικό προορισμό (δίκτυο) RIP: Bellman Ford OSPF (Open Shortest Path First): Dijkstra, ιεραρχικό με stub areas) IS-IS Exterior (Border) Gateway Protocols (EGP/BGP): Πολλές εναλλακτικές διαδρομές με βάρη προς όλα τα γνωστά δίκτυα (περίπου σήμερα) μεταξύ ακραίων (border) routers αυτονόμων συστημάτων (Autonomous Systems, AS, περίπου σήμερα). Η διαδρομή καταγράφεται στον BGP Table των ακραίων δρομολογητών (border gateways) ενός AS ανά δίκτυο προορισμού και την σειρά των AS’s της προτεινόμενης διαδρομής (μαζί με το βάρος της) Οι πίνακες BGP φυλάσσονται στην ηλεκτρονική μνήμη των border gateways και ανανεώνονται δυναμικά όποτε υπάρχουν αλλαγές στο Internet με ευθύνη των γειτονικών δρομολογητών (border gateways) που ανακοινώνουν τα δίκτυα των αυτονόμων κοινοτήτων (AS’s) που γνωρίζουν (advertising)

19 ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΤΟΥ Ε.Μ.Π. ntua.gr (147.102.0.0/16, ASN 3323)

20 ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΤΩΝ (Links between Routers)
Για ομοιομορφία της δρομολόγησης, κάθε γραμμή ορίζεται (συνήθως) σαν δίκτυο με 4 τουλάχιστον διευθύνσεις (/30) Παράδειγμα: Μεταξύ ΕΜΠ /16 & Παν. Αθηνών /18 ορίζεται το «δίκτυο» /30 Υποδίκτυο: /30 Άκρο ΕΜΠ: /30 Άκρο Παν. Αθηνών: /30 Broadcast: /30

21 Internet inter-AS routing: BGP
BGP (Border Gateway Protocol): the de facto standard BGP δίνει σε κάθε AS τον τρόπο για να: Μαθαίνει πληροφορίες πρόσβασης (subnet reachability information) από γειτονικά AS/δρομολογητές. Προώθηση reachability information σε όλους τους εσωτερικούς AS-internal δρομολογητές. Καθορισμός “καλών” routes προς υποδίκτυα με βάση reachability information και policy. Επιτρέπει σε subnet να ανακοινώσουν την ύπαρξη τους στο υπόλοιπο Internet: “Είμαι εδώ”

22 BGP - βασικά pairs of routers (BGP peers) ανταλλάσουν πληροφορίες δρομολόγησης (routing info) πάνω από ημι-σταθερές συνδέσεις TCP: BGP sessions BGP sessions δεν χρειάζεται να αντιστοιχίζονται σε φυσικές συνδέσεις links. Όταν το AS2 ανακοινώνει ένα πρόθεμα (prefix) προς AS1: AS2 υπόσχεται ότι θα προωθεί πακέτα με διεύθυνση προορισμού το δεδομένο prefix. AS2 μπορεί να συναθροίσει (aggregate) prefixes στις ανακοινώσεις του 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c eBGP session iBGP session

23 BGP Control Messages BGP control messages διακινούνται με πρωτόκολλο TCP για flow control OPEN: ανοίγει TCP σύνδεση στο γείτονα (peer) και προαιρετικά ταυτοποιεί το απέναντι άκρο UPDATE: ανακοινώνει νέα path ή αποσύρει (withdraws) παλαιότερα KEEPALIVE κρατάει την σύνδεση ανοιχτή σε περίπτωση που δεν υπάρχουν UPDATES ή ACK σε αίτηση OPEN NOTIFICATION: ανακοίνωση σφαλμάτων σε προηγούμενα μηνύματα ή για να κλείσει η σύνδεση

24 Διανομή -reachability info
Με χρήση eBGP σύνδεσης μεταξύ 3a και 1c, AS3 στέλνει prefix reachability info στο AS1. 1c μπορει να χρησιμοποιήσει iBGP για διανομή νέων prefix info σε όλους τους δρομολογητές του AS1 1b μπορεί να ξανα-ανακοινώσει νέο reachability info στο AS2 πάνω από 1b-to-2a σύνδεση eBGP Ένας δρομολογητής όταν μαθαίνει νέο prefix, δημιουργεί routing entry στο πίνακα προώθησης. 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c eBGP session iBGP session

25 Path attributes και BGP routes
Ανακοινούμενο prefix περιλαμβάνει BGP attributes. prefix + attributes = “route” Δύο σημαντικά attributes: AS-PATH: διαδρομή ASs μέσα από την οποία έχει περάσει η ανακοίνωση του prefix advertisement: π.χ., AS 67, AS 17 NEXT-HOP: δείχνει την διεύθυνση IP (εσωτερική-στο_AS για το επόμενο hop στο γειτονικό AS (BGP-NEXT-HOP) Η λήψη ανακοινώσεων δρομολόγησης (route advertisement) φιλτράρεται από import policy για αποδοχή/ απόρριψη ανακοινώσεων.

26 AS-Path Ακολουθία από ASes που έχουν διανυθεί από ένα route
Αποφυγή βρόγχων Εφαρμογή πολιτικής AS 200 AS 100 /16 /16 / / AS 300 AS 400 /16 / / / AS 500

27 Next Hop Next hop to reach a network
AS 200 A B AS 300 /16 / / Next hop to reach a network Συνήθως ένα τοπικό δίκτυο είναι το next hop σε μια σύνοδο eBGP. AS 100 /16 20

28 BGP – επιλογή routes Είναι δυνατή η λήψη του ιδίου route prefix από πολλούς γειτονικούς border routers. Ο δρομολογητής πρέπει να επιλέξει το ΚΑΛΥΤΕΡΟ prefix : ΈΝΑΝ από του υποψήφιους δρομολογητές και το πώς θα τον προσεγγίσει. Network Layer

29 BGP – επιλογή routes -2 Κανόνες επιλογής:
Εάν το ΝEXT-HOP δεν είναι διαθέσιμο (μέσω ΙGP), απόρριψη του route local preference value attribute: policy decision Μικρότερη διαδρομή του AS-PATH Μικρότερο Multi Exit Discriminator (MED) metric πλησιέστερο NEXT-HOP router: hot potato routing μέσω του IGP Επιλογή του δρομολογητή με τη χαμηλότερη IP δ/νση για router-id Network Layer

30 LOCAL PREF Τοπικός (εντός του AS) μηχανισμός παροχής σχετική [προτεραιότητας μεταξύ BGP routers R5 R1 AS 200 R2 AS 100 AS 300 R3 Local Pref = 500 Local Pref =800 R4 I-BGP AS 256

31 Multi-Exit Discriminator (MED)
Οδηγία προς εξωτερικούς γείτονες για την προτιμούμενη διαδρομή προς ένα AS Μη μεταφερόμενο χαρακτηριστικό Χρησιμοποιείται όταν δύο As συνδέονται σε παραπάνω από ένα μέρος

32 MED Χρησιμοποιείται όταν δύο As συνδέονται σε παραπάνω από ένα μέρος Οδηγία προς τον R1 να χρησιμοποιήσει τον R3 αντι του R4 ΔΕΝ ΓΙΝΕΤΑΙ σύγκριση των τιμών του MED του AS40 με των τιμών του MED του AS30 MED = 50 R1 R2 AS 10 AS 40 MED = 120 MED = 200 R3 R4 AS 30

33 Εσωτερικό / Εξωτερικό BGP
BGP χρησιμοποιείται από R3 και R4 για ενημέρωση Πως μαθαίνουν οι R1 και R2 τις εγγραφές δρομολόγησης (routes); Επιλογή 1: Ανακοίνωση των routes μέσω του IGP Λειτουργεί μόνο για μικρό αριθμό Επιλογή 2: Use I-BGP R1 E-BGP AS1 R3 R4 AS2 R2

34 Εσωτερικό -Internal BGP (I-BGP)
Ίδια μηνύματα με E-BGP Διαφορετικοί κανονές για επα-ανακοίνωση prefixes: Prefix από E-BGP μπορεί να ανακοινωθεί I-BGP neighbor και ανάποδα αλλά Prefix από ένα I-BGP γείτονα δεν μπορεί να ανακοινωθεί σε άλλο I-BGP γείτονα Λόγος: κίνδυνος βρόγχων.

35 Internal BGP (I-BGP) AS1 AS2 R1 E-BGP R3 R4 R2 I-BGP
R3 μπορεί να πεί στον R1 και R2 prefixes από R4 R3 μπορεί να πεί στον R4 prefixes από R1 και R2 R3 ΔΕΝ μπορεί να πεί στον R2 prefixes από R1 R2 μπορεί να βρεί αυτά τα prefixes μέσω απ’ευθείας σύνδεσης (BGP) με τον R1 Αποτέλεσμα: οι δρομολογητές I-BGP πρέπει να είναι fully meshed (via TCP)! σε αντίθεση με τις συνδέσεις E-BGP που αντιστοιχούν σε φυσικές συνδέσεις R1 E-BGP AS1 R3 R4 AS2 R2 I-BGP

36 BGP routing policy A,B,C είναι Δίκτυα Παρόχων (ISPs)
W X Y Ορολογία: Δίκτυο παρόχου Δίκτυο Πελάτη A,B,C είναι Δίκτυα Παρόχων (ISPs) X,W,Y είναι πελάτες (των ΙSPs) W,Y είναι single homed X είναι dual-homed: συνδεδεμένο σε δύο δίκτυα X δεν επιθυμεί την δρομολόγηση από το Β μέσω X προς το C .. έτσι X δεν θα ανακοινώσει στον B a route προς το C

37 BGP routing policy – οικονομική πολιτική (2)
A B C W X Y Ορολογία: Δίκτυο Πελάτη Δίκτυο παρόχου A ανακοινώνει path AW στον B B ανακοινώνει path BAW στον X Πρέπει ο B να ανακοινώσει path BAW στον C? Αδιανόητο! B δεν έχει “έσοδα” για δρομολόγηση CBAW εφόσον ούτε W ούτε ο C είναι πελάτες του B B επιθυμεί να πιέσει τον C για δρομολόγηση προς w μέσω A B επιθυμεί να δρομολογήσει μόνο από/πρός τους πελάτες ΤΟΥ!

38 ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ /16 ΜΕΣΩ BGP Distance Vector (από παρουσίαση του Timothy G. Griffin, AT&T Research, Paris 2002)

39 ΤΟ «ΕΜΠΟΡΙΚΟ» INTERNET There is no Free Lunch
Οι 9 Tier 1 ISP’s με πρόσβαση στα 300,000 δίκτυα - γνωστούς προορισμούς του Internet : AOL Transit Data Network AT&T Global Crossing Level 3 Verizon Business NTT Com. Qwest SAVVIS SprintLink