Počítačové sítě IP routing

1. Počítačové sítěIP routing • IP sítě jsou propojeny směrovači - routery • Funkce směrovačů odpovídá 3. vrstvě referenčního modelu OSI - L3 • L3 odpovídá IP vrstvě architektury TCP/IP • Směrovače provádějí přepojování datagramů mezi IP sítěmi (datagramová služba) • Směrovače určují „nejlepší“ cestu pro datagramy podle směrovacích map (tabulek), které obsahují celou topologii internetu (internet = propojené IP sítě) 1

2. Počítačové sítěIP routing • Architektura internetu • Core-network (jádro sítě) • Core routers • Autonomní systémy • Hraniční směrovače AS 2

3. LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN Architektura Core-network IGP Core Network IGP EGP IGP 3

4. LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN Architektura autonomních systémů Autonomní systém 1 AS 2 IGP IGP EGP IGP AS 3 4

5. Počítačové sítěIP routing • Peering • Peeringová centra v ČR • NIX (Neutral Internet Exchange) - NIX.CZ, z.s.p.o. • CBIX(Commercial Brno Internet Exchange) - Master Internet, s.r.o. 5

6. Počítačové sítěIP routing • Směrovač získává informace o sítích • Staticky (statické směrovací tabulky) - administrátorem ručně editované záznamy • směrovač nemůže vytvářet alternativní cesty, jestliže se nastavená cesta přeruší • možnost chybné konfigurace • vznik směrovacích smyček 6

7. Počítačové sítěIP routing • Dynamicky (dynamické směrovací tabulky) - na základě informací periodicky šířených směrovacími protokoly se mapy vypočítávají podle určitého algoritmu • snadná adaptace na změny v topologii sítě • mezi směrovači musí být dohoda o implementaci určitého směrovacího protokolu 7

8. Počítačové sítěIP routing Připomeňme si: • Přímé směrování - zdroj i cíl ve stejné IP síti • Nepřímé směrování - zdroj a cíl v různých IP sítích • Výchozí směrovač (default router)

9. Počítačové sítěIP routing • Co obsahuje směrovací tabulka? • Pro každou IP síť internetu záznam: síť brána rozhraní metrika • Síť – IP adresa sítě • Rozhraní • Brána - IP adresa rozhraní dalšího směrovače • Metrika - zhodnocené parametry přenosové cesty (parametry jsou stanoveny protokolem) - např. počet směrovačů na přenosové cestě, cena za přenos, přenosová kapacita, zpoždění ... 9

10. R1 I0 N3 I1 N2 N1 N4 R2 I0 I1 Tabulka R1 Síť Rozhraní Brána M N1 I0 přímo 0 R3 I0 I1 N2 I1 přímo 0 N3 I1 R2 1 N4 I1 R2 2 Tabulka R2 Tabulka R3 Síť Rozhraní Brána M Síť Rozhraní Brána M N1 I0 R1 1 N1 I0 R2 2 N2 I0 přímo 0 N2 I0 R2 1 N3 I1 přímo 0 N3 I0 přímo 0 N4 I1 R3 1 N4 I1 přímo 0

11. Počítačové sítěIP routing • Šíření směrovacích informací po krocích • Příklad: • Sítě Network 1, Network 2, Network 3, Network 4 • Routery RA, RB, RC, RD

12. 12

13. Počítačové sítěIP routing • Každý směrovač musí mít mapu celého internetu - pro globální síť Internet jenerealizovatelné • Řešení: strukturalizace Internetu na autonomní systémy • Autonomní systém (AS) • AS je komplex sítí a směrovačů • AS je jedna administrativní doména se společnou směrovací strategií 13

14. Počítačové sítěIP routing • AS je registrován u NIC (Network Information Center) a má přidělen unikátní identifikátor (16 bitů), který používají ke své identifikaci externí směrovací protokoly v procesu vzájemné výměny směrovacích informací • Dvě úrovně směrování v AS architektuře • Uvnitř AS - směrování interními směrovacími protokoly (IGP - Interior Gateway Protocol) • Mezi AS - směrování externími směrovacími protokoly (EGP -Exterior Gateway Protocol)

15. Počítačové sítěIP routing • Algoritmy pro výpočet směrovacích cest • Distance Vector Algorithmus (DVA) • Link State Algorithmus (LSA) • Princip DVA • Směrovače periodicky vysílají obsah své směrovací tabulky • Směrovače přijímají informace vysílané ostatními směrovači a podle nich aktualizují obsah své tabulky 15

16. Počítačové sítěIP routing • Charakteristika DVA • Protokoly založené na DVA definují malé přirozené číslo, které omezuje hodnotu DISTANCE (tzv. max. hopcount). Pokud v tabulce dojde k dosažení této hodnoty, síť se považuje za nedostižitelnou a záznam se z tabulky odstraní • Protokoly jsou tedy vhodné pro nepříliš rozsáhlé sítě

17. Počítačové sítěIP routing • DVA algoritmus Bellman-Ford • Cíl je vytvořit tabulku: Net Gateway Distance („hopcount“) • Distance je počet směrovačů, přes které musí datagram projít na trase do cílové sítě • Směrovač šíří svou směrovací tabulku IP broadcastem • Jestliže přijme směrovač novou informaci (záznam pro síť, kterou ve své tabulce nemá nebo je v záznamu pro známou síť kratší hopcount, svou tabulku opraví) 17

18. Počítačové sítěIP routing • Vytvoření tabulky představuje: • Vytvoření záznamů pro sousedící sítě • Podle postupně (po krocích) přijímaných obsahů tabulek sousedních směrovačů se tvoří záznamy pro vzdálenější sítě • Hodnota „hopcount“ přijatá od sousedního směrovače se vždy zvýší o 1 • Nevýhody: • Vysílají se celé tabulky • U větších sítí to představuje velké datové pakety • Takové přenosy zatěžují sítě 18

19. Počítačové sítěIP routing • Charakteristika LSA • Směrovače vysílají pouze informace („Link State Packets“ - LSP) o stavu spojů, ke kterým jsou připojeny. • LSP jsou vysílány všem ostatním směrovačům („flooding“) ve stejné směrovací oblasti • Každý směrovač si vytváří z obdržených informací kompletní topologickou mapu sítě

20. Počítačové sítěIP routing • Podle mapy jsou určeny „nejlepší“ cesty k cílovým sítím (Dijkstra algoritmus) – ukázka • Metrika LSA - „cost“ (administrativně nastavená pro každou cestu) • Směrovač zpracovává pouze změny stavů spojů, které obdrží v LSP a potom znovu spočítá nejkratší cestu • Výhody: • Pakety protokolů LSA jsou mnohem kratší než u protokolů DVA, velikost jejich obsahu nezávisí na velikosti sítě • Protokoly LSA jsou vhodné i pro velmi rozsáhlé sítě 20

21. Počítačové sítěIP routing

22. Počítačové sítěIP routing • Interní protokoly - IGP • Protokol RIP a RIP 2 (Routing Information Protocol) • Protokol OSPF (Open-the Shortest-Path-First)

23. Počítačové sítěIP routing • Charakteristika RIP1/RIP 2 • Algoritmus DVA • Metrika hopcount (max. hopcount = 16) • Vysílání RIP zpráv IP broadcastem každých 30 sec • Pokud není přijata RIP zpráva po dobu 180 sec, platnost směrovací tabulky vyprší (dojde ke ztrátě konektivity) • Použití v malých a středních sítích • Implementace RIP protokolu jsou součástí OS Unix • Protokol RIP nevytváří alternativní cesty • Problémy RIP protokolu: • pomalé šíření informace • náchylnost ke vzniku směrovacích smyček 23

24. Počítačové sítěIP routing • RIP nevytváří hierarchické směrovací oblasti • RIP vytváří „ploché“ (flat) směrovací oblasti • RIP definuje pouze jeden typ směrovače • Nastavení RIP routing na směrovačích a počítačích (programová konfigurace): • Aktivní – generují a šíří RIP zprávy (síťové směrovače) • Pasivní – pouze přijímají RIP zprávy od aktivních subjektů (počítače) 24

25. Počítačové sítěIP routing Formát zprávy RIP1 25

26. Počítačové sítěIP routing 0 7 8 15 16 31 Formát zprávy RIP2 typ příkazu verze (2) identifikátor směrovacího procesu typ sítě (IP ~ 2) identifikátor AS IP adresa sítě maska podsítě „next - hope“ IP adresa metrika (1-16) záznamy pro dalších maximálně 24 směrovačů 26

27. IP záhlaví Protocol = 89 OSPF zpráva Počítačové sítěIP routing IP záhlaví Protocol = 17 UDP záhlaví RIP zpráva 27

28. Počítačové sítěIP routing • Charakteristika OSPF • Algoritmus LSA • Metrika „cost“ přiřazená administrátorem každému spoji – podpora ToS (Delay, Throughput, Reliability) – ToS = 0, pak „cost“ = šířka přenosového pásma • Možnost vytvářet paralelní cesty (stejná metrika) – rozdělení zatížení sítě (load balancing)

29. Počítačové sítěIP routing • OSPF vytváří hierarchické sítě tvořené směrovacími oblastmi (area) • OSPF definuje více typů směrovačů generujících OSPF zprávy příslušných typů • Šíření zpráv mezi OSPF směrovači přenosy „multicast“ • 224.0.0.5 - všechny OSPF směrovače sítě • 224.0.0.6 - „pověřený“ směrovač (designed router) 29

30. LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN OSPF doména Area 3 Backbone Area 0 Area 1 Area 2 30

31. OSPF doména • Area– soustava jedné nebo více souvislých sítí • každá area má svou „kopii“ Shortest Path First (SPF) algoritmu • Hierarchické směrování • Uvnitř oblasti – intra area – společná topologická databáze Vnitřní směrovačAR (Area Router) – „pověřený“ směrovač • Mezi oblastmi - inter area – přes páteřní oblast– sumarizuje topologické informace oblasti Hraniční směrovač ABR (Area Border Router) • Mezi OSPF směrovacími doménami – autonomní oblasti • se stejnou metrikou • s rozdílnou metrikou Hraniční směrovač AS ASBR (ASBorder Router) 31

32. Příklad konfigurace OSPF 32

33. Počítačové sítěIP routing • Zprávy OSPF – LSA (Link State Announcements Packets) • LSA pakety obsahují informace o spojích připojených k vysílajícímu směrovači • LSA pakety jsou generovány, jestliže nastane změna stavu spojů, jinak periodicky (30 min.) • Protokol „Hello“ – zřizuje a udržuje vztahy mezi sousedními směrovači, provádí výběr „pověřeného“ směrovače (224.0.0.6) v síti s více směrovači 33

34. Počítačové sítěIP routing • Oblasti zahrnují typicky více sítí, každá oblast je připojena k páteřní oblasti (transportní síti) • Nelze-li připojit oblast k páteři, vytvoří se „virtuálního spoj“ přes jinou oblast (tranzitní síť) • OSPF podporuje ToS a autentizaci LSA • LSA pakety • Hello Packet - se vytváří v prvním kroku LSA - "oslovenísousedních routerů" • Database Description Packet - odpověď na Hello Packet • Link State Request Packet - žádost o vyslání Link State Update Packet 

35. Počítačové sítěIP routing • Link State Acknowledgment Packet - potvrzuje příjemLink State Update Packet • Link State Update Packet - odpověď naLink State Request Packet • Typ 1 – Router Link – zahrnuje informace o stavu všech rozhraní směrovače s oblastí. Je vysílán do lokální sítě všemi směrovači • Typ 2 – Network Link – zahrnuje seznam směrovačů připojených k lokální síti. Je vysílán do lokální oblasti a je generován „pověřeným“ směrovačem 35

36. Protokol OSPFLink State Update Packet –odpověď na LS Request • Typ 3/4 – Summary Link to Network/to ASBR – popisuje cestu mimo oblast (v rámci vlastního AS). Je generován hraničními směrovači a vysílán do připojených oblastí (typ 3 popisuje cestu k sítím, typ4 k hraničním směrovačům AS • Typ 5 – External Link – popisuje cestu v jiném AS. Je generován ASBR a vysílán do AS • Typ 6 – Group Membership – podpora skupinových přenosů 36

37. Počítačové sítěIP routing • Externí protokoly - EGP • Protokol EGP (Exterior Routing Protocol) • Protokol BGP (Border Gateway Protocol)

38. IP směrováníExterní protokoly • Protokol EGP – jednoduchý protokol, na bázi stromové struktury, bez metriky. • Princip: • Zjistí každému směrovači sousední směrovače, se kterými bude komunikovat, • Periodicky „sousedství“ ověřuje • Vyměňuje se sousedy informace o dostupnosti sítí ve svém AS (seznam sítí a směrovačů) 38

39. IP směrováníExterní protokoly • Protokol BGP – novější, na bázi hvězdicové struktury (Core Network) • BGP – v současnosti oficiální externí protokol Internetu – routery WAN podporují BGP Core Network AS3 AS2 AS1 39

40. IP směrováníExterní protokoly - BGP • BGP protokol používá transportní protokol TCP (spolehlivý), dokáže šířit informace i mezi interními směrovači (uvnitř AS) • BGP kombinuje algoritmus DVA a LSA • Funkce BGP • navázáni a udržování komunikace se sousedními směrovači • při první výměně informací vysílá celé směrovací mapy • nevysílá periodicky, pouze aktualizuje směrovací informace 40

41. IP směrováníExterní protokoly - BGP • Typy zpráv BGP • OPEN – navázání spojení se sousedním routerem (jsou na stejné IP síti/subsíti) • UPDATE – předání informace o sítích, které jsou dosažitelné touto směrovací cestou a/nebo informace o změně směrovacích cest • KEEPALIVE – periodické ověření spojení se sousedním routerem • NOTIFICATION – chybová zpráva 41

42. LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN Počítačové sítěIP routing • Implementaceexterních a interních směrovacích protokolů Interní protokoly Interní protokoly Externí protokol 42 42

43. Počítačové sítěIP routing 43

44. Počítačové sítěIP routing • Implementace směrování v LAN • Router • HW – Cisco, Nortel, Juniper ……. • SW – PC router • L3 switch • Pojmy: prefix, netmask, VLSM, metrika, hope, next_hope, default gateway, propagace routů, sumarizace routů, redundance cest, agregace směrovacích cest 44

45. Počítačové sítěIP routing • Typy konfigurace • Statický routing • Dynamický routing (Quagga) • Default routing • Základní nastavení PC routeru – IP forwarding • Statický routing – nastavení směrovacích cest • Dynamický routing - volba směrovacího protokolu (RIP2 vs. OSPF) – směrovací SW (Quagga) • Default router - nastavení default brány 45