1 / 20

ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΟ INTERNET

ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΟ INTERNET. Β. Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr www.netmode.ntua.gr 12/11/2008. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ: Π ΡΟΤΥΠΟ ΤΡΙΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ. Διάσταση Μετάδοσης Δεδομένων - Data (forwarding) Plane

nita
Download Presentation

ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΟ INTERNET

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΟ INTERNET Β. Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr www.netmode.ntua.gr 12/11/2008

  2. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ:ΠΡΟΤΥΠΟΤΡΙΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΩΝ • ΔιάστασηΜετάδοσης Δεδομένων -Data (forwarding) Plane • Διαμόρφωση πλαισίων TDM: ITU-T SDH/GFP framing (από STM-1=155 Mbps  STM-, εφεδρεία ring protection, VC-4(150 Mbps) virtual concatenation (π.χ. VC-4-7v = 7 x VC-4  1 Gbps) • Optical Digital Wrapper (ITU-T G.709: 2.5, 10, 40 Gbps + Forward Error Correction - FEC) • ΚωδικοποίησησεπακέταEthernet, WiFi (IEEE 802.11), MPLS ή IP • Πρωτόκολλα προώθησης δεδομένων σε μεταγωγείς (switches) & δρομολογητές (routers) • Διάσταση Ελέγχου -Control Plane • In-band Signaling: Σηματοδοσία ενσωματωμένη σε επικαφαλλίδες πακέτων (IP headers, MPLS labels, VLAN tags) ‏ • Ξεχωριστά μηνύματα / πακέτα ελέγχου για σύνταξη πινάκων δρομολόγησης (Interior Gateway Protocol – IGP, Exterior/Border Gateway Protocol – EGP/BGP)‏ • Πακέτα ελέγχου «υγείας» του δικτύου – ICMP/ping/traceroute • Μηνύματα σηματοδοσίας για αποκατάσταση μονοπατιού – path (RSVP, LDP) & αντιστοίχηση επικεφαλλίδων (labels) σε γραμμές MPLS • Σηματοδοσία αντιστοίχησηςtime slots (ή χρώματος) σε γραμμές SDH (ή WDM),Out-of band Common Channel Signalling • Πρωτόκολλα ARP & DNS, αντιστοίχιση VLANtags…. • Διάσταση Διαχείρισης -Management Plane • Μοντέλο αναφοράς FCAPS: Fault, Configuration, Accounting, Performance & Security Management • Διαστασιολόγηση, παρουσίαση τοπολογίας. εντοπισμός βλαβών, ενημέρωση λογαριασμών - αποθήκης, μετρήσεις επίδοσης, ασφάλεια πρόσβασης,...

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

  4. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ:ΕΠΙΠΕΔΟ ΖΕΥΞΗΣ DATA LINK LAYERΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΔΕΝΔΡΙΚΗΣ ΤΟΠΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΑΓΩΓΕΩΝ (Spanning TreeProtocol - STP of Ethernet Switches, IEEE 802.1D) • Εξέλιξη των Αλγορίθμων Διάρθρωσης Διαφανών Γεφυρών Spanning Tree Protocol (STP) for Transparent Ethernet Bridges • Radia Perlman, DEC & MIT 1985 http://www1.cs.columbia.edu/~ji/F02/ir02/p44-perlman.pdf • Αναδιαμόρφωση Spanning Treehttp://en.wikipedia.org/wiki/Spanning_tree_protocol • Χρόνος Αντίδρασης σε Βλάβη: ~ 60 sec • Νεώτερες εκδόσεις του STP IEEE 802.1D: Rapid Spanning Tree Protocol – RSTP, IEEE 802.1w (1998), IEEE 802.1D (2004) Γέφυρες (Bridges, Switches): 3 (Root), 24, 92, 4, 5, 7, 12 Τοπικά δίκτυα Ethernet: a, b, c, d, e, f RP: Root Port DP: Designated Port BP: Blocking Port

  5. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ:ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΕΠΙΚΑΛΥΠΤΟΝΤΟΣ ΔΕΝΔΡΟΥETHERNET SPANNING TREE PROTOCOL - STP (IEEE 802.1D) RP: Root Port DP: Designated Port BP: Blocked Port SWITCH 1: Root Bridge PC_1 Layer 2 Manager Ενεργή σύνδεση PC_2 Ανενεργή σύνδεση DP DP SWITCH 2 SWITCH 3 Γνωστό στο Switch 4 Άγνωστο στο Switch 4 Aging: 300 sec (default) BP BP RP DP RP Forwarding Data Base per Switch Port Forward MAC frames to known destinations, e.g.. PC_6, PC_7, PC_2, PC_3, PC_5 to port from which it last heard them prior to aging, e.g. RP Forward to PC_10 only MAC frames addressed to it & broadcasts Broadcast unknown destination MAC frames (promiscuous mode) PC_8 PC_3 PC_6 PC_7 PC_4 PC_5 Bridge Protocol Data Units (BPDUs)Περιοδικά μηνύματα πρωτοκόλλου STP κάθε 2 sec (default) SWITCH 4 RP PORT STATES Listening: Ακούει τα BPDU’s Learning: Μαθαίνει τις διευθύνσεις MAC πίσω της & δημιουργεί την filteringή switching data base. Blocking: Ακούει τα BPDU’s αλλά δεν ενεργοποιεί προώθηση πακέτων εκτός να αντιληφθεί ότι το επικαλύπτον δένδρο έχει διασπαστεί Forwarding: Ακούει τα BPDU’s και προωθεί κανονικά τα πακέτα Disabled: Μη ενεργή PC_9 PC_10

  6. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ:ΔΡΟΜΟΛΟΓΙΣΗ ΜΕ VLANs (IEEE 802.1Q) VLAN “Red” (VID 00d) Switch Ports 1 & 9 Subnet 147.102.13.0/24 Default Gateway 147.102.13.200 VLAN “Blue” (VID 003) Switch Ports 4 & 12 IP Subnet 147.102.3.0/24 Default Gateway 147.102.3.200 Trunk Switch Port 5 IP ROUTER warp.core.ntua.gr 00:08:7c:63:e4:00 147.102.13.200 147.102.3.200 ETHERNET SWITCH ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΔΕΣΗ: ΛΟΓΙΚΗ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ: matrix.netmode.ntua.gr 147.102.13.60 00:13:a9:34:dd:aa DG: 147.102.13.200 00:08:7c:63:e4:00 DNS ARP 147.102.3.1 00:13:72:f6:5f:83 DG: 147.102.3.200 00:08:7c:63:e4:00 147.102.13.38 00:50:da:51:95:10 DG: 147.102.13.200 00:08:7c:63:e4:00 147.102.3.90 00:16:17:72:72:76 DG: 10.2.0.200 00:08:7c:63:e4:00 802.1Q Framing Add-On’s TPID: Tag Protocol ID PCP: Priority Code Point CFI: Canonical Format Identifier VID: VLAN ID (< 4096) MAC Address ETHERNET II IP, TCP/UDP, Data

  7. ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΓΕΦΥΡΩΜΕΝΩΝ ETHERNET ΣΕ ΔΙΚΤΥΑ ΠΑΡΟΧΩΝ Provider Backbone Bridges - PBB PE: Provider Edge Bridge CE: Customer Edge Bridge RB: Regular Bridge PE PE Provider Network RB CE CE CE CE Customer Network Customer Network RB Regular bridges • PBB, IEEE 802.1ah (2007): Επέκταση Ethernet (GigE, 10 Gig) σεΜητροπολιτικά Δίκτυα (MAN’s) & WANs • Τυποποίηση πρωτοκόλλων VPLS,MAC-in-MACκαι Q-in-Q για επέκταση VLAN’s • μεταξύ τοπικών δικτύων LAN’s με διαχείριση ποιότητας υπηρεσίας • Προς συρρίκνωση τοπολογίας επιπέδου 3  collapsed backbone με μηχανισμούς • μεταφοράς επιπέδου 2:10 Gig point-to-point Ethernet transport

  8. ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΕΠΙΠΕΔΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥLayer 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 250.000 σήμερα) μεταξύ ακραίων (border) routers αυτονόμων συστημάτων (Autonomous Systems, AS, περίπου 40.000 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)

  9. ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ:Interior Gateway Protocols(IGP) • Άμεση δρομολόγηση (direct) • 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. 147.102.13.200) • Ο δρομολογητής πρέπει να γνωρίζει τη διαδρομή (επόμενο interface δρομολογητή) προς το δίκτυο – υποδίκτυο προορισμού

  10. ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΟΡΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΕ HOSTHost 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 147.102.13.32 > netstat -nr Routing Table: Network Destination Netmask Gateway Interface Metric 0.0.0.0 0.0.0.0 147.102.13.200 147.102.13.32 20 127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1 147.102.13.0 255.255.255.0 147.102.13.32 147.102.13.32 20 147.102.13.32 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 20 147.102.255.255 255.255.255.255 147.102.13.32 147.102.13.32 20 224.0.0.0 240.0.0.0 147.102.13.32 147.102.13.32 20 • Προς το ίδιο τοπικό υποδίκτυο 147.102.13.0/24 σαν gateway ορίζεται κατευθείαν (direct) το τοπικό interface 147.102.13.32 • Προς destination dolly.netmode.ntua.gr (147.102.13.10) gateway θα είναι το τοπικό interface147.102.13.32 • Προς όλα τα άλλα δίκτυα 0.0.0.0 σαν gateway ορίζεταιτο 147.102.13.200 (default gateway: router.netmode.ntua.gr) • Προς local host127.0.0.0/8(π.χ. για δοκιμή δικτυακών εφαρμογών τοπικά) ή προς το ίδιο το 147.102.13.32/32 «προωθούνται» στο «interface»127.0.0.1 • Προς διεύθυνση broadcast 147.102.255.255/32 σαν gateway ορίζεται κατευθείαν (direct) το τοπικό interface 147.102.13.32(η διεύθυνση δεν ισχύει στο δίκτυο του ΕΜΠ) • Προς διευθύνσεις multicast 224.0.0.0/4 σαν gateway ορίζεται κατευθείαν (direct) το τοπικό interface147.102.13.32

  11. ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΤΩΝ (Links between Routers) • Για ομοιομορφία της δρομολόγησης, κάθε γραμμή ορίζεται (συνήθως) σαν δίκτυο με 4 τουλάχιστον διευθύνσεις (/30) • Παράδειγμα: Μεταξύ ΕΜΠ 147.102.0.0/16 & Παν. Αθηνών 195.134.64.0/18 ορίζεται το «δίκτυο» 147.102.224.32/30 • Υποδίκτυο: 147.102.224.32/30 • Άκρο ΕΜΠ: 147.102.224.33/30 • Άκρο Παν. Αθηνών: 147.102.224.34/30 • Broadcast: 147.102.224.35/30

  12. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΕΥΡΕΣΗΣ ΔΡΟΜΩΝ ΣΤΟ INTERNET • 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

  13. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ DISTANCE VECTORIGP RIP - BGP • Κάθε κόμβος υπολογίζει την επόμενη «βέλτιστη» στάση προς όλες τις κατευθύνσεις, σύμφωνα με την εικόνα που έχει τοπικά (πραγματικά κατανεμημένος αλγόριθμος) • Χρειάζεται γνώση του «κόστους» των άμεσων συνδέσεων (interfaces) και το εκτιμώμενο «κόστος» από τους άμεσους γείτονες προς όλους τους προορισμούς (π.χ. όλα τα δίκτυα στο Internet που ανακοινώνουν - announce – σε έναν ακραίο δρομολογητή μιας αυτόνομης κοινότητας - AS - οι γειτονικές του αυτόνομες κοινότητες στο πρωτόκολλο BGP) • Βασίζεται στον δυναμικό προγραμματισμό (με πιθανές επεκτάσεις για την ανακάλυψη εναλλακτικών δρόμων στο BGP) • Οι κόμβοι εντοπίζουν τους βέλτιστους δρόμους (shortest paths) προς όλους τους κόμβους εκτελώντας αλγόριθμο βασισμένο στον δυναμικό προγραμματισμό (dynamic programming) που εισήγαγε ο Bellman • Αρχικά παρουσίασε αστάθειες (π.χ. δρόμους με κύκλους - loops) αλλά σήμερα το πρωτόκολλο EGP BGP είναι η καρδιά του Internet • Το πρωτόκολλο IGP RIP σήμερα έχει αντικατασταθεί από το OPSF

  14. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ LINK STATEIGP OSPF • Κάθε δρομολογητής μιας περιοχής OSPF (core area) έχει πλήρη εικόνα της περιοχής του – τοπολογία, κόστη συνδέσεων • Όλοι οι δρομολογητές εκτελούν τον αλγόριθμο Dijkstra για εντοπισμό όλων των δρόμων ελαχίστου κόστους (shortest paths) σε ρόλο κεντρικού συστήματος ελέγχου, περιοδικά (default 240 sec) ή όποτε αντιληφθούν ότι άλλαξε η κατάσταση του δικτύου – θεωρητικά όλοι έχουν την ίδια εικόνα • Θεωρείται ευσταθής αλγόριθμος, επαρκής για IGP: Μια αυτόνομη κοινότητα ιεραρχείται εσωτερικά σε περιοχές OSPF (μία ή περισσότερες) + περιφερειακές stub areas με static routing (στο δίκτυο του ΕΜΠ, OSPF τρέχουν μόνο 2 δρομολογητές) • Γενίκευση του OSPF: Αλγόριθμος IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)

  15. ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝBellman Ford & Dijkstra • Δίκτυο (γράφος) αναφοράς • Τα κόστη των γραμμών αφορούν και στις 2 κατευθύνσεις • Στα παραδείγματα που ακολουθούν υπολογίζονται δένδρα ελαχίστων δρόμων (shortest path trees) από όλους προς την ρίζα {6} (Bellman Ford) και από την ρίζα {1} προς όλους (Dijkstra)‏ • ΠΡΟΣΟΧΗ: Η επιλογή του ρόλου της ρίζας του δένδρου (πηγή ή προορισμός) έγινε αυθαίρετα. Δεν εξαρτάται από τους αλγόριθμους που ισχύουν κατ’ αναλογία για αντίστροφους ρόλους ρίζας

  16. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ Bellman-FordDistance Vector (1/2) Υπολογισμός Δένδρου Ελαχίστων Δρόμων (Shortest Path Tree) προς τον κόμβο {6} από τους κόμβους {1, 2, 3, 4, 5} Di (h) : Κόστος από κόμβο (j) προς προορισμό (destination) 6 στο βήμα h dij (h) : Κόστος (βάρος) γραμμής (i,j) στο βήμα h L(j) = Di (h) Εκτίμηση ελαχίστου κόστους (label) από τον {j} προς τον {6} στο βήμα h P(j) : Επόμενος κόμβος από τον {j} προς τον {6} στο βήμα h D6(0) = 0, Dj(0) = ∞, j = 1,2,3,4,5

  17. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ Bellman-FordDistance Vector (2/2) 10 3

  18. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ DijkstraLink State 1/2 Υπολογισμός Δένδρου Ελαχίστων Δρόμων (Shortest Path Tree) από τον κόμβο {1} από τους κόμβους {2, 3, 4, 5, 6} P: Σύνολο από permanent labels Dj : Κόστος από πηγή (source) {1} προς κόμβο {j} dij : Κόστος (βάρος) γραμμής (i,j) L(j) = Di (h) Εκτίμηση ελαχίστου κόστους (label) από τον {1} προς τον {j} στο βήμα h P(j) : Προηγούμενος κόμβος από τον {1} προς τον {j} στο βήμα h

  19. ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ DijkstraLink State 2/2

  20. ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ 135.207.0.0/16 ΜΕΣΩ BGP Distance Vector(από παρουσίαση του Timothy G. Griffin,AT&T Research, Paris 2002)

More Related