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Routing Protocol

Routing Protocol. O utline. R outer 的運作 R outing Protocol Routing Algorithm C ase Studies. 路由器 （ Router）. Router 用於連接 LLC 不同，但 Network Layer 及上層都相同的網路。 Internet 以 Routers 做為中繼站，穿越各個網路轉送 Packet 。 企業內部以 Routers 做為子網路交換 Packet 的中心。. Router 通訊協定架構. Host A. Host B.

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Presentation Transcript

  1. Routing Protocol

  2. Outline • Router 的運作 • Routing Protocol • Routing Algorithm • Case Studies

  3. 路由器（Router） • Router 用於連接 LLC 不同，但 Network Layer 及上層都相同的網路。 • Internet 以 Routers 做為中繼站，穿越各個網路轉送 Packet。 • 企業內部以 Routers 做為子網路交換 Packet 的中心。

  4. Router 通訊協定架構 Host A Host B Application Application Presentation Presentation Session Session Router Function Transport Transport Network Network Network Data Link Data Link Data Link Data Link Physical Physical PHY PHY LAN 2 LAN 1

  5. Routers 的運作 • 讀取收到的 Packet 上的 IP 位址，查詢路由表（Routing Table），以得知應從那 一個 Port 將 Packet 送出。 • Router 必須了解兩個協定的 PHY、Data Link Layers，以便和兩個子網路溝通和進行封包的轉換。 • 依據 Routing Table，Router 會選擇到 Destination 有最短路徑的網路介面，將 Datagram 傳給 Next Hop。

  6. 路由器 R2 的路由資訊

  7. Router R2 路由表 R3 R1 R2

  8. Routing Table 的建立 • Static Routing • Dynamic Routing

  9. Static Routing • 不會與其他 Routers 交換訊息，安全性高，當想隱藏某一部分網路資訊，就可使用 Static Routing來設定。 • 如果一個網路只能經由一個路徑到達，只要使用 Static Routing 就很足夠，可減少網路 traffic。 • 要輸入 Default Routing 的資訊。

  10. Dynamic Routing • 由於網路結構會不斷改變，無法用 Static Routing，以節省人力。 • Routers 間要不斷地交換訊息、自動學習改進 Dynamic Routing Table。 • Routers 之間使用 Routing Protocol 來交換網路的資訊。

  11. Routing/Routed Protocols • Routed Protocol：用封裝packet來攜帶data，像信件的作用。 • Ex: IP、IPX、AppleTalk • Routing Protocol：用以選擇最佳路徑來傳送 packets，像貨運公司的作用。 • Ex: OSPF、RIP、IGRP

  12. Autonomous System • 自主系統、網路自治區 (Autonomous System、AS) • A group of routers that share routing information between them. • Autonomous System 是自然形成，自己管理自己的一個網路系統。 • 每一個 Autonomous System 都有一個編號：自治號碼。 • TANET：1659、Hinet：3462、Seednet：4780、FETnet：9674、ETWebs：7481 。

  13. Routing Protocols • 各 Autonomous System 自行決定自己的 Routing Paths。 • 兩大類的 Routing Protocols： • EGP（Exterior Gateway Protocol）：用於讓 Autonomous Systems 間互相交換 Routing Information 的 Protocol。 • IGP（Interior Gateway Protocol）：用於 Autonomous System 內部 Routers 交換路徑的 Protocol。

  14. 內部使用 IGP 1 使用 EGP Autonomous System 1 Autonomous System 2 內部使用 IGP 2 Border gateway EGP（1/2） • Exterior Gateway Protocol（外部選徑協定） • 用於讓 Autonomous Systems 間互相交換 Routing Information。

  15. EGP（2/2） • Routing Information 包含如何經由某些特定 Autonomous Systems，可到達那些 Network 的資訊。 • 目前只有一種 EGP 在流傳：各 Autonomous Systems 間以 BGP（Border Gateway Protocol）來交換路由資訊。 • PS ：有一種 Routing Protocol 也取名為 EGP 。

  16. 內部使用 IGP 1 使用 EGP Autonomous System 1 Autonomous System 2 內部使用 IGP 2 IGP（1/2） • Interior Gateway Protocol（內部選徑協定） • IGP refers to any algorithm that interior routers use when they exchange network reachability androuting information.

  17. IGP（2/2） • 常見的 IGP ：RIP、OSPF、IGPR、EIGRP… • 其他有名的 IGP ：SPREAD、NLSP、Hello… • 也有 Autonomous System 使用 BGP 做為IGP

  18. Types of Routing Algorithms • 以 Routers 間交換路徑資訊與處理的方式，可將 Routing Algorithm 分類： • Distance Vector • Link Status • Hybrid

  19. Distance Vector Algorithm • 指使用 Propagation 傳遞路由資訊的 Algorithms。路由資訊包含： • Vector：代表 Destination • Distance：到 Destination 的距離 • 以 Routing Table 儲存到各 Destination Network 的 Distance 和 Next Hop。 • 每一個 Router 都會定期告訴 Neighbors 自己 Routing Table 內所有的資訊。

  20. Propagation • 透過一層一層的傳送，更新 Router 資訊。 A 6. 更新 A,B 的 Routing Table 5. C 傳送更新後的 Routing Table 2. 更新 D 的 Routing Table B C D 1. 新增一個 D 的網路介面聯到 Network 1 4. 更新 C 的 Routing Table 3. D 傳送更新後的 Routing Table

  21. Basic Operations • Router 在 Boot 後，隨時偵測與 Neighbors 間的連結關係。 • 一開始只有直接相連的網路會列在 Routing Table 上。 • 定期 Router 會送出一份 Routing Table的 Copy 給 Neighbor。 • 以收到 Neighbor Routers 送來的資料，選擇新的路徑，修正維護自己的 Routing Table。

  22. NET17 NET42 NET 4 NET 2 NET 1 NET30 NET24 Network Topology (Original) 4 2 3 2 5 1 L 5 1 M 4 Q 3 1 6 2 A A 0 3 B 7 1 4 2 6 2 5 2 8 a b 4 3 4

  23. An Initial Routing Table Destination Distance Route Net 1 0 direct Net 2 0 direct • This is the routing table for a router A. • Each entry contains the IP address of network and an integer distance to the network.

  24. A’s Routing Table at Time t Destination Distance Route Net 1 0 direct Net 2 0 direct Net 4 8 Router L Net 17 5 Router M Net 24 6 Router B Net 30 2 Router Q Net 42 2 Router B

  25. NET21 NET42 NET17 NET 2 NET 1 NET 4 c NET30 NET24 Network Topology (New) 4 2 3 2 5 1 L 5 1 M 4 Q 3 1 6 2 A A 0 3 B 7 1 4 2 6 5 4 2 5 2 Y 8 a Z 3 b 4 3 4

  26. Routing Message from B to A Destination Distance Net 1 2 Net 4 3 Net 17 6 Net 21 4 Net 24 5 Net 30 3 Net 42 3 Add a new router Z. Y is crashed.

  27. Modified Routing Table Destination Distance Route Net 1 0 direct Net 2 0 direct Net 4 8 4 Router L B Net 17 5 Router M Net 24 6 Router B Net 30 2 Router Q Net 42 2 4 Router B Net 21 5 Router B A’s Routing Table at Time t+1 Destination Distance Net 1 2 Net 4 3 a shorter distance Net 17 6 Net 21 4 a new destination Net 24 5 Net 30 3 Net 42 3 Its next hop is B The B’s advertisement at Time t

  28. Propertiesof Distance Vector • 只能確定與自己直接連接網路的資訊 • 定期傳送整個 Routing Table • 容易維護 • 不需快速 processor 與大量 memory 進行計算 • Converge slowly • 不適合大 Network

  29. Connectionless Transport 的問題 • 大部分的 Routing Protocol 使用不可靠的Connectionless Transport。 • Routing Protocol 自行找解決方式： • 使用 Checksum 可解決收到錯誤封包問題。 • Sequence Number 可處理不照順序傳送的封包。 • Soft state 用 Timeout 除去過期的資料 • Acknowledgement/Retransmission可解決封包遺失問題。

  30. Examples of Distance Vector • Hello（for 56kbps NSFNET） • SPREAD（最後一代 Core Network 使用的 Protocol） • GGP（Gateway-to-Gateway Protocol） • RIP（Routing Information Protocol） • IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）

  31. Link Status Algorithm • 又稱為 Link State、Shortest Path First（SPF）。 • 設定時每一 Router 都要先有一份 Complete Topology Information。 • Router 只送出自己與 Neighbors 間的 LinkStatus給其他 Routers。 • Link is Up：Neighbor 與 Link 都存在。 • Link is Down：Link 中斷。

  32. Tasks of Link Status • Router 定期與 Neighbor 交換訊息，以確認對方 Alive 或 Reachable。 • 每一個 Router 定期送出它自己的 Link Status給所有其他 Router。 • 其他 Router 收到並使用此資訊修改自己的 Map of Internet。並以 Dijkstra Shortest Path Algorithm 重新計算到每個 Destination 的 Shortest Path。

  33. Propertiesof Link Status • 有整個 Network Topology 的資訊 • 大家收到的訊息都相同 • Easy to debug • Guarantee to converge (also fast) • 需要有快速 processor 與大量 memory 以進行計算 • Link Status 只靠每個 router 的 links，與網路大小無關Scaling

  34. Examples of Link Status • OSPF（Open Shortest Path First） • IS-IS（Intermediate System to Intermediate System） • EIGRP（Enhanced Interior Gateway Routing Protocol） • NLSP

  35. Hybrid • 混合Distance Vector 與 Link Status • Examples of Hybrid： • IS-IS（Intermediate System to Intermediate System） • EIGRP（Extended Interior Gateway Routing Protocol） • 收斂快但不需較大的 Memory與Computing 。

  36. What Is a Short Routing Path? • Metric in IGP • Hop count • Delay • Bandwidth • Load • Reliability • MTU • Cost

  37. BGP System BGP System BGP System Router Router Router Router Router Router BGP（1/2） • BGP（Border Gateway Protocol） • RFC 1771, BGP version 4 • 唯一流傳的 EGP，但也被用於 IGP。 Autonomous System 1 Autonomous System 3 Autonomous System 2

  38. BGP（2/2） • 和其他 IGP 不同處： • 使用 IGP 的同一Autonomous Systems 內的 Router 互相信任，相信其他 Router’s Advertisement，也廣播自己的 Routing Table。 • BGP 不信賴其他 Autonomous Systems 的 Routers，可以有 Policy 決定要送出那些部份 Routes，以避免其他 Routers 的錯誤擴散。

  39. 3 Basic Functions of BGP • 建立 2 BGP peers 間的 TCP 連線。 • 包含做 Authentication。 • 送出 Positive 和 Negative Reachability Information。 • 提供 Ongoing Verification，以確保網路連結之資料正確。

  40. BGP Message Headers 32bit • Marker : detect the loss of synchronization : and authenticate incoming message • Length : total length of message • Type : type code of message Marker Length Type

  41. Types of BGP Messages 1 OPEN • 建立好 2 BGP peers 間的 TCP 連線，用Open 宣告相關的參數。 2 UPDATE • 送出 Positive 和 Negative 路由訊息。 3 NOTIFICATION • 若發現錯誤，用 Notification 告知對方 4 KEEPALIVE • 做為線上的測試。

  42. OPEN Message • Initial exchange 32bit Marker Length Type: OPEN Version My Autonomous System Hold Time BGP Identifier Auth. Code Authentication Data

  43. UPDATE Message • Transfer routing information 32bit Marker Length Type: UPDATE Path Attr - - Length  Path Attributes  Network 1   Network n

  44. NOTIFICATION Message • Report the error 32bit Marker Length Type: NOTIFIC. Error Code Error subcode Data  

  45. KEEPALIVE Message • Actively test peer connectivity 32bit Marker Length Type: KEEPALIVE

  46. Features of BGP（1/2） • Inter-autonomous system communication • Not pure distance vector, also not pure link state protocol. • Coordination among multiple BGP speakers • Policy support • Propagation of Reachability Information • Next-hop paradigm

  47. Features of BGP（2/2） • Path Information • Incremental Updates • Route Aggregation • Reliable Transport • Support for classless addressing • Authentication

  48. Hello • Original Core Network (56kbps NSFNET)使用的 IGP。目前已走入歷史。 • 屬於 Distance Vector Protocol。 • 以 Delay 做為 Metric。 • 2 Functions of Hello： • It synchronizes the clocks among these routers. • It allows each router to compute the distance of the shortest delay path to destinations. • 使用 Timestamp 求 Round Trip Delay

  49. Instability • Problem of using delay metric is instability. • Delay measurements are not fix values (i.e., it changed because of many conditions.) • Hardware clock drift (漂移), CPU load during measurement, link-level synchronization • Using hold down, threshold, K-out-of-N rules, Hello still has instable problem. • Example: satellite vs. serial lines

  50. Satellite vs. Serial Lines • Satellite: high capacity, large delay • Serial line: low capacity, small delay • Someone sends a lot of data on serial line. • Serial line traffic load and delay  ：change to use satellite. • Serial line traffic load and delay  ：change to use serial line. satellite Serial line

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