Intersieci – protokoły warstwy sieciowej i transportowej Wykład 5, 6 Intersieci – protokoły warstwy sieciowej i transportowej TCP/IP - część 3. Przedmiot: Sieci komputerowe Ryszard Wiatr

Sieć szkieletowa ARPANET Rutery podstawowe Internetu - łączenie sieci lokalnych z Arpanetem Sieć szkieletowa ARPANET rutery podstawowe R1 R2 Rn .... Sieć lokalna 1 Sieć lokalna n Sieć lokalna 2

Sieć szkieletowa R1 R2 R3 Sieć lokalna 1 Sieć lokalna 3 Sieć lokalna 2 Trasy domyślne dla ruterów połączonych z siecią szkieletową Trasowanie poprawne, ale nieefektywne

Z1 Z2 Zn Z3 Z7 Z6 Z4 Z5 Rutery podstawowe - nie korzystają z tras domyślnych Z1 Z2 Rutery zewnętrzne (poboczne) - korzystają z tras domyślnych Zn System ruterów podstawowych Z3 Z7 Z6 Z4 Z5

Równorzędne sieci szkieletowe problemy z jednoznacznym trasowaniem Sieć szkieletowa NSFBET Lokalna 1 Lokalna 2 R1 R2 R3 Sieć szkieletowa ARPANET Lokalna 3 Lokalna 4

Problem: dla błędu w adresie odbiorcy dla datagramu tworzy się pętla Podział systemu ruterów podstawowych na dwa zbiory, z trasami domyslnymi Trasy domyślne do ośrodków poza systemem 1 Częściowy system ruterów podstaw. 1 Częściowy system ruterów podstaw. 2 Trasy domyślne z ośrodków poza systemem ruterów podstawowych 1 Trasy domyślne z ośrodków poza systemem ruterów podstawowych 2 Trasy domyślne do ośrodków poza systemem 2 Problem: dla błędu w adresie odbiorcy dla datagramu tworzy się pętla

Trasowanie - algorytm wektor-odległość Cel Odległość Trasa Sieć 1 Sieć 2 bezpośrednia Początkowa zawartość tablicy tras rutera dla algorytmu wektor-odległość Cel Odległość Trasa Cel Odległość Sieć 1 Sieć 2 Sieć 5 Sieć 16 Sieć 25 Sieć 32 Sieć 44 8 5 6 2 bezpośrednia Ruter D Ruter K Ruter A Ruter F Sieć 1 Sieć 5 Sieć 16 Sieć 20 Sieć 25 Sieć 32 Sieć 44 2 3 6 4 5 10 Tablica tras rutera B Komunikat o zmianach otrzymany przez ruter B od rutera A od rutera

Format komunikatu GGP o zmianie traz 0 8 16 23 typ (12) nieużywane (0) numer porządkowy aktualizacja liczba odległości odległość D1 liczba sieci odl. o D1 pierwsza sieć odległa o D1 pierwsza sieć odległa o D1 druga sieć odległa o D1 druga sieć odległa o D1 ........ ........ ostatnia sieć odległa o D1 ostatnia sieć odległa o D1 odległość D2 liczba sieci odl. o D2 pierwsza sieć odległa o D2 druga sieć odległa o D2 ........ ostatnia sieć odległa o Dn Format potwierdzenia GGP; typ 2 - potwierdzenie pozytywne, typ 10 - negatywne typ (2 lub 10) nieużywane (0) numer porządkowy Format komunikatu GGP „prośba o echo”; typ 8 - prośba, typ 0 - odpowiedź z echem typ (0 lub 8) nieużywane (0)

Trasowanie - algorytm według stanu łączy SPF (Shortest Path First) Algorytm najkrótszej ścieżki Każdy uczestniczący ruter ma pełna informacje o topologii intersieci graf sieci: wierzchołki grafu to rutery a krawędzie to sieci Każdy ruter testuje sąsiednie rutery, czy działają i są dostępne (reguła k-spośród-n) Każdy ruter wysyła okresowo komunikat do wszystkich innych ruterów o stanie każdego ze swoich łączy Wyliczanie nowych informacji o trasach przy pomocy algorytmu Dijkstry znajdowania najkrótszych ścieżek w grafie połączeń Zaleta: każdy z ruterów wyznacza trasy niezależnie od innych ruterów, na podstawie tych samych komunikatów

Problem dodatkowego etapu Sieć szkieletowa R3 Sieć lokalna 1 Sieć lokalna 2 R2 Rutery poboczne podłączone do sieci szkieletowej muszą, aby optymalnie wyznaczać trasy - poznawać je z ruterów podstawowych

Gdy wiele sieci i ruterów jest przyłączone do sieci szkieletowej za pomocą jednego połączenia, to potrzebny jest dodatkowy mechanizm przekazujący do systemu ruterów podstawowych informacje o osiągalności dodatkowych sieci lokalnych Sieć szkieletowa R1 Ruter podstawowy Sieć lokalna 1 R2 R3 R4 Sieć lokalna 2 Sieć lokalna 3 Sieć lokalna 4

System autonomiczny System autonomiczny to dodatkowa struktutura dopasowana do granic stref zarządzania - każdy zbiór sieci i ruterów zarządzany przez jedno ciało ma swobodę przy wybieraniu wewnętrznej architektury tras musi zbierać informacje o wszystkich swoich sieciach musi mieć wybrany ruter do porzekazywania innym systemom autonomicznym informacji o osiągalności centralny organ przypisuje numer systemu autonomicznego wspólna administracja i wspólna polityka rutingu

System autonomiczny Sieć szkieletowa R1 R2 ......... Rn System autono- miczny 1 System autono- miczny 2 System autono- miczny n W systemie autonomicznym rutery mają swobodę w obieraniu własnych mechanizmów odkrywania, propagowania, uaktualniania i sprawdzania poprawności tras. Rutery podstawowe same stanowią system autonomiczny

(Exterior Gateway Protocol) Protokół EGP (Exterior Gateway Protocol) Dwa rutery zewnętrzne - R1 i R2 - używają EGP do oferowania zebranych informacji o sieciach w ramach ich systemów autonomicznych EGP System autonomiczny 1 System autonomiczny 2 R2 R1 Mechanizm pozyskiwania sąsiada

Nagłówek komunikatu EGP Typ komunikatu TGP Opis Prośba o pozyskanie Potwierdzenie pozyskania Odmowa pozyskania Prośba o zaprzestanie Potwierdzenie zaprzestania Hello Słyszę Prośba o dane Aktualne trasy Błąd Prośba do rutera, aby się stał sąsiadem (partnerem) Pozytywna odpowiedź na prośbę o pozyskanie Negatywna odpowiedź na prośbe o pozyskanie Prośba o zakończenia bycia sąsiadem Odpowiedź potwierdzająca zaprzestanie Prośba, aby sąsiad odpowiedział, jeżeli „jest żywy” Odpowiedź na komunikat „Hello” Prośba o uaktualnienie tras Informacje o osiągalności w sieciach Odpowiedź na nieprawidłowy komunikat

numer systemu autonomicznego Nagłówek poprzedzający każdy komunikat EGP: 0 8 16 31 wersja typ kod stan suma kontrolna numer systemu autonomicznego numer porządkowy Wersja - liczba całkowita identyfikująca wersje EGP użytą przy tworzeniu komunikatu Typ - identyfikacja typu komunikatu Kod - precyzuje podtyp Suma kontrolna - służy do badania czy komunikat przybył nienaruszony Numer syst. auton. - numer przypisany systemowi autonomicznemu, w którym znajduje się ruter wysyłający komunikat Numer kolejny - numer, którego nadawca używa do wiązania koimunikatów z odpowiedziami na nie

Komunikaty pozyskiwania sąsiada w EGP: 0 8 16 31 wersja Typ (3) Kod (od 0 do 4) stan suma kontrolna numer systemu autonomicznego numer porządkowy odstęp dla Hello czas między odpytaniami Kod Znaczenie 1 2 3 4 Prośba o pozyskanie Potwierdzenie pozyskania Odmowa pozyskania Prośba o zaprzestanie Potwierdzenie zaprzestania

numer systemu autonomicznego Komunikaty związane z osiągalnością sąsiada w EGP: 0 8 16 31 wersja Typ (5) Kod (0 lub 1) stan suma kontrolna numer systemu autonomicznego numer porządkowy Kod Znaczenie 1 Hello Słyszę

numer systemu autonomicznego Komunikaty związane z prośbą o dane w EGP: 0 8 16 31 wersja Typ (2) Kod (od 0 do 1) stan suma kontrolna numer systemu autonomicznego numer porządkowy zarezerwowane początkowa sieć IP

Rutery z dwóch systemów autonomicznych używające EGP do Używane EGP Wspólna sieć R2 R1 Rutery z dwóch systemów autonomicznych używające EGP do przekazywania informacji o osiągalności. Komunikat ten określa rutery we wspólnej dla obu systemów sieci oraz odbiorców osiągalnych przez te rutery

..... ..... ..... wersja typ (1) kod (0) stan suma kontrolna 0 8 16 31 wersja typ (1) kod (0) stan suma kontrolna numer systemu autonomicznego numer porządkowy # B. WEW. # B. ZEWN. początkowa sieć IP adres IP 1. rutera (bez prefiksu sieciowego) # odległości odległość D11 # sieci odl. o D11 sieć 1. odległa o D11 Komunikaty EGP z aktualnymi trasami sieć 2. odległa o D11 ..... odległość D12 # sieci odl. o D12 sieć 1. odległa o D12 sieć 2. odległa o D12 ..... adres IP n. rutera (bez prefiksu sieciowego) # odległości odległość Dn1 # sieci odl. o Dn1 sieć 1. odległa o Dn1 sieć 2. odległa o Dn1 ..... ostatnia sieć o ostatniej odległości dla rutera n

Przykład systemu autonomicznego. Ruter R2 realizuje protokół EGP i powiadamia o odległościach do innych sieci mierzonych względem sieci podstawowej Do sąsiada w innym systemie autonomicznym Sieć podstawowa Działa z EGP R1 R2 Sieć 1 Sieć 2 R3 Sieć 3 R4 Sieć 4

Sieć 1 Przykład intersieci - między każdymi 2 komputerami w w niej jest tylko jedna trasa R1 Sieć 2 R2 Sieć 3 R3 R4 Sieć 4 Sieć 5

Sieć 1 Przykład intersieci - dodatkowy ruter daje alternatywną trasę. Oprogramowanie trasujące może szybko reagować na błędy i automatycznie wybierać trasy alternatywne R1 Sieć 2 R5 R2 Sieć 3 R3 R4 Sieć 4 Sieć 5

Dwa systemy autonomiczne, z których każdy wewnętrznie używa protokołu IGP, ale ruter zewnętrzny każdego systemu porozumiewa sięz drugim systemem za pomocą EGP IGP1 EGP IGP2 IGP2 IGP1

Protokół RIP (Routing Information Protocol) Jeden z najczęściej używanych protokołów IGP ( w unix routed) Maszyny czynne i bierne - czynne oferują innym swoje informacje o trasach - bierne tylko słuchają i modyfikują swoje informacje na podstawie otrzymywanych ofert Czynne - rozgłaszanie komunikatów co 30 sek. Miara odległości: etapy, liczone od jeden, a więc ilość ruterów na trasie aby uniknąć oscylacji między 2 lub większą liczbą tras o tym samym koszcie, RIP wymaga, by nie zmieniać tras do chwili uzyskania oferty o mniejszym koszcie trasa jest usuwana z tablicy tras, jeżśli po upływie 180 sek. nie zostanie ponownie zaoferowana

Problem powolnej zbieżności Sieć 1 R1 R2 R3 Wszystkie 3 rutery znają trasę do sieci 1 Sieć 1 R1 R2 R3 Połączenie z siecią 1 znika, ale ruter R2 nadal je oferuje, powodując powstanie pętli

Rozwiązania problemu powolnej zbieżności Uaktualnianie z podzielonym horyzontem - ruter zapamiętuje interfejs, z którego otrzymał informacje o danej trasi, i nie propaguje swojej informacji o danej trasie przez ten sam interfejs Wstrzymanie - ruter ignoruje wszelkie informacje o trasach danej sieci przez pewnien czas od otrzymania komun ikatu o jeju nieosiągalności, zwykle 60 sek. Metoda odtrutki - gdy znika połączenie, oferujący je ruter zachowuje o nim informacje przez kilka cykli wymiany informacji o trasach, a w swoich komunikatach podaje odległość równą niespończoności Wymuszone odświerzanie - ruter wysyła komunikat o zmianach natychmiast po otrzymaniu złych wieści, a nie po odczekaniu do następnego okresowego komunikatu

.... Format komunikatów RIP polecenie (1-5) wersja (1) zero 0 8 16 31 polecenie (1-5) wersja (1) zero rodzina sieci 1 zero adres IP sieci 1 zero zero odległość sieci 1 rodzina sieci 2 zero adres IP sieci 2 zero zero odległość sieci 2 .... Polecenie Znaczenie 1 2 3 4 5 Prośba o częściową lub pełna informację o trasach Odpowiedź z parami sieć-odległość z tablicy tras nadawcy Włącz tryb śledzenia (nieaktualne) Wyącz tryb śledzenia (nieaktualne) Zarezerwowane na potrzeby Sun Microsystems

Protokół HELLO przestarzały ale używany wykorzystuje metrykę trasowania opartą na opóźnieniach a nie na liczbie etapów komunikaty Hello zawierają, oprócz informacji o trasie, znacznik czasu zasada: każda maszyna używająca tego protokołu przechowuje tablicę zawierającą oszacowanie stanów zegarów sąsiadujących z nią maszyn algorytm Hello działa podobnie jak RIP, ale maszyny do wyznaczania tras używają opóźnienia czasowe a nie etapy

.... Format komunikatów HELLO suma kontrolna data czas znacznik czasu 0 8 16 31 suma kontrolna data czas znacznik czasu lokalne liczba maszyn opóźnienie1 przesunięcie1 opóźnienie2 przesunięcie2 .... opóźnienien przesunięcien data czas zapisz czasu używany przez protokół do wyznaczania opóźnień

Protokół komunikatów OSPF (Open SPF) Otwarta (dostępna) specyfikacja protokołu - możliwość tworzenia własnych implementacji bez konieczności płacenia za licencję trasowanie zależne od typu obsługi (podanego w polu „typ obsługi” datagramu IP) równoważenie obciążenia możliwy podziała na niezależne obszary, nieznające nawzajem swojej topologii wdrożenie uwierzytelnienia (autentykacja osoby ustalającej reguły)

Format komunikatów OSPF (Open SPF) Ustalony 24-oktetowy nagłówek: 0 8 16 31 wersja (1) typ długość nagłówka adres IP rutera źródłowego identyfikator obszaru suma kontrolna typ uwierzytelnienia uwierzytelnienie (oktety 0-3) uwierzytelnienie (oktety 4-7) identyfikator obszaru Typ Znaczenie 1 2 3 4 5 Hello (do testowania połączenia) Opis bazy danych (topologii) Prośba o status łączy Informacja o stanie łączy Potwierdzenie przyjęcia informacji o stanie łączy

Format komunikatów OSPF (Open SPF) Format komunikatu „hello”: 0 8 16 31 Nagłówek OSPF typu 1 Maska sieci Czas oczekiwania Okres hello priorytet Wyróżniony ruter Zapasowy wyróżniony ruter Adres IP sąsiada 1 Adres IP sąsiada 2 ....... identyfikator obszaru Adres IP sąsiada n Każa para ruterów wymienia okresowo takie komunikaty, aby ustalić istnienie łączności między nimi

Format komunikatów OSPF (Open SPF) Format komunikatu „opis bazy danych”: 0 8 16 31 Nagłówek OSPF typu 2 zero I M S Numer kolejny w bazie Typ łącza Id łącza Oferujący ruter Numer kolejny łącza Suma kontrolna łącza Wiek łącza ....... Typ łącza Znaczenie 1 2 3 4 5 Łącze do rutera Łącze sieci Łącze zbiorcze (sieć IP) Łącze zbiorcze (ruter graniczny) Łącze zewnętrzne (z innym ośrodkiem)

Format komunikatów OSPF (Open SPF) Format komunikatu „prośba o stan łączy”: 0 8 16 31 Nagłówek OSPF typu 3 Typ łącza Id łącza Oferujący ruter ....... ......

Liczba ofert stanu łącza Format komunikatów OSPF (Open SPF) Format komunikatów „informacja o stanie łączy: 0 8 16 31 Nagłówek OSPF typu 4 Liczba ofert stanu łącza Oferta stanu łącza 1 ...... Oferta stanu łącza n Format komunikatu „informacja o stanie łączy” Wiek łącza Typ łącza Id łącza Oferujący ruter .....numer kolejny łącza Suma kontrolna łącza długość Format nagłówka używanego przez oferty stanu łączy