1 / 57

Usmerjevalni protokoli

Višja strokovna šola Velenje. Informatika Murska Sobota. Računalniške komunikacije in omrežja II. Usmerjevalni protokoli. 3. predavanje. Predavatelj: dr. Iztok Fister E-pošta: iztok.fister@mdi2.net Gradivo na naslovu: ftp.scv.si. Murska Sobota, december 2009. Vsebina.

giolla
Download Presentation

Usmerjevalni protokoli

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. Višja strokovna šola Velenje Informatika Murska Sobota Računalniške komunikacije in omrežja II Usmerjevalni protokoli 3. predavanje • Predavatelj:dr. Iztok Fister • E-pošta:iztok.fister@mdi2.net • Gradivo na naslovu:ftp.scv.si Murska Sobota, december 2009

  2. Vsebina • Osnovno usmerjanje IP • usmerjevalni procesi • avtonomni sistemi (AS) • Usmerjevalni algoritmi • statično IP usmerjanje • usmerjanje na osnovi vektorja razdalj • usmerjanje na osnovi stanja povezav • Notranji usmerjevalni protokoli • RIP, RIP-2 • Zunanji usmerjevalni protokoli • EGP, BGP

  3. Osnovno usmerjanje IP 1/9 • Osnovna funkcija usmerjanja • vhodni IP datagram z drugačnim IP naslovom od lokalnega naslova gostitelja se obravnava kot običajni izhodni IP datagram. • Lastnosti: • omenjena funkcija je prisotna v vseh IP implementacijah (vloga vmesnega gostitelja), • vsak izhodni datagram je predmet usmerjevalnega algoritma lokalnega gostitelja, • usmerjevalni algoritem usmeri datagram proti vmesnemu gostitelju na poti do ponora, t.j. izbere naslednji skok (angl. hop), • naloga vmesnega gostitelja je, da posreduje IP datagram iz enega fizičnega omrežja v drugega.

  4. Osnovno usmerjanje IP 2/9 • Osnovni pojmi pri usmerjanju • Most (angl. bridge): povezuje LAN segmente na plasti rač.omrežja (LLC). Med omrežji prenaša naslove MAC (Transparent Bridging). • Usmerjevalnik (angl. router): povezuje omrežja na omrežni plasti. Med omrežji prenaša naslove IP (IP routing). • Prehod (angl. gateway): povezuje omrežja na aplikacijski plasti. Podpira preslikavo naslovov iz enega omrežja v drugega in je nepropusten za IP.

  5. Osnovno usmerjanje IP 3/9 • Usmerjanje IP

  6. Who is 192.168.1.100 192.168.1.100 is MAC1 Who is 192.168.1.100 192.168.1.100 is MAC4 Send MAC1,MAC3,IP4,IP3 Answ MAC3,MAC1,IP3,IP4 Send MAC4,MAC2,IP4,IP3 Answ MAC2,MAC4,IP3,IP4 Osnovno usmerjanje IP 4/9 MAC2=2222.2222.2222 IP2=192.168.1.1 PC1 PC2 Router MAC3=3333.3333.3333 IP3=172.16.1.100 IP MAC 172.16.1.100 MAC3 IP MAC 172.16.1.100 MAC3 192.168.1.100 MAC4 MAC4=4444.4444.4444 IP4=192.168.1.100 MAC1=1111.1111.1111 IP1=172.16.1.1

  7. Osnovno usmerjanje IP 5/9 • Lastnosti usmerjevalnikov z omejenimi informacijami • poznajo le del omrežja IP, • lokalni gostitelji so pri vzpostavljanju in spreminjanju prehodov avtonomni, • podpirajo statično usmerjanje, • usmerjevalne informacije držijo v usmerjevalnih tabelah, • napaka v zapisu prehoda enega izmed usmerjevalnikov lahko povzroči težavo, zaradi katere določeni del omrežja postane nedosegljiv.

  8. Osnovno IP usmerjanje 6/9 • Lastnosti specializiranih usmerjevalnikov IP • poznajo vsa omrežja IP, npr. usmerjevalnik v spletnem omrežju, • podpirajo dinamično usmerjanje, • uporabljajo dinamične usmerjevalne tabele, ki jih spreminjajo brez ročnega poseganja, • spremembe v lokalnem omrežju naznanjajo drugim usmerjevalnikom v omrežju.

  9. Osnovno IP usmerjanje 7/9 • Usmerjevalne protokole v TCP/IP OS implementiramo z • routed: osnovni usmerjevalni proces za notranje usmerjanje IP, ki uporablja RIP, in je implementiran v večini instalacij TCP/IP, • gated: zahtevnejši usmerjevalni proces za notranje in zunanje usmerjanje IP, ki uporablja dodatne protokole, npr. OSPF in BGP.

  10. Osnovno IP usmerjanje 8/9 • Avtonomni sistem AS • logični del večjega omrežja IP, ki predstavlja administrativno enoto. • Dinamični usmerjevalni protokoli • notranji usmerjevalni protokoli (angl. Interior Gateway Protocol, krajše IGP): usmerjanje znotraj AS, npr. OSPF in RIP, • zunanji usmerjevalni protokoli (angl. Exterior Gateway Protocol, krajše EGP): usmerjanje med posameznimi administrativno ločenimi AS, npr. BGP.

  11. Osnovno IP usmerjanje 9/9 • Avtonomni sistemi AS

  12. Usmerjevalni algoritmi 1/25 • Vrste usmerjevalnih algoritmov • statični: osnovni usmerjevalni algoritem, • dinamični: • Notranji usmerjevalni protokoli (IGP): • usmerjanje na osnovi vektorja razdalj: protokola RIP, RIP-2, • usmerjanje na osnovi stanja povezav: protokol OSPF. • Zunanji usmerjevalni protokoli (EGP): • mejni usmerjevalni protokol (BGP).

  13. Usmerjevalni algoritmi 2/25 • Statično usmerjanje • prehode konfigurira omrežni admin. ročno, • dosegljivost omrežja ni odvisna od stanja omrežja samega, • Uporaba • definiranje privzetih prehodov ali prehodov, ki se ne objavljajo avtomatično, • izkoristek ali cena linij ne dopuščata povečanje prometa usm. protokola, • zahtevamo kompleksno usm. politiko, • določa varnejše omrežno okolje, • omogoča boljši izkoristek usmerjevalnika.

  14. Usmerjevalni algoritmi 3/25 • Usmerjanje na osnovi vektorja razdalj • informacije o razdaljah usmerjevalnik vzdržuje v tabeli, t.i. vektorju razdalj, • vektor razdalj določa pot, po kateri dosežemo določeno omrežje in pripadajočo ceno, t.j. razdaljo do le-tega, • pot z nižjo ceno je primernejša od poti z višjo ceno, • cene v vektorju razdalj usmerjevalni algoritem izračuna iz informacij, ki jih dobi od sosedov.

  15. N0 - 1 N1 - 1 N1 - 1 N2 - 1 N2 - 1 N3 - 1 N1 - 1 N2 R2 2 N3 R2 3 N2 - 1 N3 R3 2 Usmerjevalni algoritmi 4/25 • Primer 1: gradnja vektorja razdalj 1/2 N1 N2 N0 R1 R2 R3 N3

  16. N0 - 1 N1 - 1 N4 - 1 N1 - 1 N2 - 1 N2 - 1 N3 - 1 N4 - 1 N2 - 1 N3 R3 2 N4 R3 2 N1 - 1 N2 R2 2 N3 R2 3 N4 R2 3 Usmerjevalni algoritmi 5/25 • Primer 2: gradnja vektorja razdalj 2/2 N4 N1 N2 N0 R1 R2 R3 N3

  17. Usmerjevalni algoritmi 6/25 • Izračun vektorjev razdalj • usmerjevalnik tvori seznam omrežij, na katera je priključen, s pripadajočo ceno (vrednost = 1). • inicializira usmerjevalno tabelo (tabela vektorja razdalj): lokalni gostitelj = 0, drugi usmerjevalniki v mreži = 1, vse ostalo = . • usmerjevalnik periodično (vsakih 30 sec) prek med-usmerjevalnega protokola izmenja svojo usmerjevalno tabelo z drugimi sosedi na omrežju. • iz dobljenih informacij, kjer skupno ceno do ponora poveča za 1, izračuna novo usmerjevalno tabelo. • če do ponora vodita dve poti, vzame pot z manjšo ceno.

  18. Usmerjevalni algoritmi 7/25 • Primer 3: izračun usmerjevalne tabele

  19. Usmerjevalni algoritmi 8/25 • Povzetek 1/2 • usmerjevalnik na osnovi vektorja razdalj: • Tvori seznam omrežij, ki jih lahko doseže in postavi metriko števila skokov na 1. • Periodično deli usmerjevalno tabelo z ostalimi usmerjevalniki preko med-usmerjevalniškega protokola (angl. inter-router protocol). • Usmerjevalno tabelo kreira na osnovi neposrednih prehodov kot prej in upošteva dodatne informacije, ki jih dobi od drugih usmerjevalnikov. Metrika cene predstavlja število skokov.

  20. Usmerjevalni algoritmi 9/25 • Povzetek 2/2 • usmerjevalnik na osnovi vektorja razdalj: • Briše napačne poti iz nove usmerjevalne tabele. Če obstajata dve poti do iste mreže, vzame pot z najmanjšim številom skokov. • Novo usmerjevalno tabelo posreduje vsem usmerjevalnikom v danem omrežju. Usmerjevalne informacije se na ta način širijo po omrežju.

  21. N2 R2 N3 N1 R1 N0 R3 N3a R4 R5 N5 N4 Usmerjevalni algoritmi 10/25 • Primer 4: usmerjanje na osnovi vektorja razdalj

  22. Usmerjevalni algoritmi 11/25 • Primer 5: usmerjanje na osnovi vektorja razdalj

  23. Usmerjevalni algoritmi 12/25 • Slabosti usmerjevalnega algoritma na osnovi vektorja razdalj: • nestabilnost, ki jo povzročajo nesinhronizirani usm. v omrežju, • dolg konvergenčni čas na velikih omrežjih, • omejena velikost omrežja zaradi maksimalnega števila skokov, • prenašanje usmerjevalnih tabel, čeprav se vsebina v njej ni spremenila.

  24. Usmerjevalni algoritmi 13/25 • Usmerjanje na osnovi stanja povezav • določitev topologije temelji na stanju povezav, • vsak usm. identificira vse sosednje usm. v neposrednem povezanem omrežju, • vsak usm. objavi seznam neposrednih povezav do sosednjih usm. in njihove pripadajoče cene (LSA), • iz teh sporočil tvori podatkovno bazo trenutne topologije omrežja, ki je enaka na vseh usm., • iz te topologije, t.i. topološke karte, izračuna zahtevane poti do vsakega ponornega omrežja, • imenujemo ga tudi algoritem najprej najkrajša pot (angl. Shortest Path First, SPF), • najboljšo izvedbo tega algoritma predstavlja OSPF (angl. Open Shortest Path First).

  25. Usmerjevalni algoritmi 14/25 • Princip usmerjanja na osnovi stanja povezav: • usmerjevalniki povezujejo sosede in spoznavajo njihovo identiteto, • usmerjevalniki tvorijo pakete stanja povezav (LSA): seznam mrežnih povezav in pripadajočih cen, • pakete stanja povezav algoritem pošlje vsem usmerjevalnikom v mreži, • vsi usmerjevalniki tvorijo podobno topološko karto, • topološko karto služi za izračun najkrajše poti do ponorov v omrežju.

  26. Usmerjevalni algoritmi 15/25 • Gradnja topoloških kart • identificiranje sosednjih usmerjevalnikov, • razpošiljanje informacij za izračun topoloških kart, • kreiranje topoloških kart. • Izračun usmerjevalnih tabel • izračun najkrajših poti, • polnjenje usmerjevalne tabele, • optimizacijski algoritem.

  27. Usmerjevalni algoritmi 16/25 • Identificiranje sosednjih usmerjevalnikov • s paketom Hello (na PPP linijah in v omrežjih, ki ne podpirajo Broadcast-a), • z naslovom Multicast (v LAN omrežjih). • Razpošiljanje infor. o stanju povezav • stohastično pošiljanje kratkih sporočil LSA (angl. Link State Advertisement), ki določajo • izvorni usmerjevalnik, • vse ostale usmerjevalnike do katerih ni neposredne povezave (kako?), • starost paketa z vključevanjem zaporedne številke. • sporočila poplavijo omrežje (angl. flooding).

  28. Usmerjevalni algoritmi 17/25 • Kreiranje topoloških kart • s popolno množico LSA algoritem zlahka izračuna graf topološke karte omrežja, • vsak LSA predstavlja eno povezavo v grafu, • razpošiljanje paketov LSA temelji na pravilnih usmerjevalnih tabelah (problem koklje in jajca, t.j. paket ali tabela), • gornji problem rešuje shema poplava • zagotavlja, da imajo vsi usmerjevalniki v omrežju iste informacije o stanju povezav, • če je zaporedna številka prejetega paketa LSA ista kot v podatkovni bazi, paket uničimo.

  29. Usmerjevalni algoritmi 18/25 • Izračun najkrajših poti • vsako vozlišče na topološki karti neodvisno izračuna najkrajše poti (uporabi Dijkstra-ov algoritem), • rezultat algoritma je drevo z najkrajšimi razdaljami od izvora, ki je v korenu drevesa, do vseh ostalih vozlišč v omrežju.

  30. Usmerjevalni algoritmi 19/25 • Polnjenje usmerjevalne tabele • iz drevesa najkrajših poti usmerjevalno tabelo zlahka polnimo, • potrebujemo samo sprehod po drevesu najkrajših povezav od korena do ponora in dodamo ustrezen zapis v usm. tabeli. • Optimizacija algoritma SPF • najpomembnejša je optimizacija delnega preračunavanja drevesa najkrajših poti, • usmerjevalno tabelo napolnimo, ko izračunamo drevo najkrajših poti.

  31. Usmerjevalni algoritmi 20/25 • Algoritem za izračun najkrajše poti • algoritem Nizozemca Edsgerja Dijkstre iz leta 1959 (angl. single-source problem), • rešuje problem najkrajše poti iz danega izvornega vozlišča v usmerjenem grafu z nenegativnimi utežmi povezav, • časovna zahtevnost algoritma je , • večina znanih algoritmov za iskanje najkrajših poti v usmerjenem grafu ima časovno zahtevnost .

  32. Usmerjevalni algoritmi 21/25 • Dijkstrov algoritem • vhod: podan usmerjeni graf G=(V,E), izvorno vozlišče in funkcija cene za katero velja , če vozlišči ne tvorita povezave in . • izhod: za vsak minimalna izmed vseh poti P od do glede na vsoto cen povezav E. • metoda: tvorimo množico tako, da leži najkrajša pot od izvora do vsakega obiskanega vozlišča S.

  33. Usmerjevalni algoritmi 22/25 begin 1. 2. 3. for vsak vindo 4. while do begin 5.izberi vozlišče tako, da je min; 6. dodaj w k S; 7. for vsak do 8. end end • Dijkstrov algoritem v psevdokodu

  34. Usmerjevalni algoritmi 23/25 • Primer 6: usmerjeni graf s petimi vozlišči

  35. Usmerjevalni algoritmi 24/25 • Koraki izvajanja Dijkstrovega algoritma

  36. Usmerjevalni algoritmi 25/25 • Primer 7: praktična uporaba algoritma SPF

  37. Eulerjevi grafi 1/5 • Problem Koenigsberških mostov

  38. Eulerjevi grafi 2/5 • Problem: • imamo sedem mostov, ki povezujejo štiri dele mesta med seboj, • najti obhod mesta, ki bi prečkal vsak most natanko enkrat in se vrnil v izhodišče. • problem ima rešitev? • Rešitev: • reši Leonhard Euler v članku leta 1736, • članek pomeni začetek teorije grafov, čeprav ni napisan v jeziku grafov, • pri reševanje problema uporabi topološko shemo.

  39. Eulerjevi grafi 3/5 • Topološka shema problema

  40. Eulerjevi grafi 4/5 • Problem v jeziku teorije grafov: • Štiri dele mesta uporabimo za točke grafa, • Sedem mostov predstavljajo povezave grafa, • Iskanje Eulerjevega obhoda v tem grafu.

  41. Eulerjevi grafi 5/5 • Rešitev problema v jeziku teorije grafov: • Pogoj za Eulerjev obhod: kadarkoli pridemo v neki del mesta, mora obstajati možnost, da ta del zapustimo po še neprehojenem mostu, • Graf je Eulerjev, če ima vsaka točka sodo stopnjo. • Sklep: • Problem Koenigsberških mostov nima rešitve.

  42. Interni usmerjevalni protokoli 1/9 • Standardni interni usmerjevalni protokoli (IGP): • RIP (angl. Routing Information Protocol), • RIP-2 (angl. Routing Information Protocol Version 2), • OSPF (angl. Open Shortest Path First). • Uporabljamo jih znotraj AS.

  43. Interni usmerjevalni protokoli 2/9 • Routing Information Protocol (RIP): • usmerjanje na osnovi vektorja razdalj, • primeren za manjša omrežja, • obstajata dve verziji RIP: • verzija 1: zelo razširjen s številnimi znanimi omejitvami (označena kot RIP), • verzija 2: izboljšana verzija, ki rešuje omejitve predhodne verzije in z njo ostaja kompatibilna. • koda protokola, znana kot proces routed, implementirana v različnih inačicah OS UNIX.

  44. Interni usmerjevalni protokoli 3/9 • Lastnosti protokola RIP • usmerjevalniki pošiljajo v omrežje pakete RIP kot UDP datagrame prek vrat 540, • pakete >512 bajtov fragmentiramo, • paket RIP je običajen Broadcast poslan v LAN na naslov gostitelja 255.255.255.255 ali naslov izvornega usmerjevalnika, • v usmerjevalnikih teče v aktivnem (strežnik), v končnih vozliščih pa v pasivnem načinu (odjemalec).

  45. Interni usmerjevalni protokoli 4/9 • Princip delovanja protokola RIP • omogoča pošiljanje dveh vrst paketov: zahtevoin odgovor, • usmerjevalniki pošiljajo vsebino tabele vektorjev razdalj v naslednjih primerih: • periodično (npr. vsakih 30 sekund), • kot odgovor na poslano zahtevo, • ko se spremeni vsebina tabele vektorjev. • glede na vsebine sporočil spreminjajo aktivni in pasivni sistemi lastni vektor razdalj, • pot do določenega gostitelja ostane v tabelah, dokler ne najdemo boljše alternativne poti ali poti ne zbrišemo.

  46. Interni usmerjevalni protokoli 5/9 • Format paketa RIP

  47. Interni usmerjevalni protokoli 6/9 • Slabosti protokola RIP: • ne zagotavlja prenosa mask podomrežja, • usmerjevalnik, ki sprejme odgovor RIP, mora informacije o podomrežju dobiti od drugod, da lahko pravilno interpretira IP naslov, • ne moremo ga uporabiti v omrežjih z variabilno masko podomrežja.

  48. Interni usmerjevalni protokoli 7/9 • Routing Information Protocol Version 2 • razširitev protokola RIP, • omogoča enostavno zamenjavo protokola RIP v manjših in srednje velikih omrežjih, • podpira omrežja z variabilno masko podomrežja, • zagotavlja interoperabilnost s protokolom RIP: oba protokola delujeta na istih podatkovnih strukturah. • namesto Broadcastinga raje uporablja Multicasting.

  49. Interni usmerjevalni protokoli 8/9 • Format paketa RIP-2

  50. Interni usmerjevalni protokoli 9/9 • Opisi polj RIP-2 • Version: vrednost 2 pove usmerjevalnikom RIP, da rezervirana polja ignorirajo, • Address Family: vrednost X’FFFF’ pomeni, da gre za avtentikacijski zapis, • Authentication Type: • 0 = ni avtentikacije, • 2 = polje Authentic. Data vsebuje geslo. • Authentic. Data: 16-bitno, tekstovno polje, • Subnet Mask: maska podomrežja, • Next Hop: priporočilo usmerjevalniku o naslednjim skoku.

More Related