Forgalomirányítók és kapcsolók

1. Forgalomirányítók és kapcsolók Óravázlat Készítette: Toldi Miklós

2. A hálózati réteg - I A hálózati réteg a TCP/IP modell első, ténylegesen részét képező rétege. Ennek a rétegnek a feladata „csak” annyi, hogy IP csomagokat jutasson el a kiindulástól a célig. A hálózati réteg ugyanis már csomagokkal dolgozik, a TCP/IP modell esetében pedig IP csomagokkal.

3. A hálózati réteg - II A hálózati réteg esetében a küldő és a cél teljesen külön hálózatban lehet, ezért a hálózati rétegnek kezelnie kell azt a helyzetet, hogy az IP csomag több útválasztón is keresztül fog haladni. Ráadásképpen előfordulhat, hogy az átvitel során bizonyos hálózatok túlterhelődnek, „bedugulnak”.

4. A hálózati réteg - III Fontos, hogy a hálózati réteg nem a csomagok konkrét továbbításával foglalkozik (arra ott van a Gép és a Hálózat köti réteg, vagyis a fizikai és az adatkapcsolati réteg), hanem azzal, hogy a csomagokat útbaigazítsa. Ez a réteg ugyanis már rendelkezik a szükséges adatokkal, ami ahhoz kell, hogy megszervezze és optimálisan elossza a csomagok továbbítását.

5. A hálózati réteg - IV A hálózati réteg kétféle módon végezheti a feladatát • összeköttetéses alapon • összekötés nélküli alapon A TCP/IP modell ez utóbbi megoldást tartalmazza.

6. A hálózati réteg - V Az összeköttetéses alapon végzett szolgáltatásnál az egyes hosztok közt un. virtuális áramkörök épülnek ki, ezeken keresztül zajlik a kommunikáció. Az összeköttetés nélküli szolgálatnál ilyen nincs, mindegyik csomag saját útvonalon kerül továbbításra.

7. A forgalomirányítás - I A hálózati réteg feladata tehát a forgalomirányítás, vagyis annak a megadása, hogy a továbbítandó csomag milyen útvonalon jusson el a célig. A forgalomirányítást a forgalomirányító algoritmus végzi, a mi a hálózati szoftver része.

8. A forgalomirányítás - II A forgalomirányító algoritmussal kapcsolatos elvárások: • helyesség • egyszerűsség • robosztusság • igazságosság • optimalitás

9. A forgalomirányítás - III Optimalitási elv: ha egy adott N host optimális útvonalon helyezkedik el A és B host közt, akkor az N és B, illetve az N és A útvonal is optimális. Nyelőfa (sink tree): az optimális útvonalakat mutató, fa formájú gráf.

10. A forgalomirányítás - IV Forgalomirányítás fajtái: • nem adaptív, statikus • adaptív, dinamikus

11. A forgalomirányítás - V A forgalomirányítás célja, hogy az adott csomag véges számú útválasztón történő áthaladás (másik nevén ugrás) után elérje a célját. Ehhez a legoptimálisabb (nem feltétlen a legrövidebb) útvonalat kell megtalálnia a forgalomirányító algoritmusnak.

12. A forgalomirányítás - VI A forgalomirányításban ugyanis a legoptimálisabb útvonal kiszámításához a következő paraméterek mindenképpen figyelembe kell venni: • távolság • ugrások száma • sávszélesség • kommunikációs költség • átlagos várakozási idő • általános terheltség

13. A forgalomirányítás - VII Ez alapján elmondható, hogy a legoptimálisabb útvonal a fenti paraméterek legjobb kombinációja. A forgalomirányító algoritmusok fajtái: • hálózati struktúrára alapuló • távolságvektor alapú • kapcsolatállapot alapú • hierarchikus • adatszóró • többesküldéses

14. A forgalomirányítás - VIII A hálózati struktúrára alapuló forgalomirányítás csak a hálózat kiépítését veszi számításba, a többi körülményt figyelmen kívül hagyja. A kettő legnépszerűbb fajtája: • a legrövidebb út (shortest path) • elárasztás (flodding)

15. A forgalomirányítás - IX A legrövidebb út (shortest path) algoritmus megpróbálja az egyes csomópontok távolságának felmérésével a legrövidebb útvonalat megtalálni. Ezért minden csomóponthoz egy értéket rendel, amely az eddig ismert legrövidebb útvonalon mért távolságát tartalmazza. Ha újabb rövidebb útvonalat talál az algoritmus, akkor ez a mérőszám módosul. Ha minden útvonal ki lett mérve, akkor a mérőszám véglegessé válik, így meg lehet találni a legrövidebb utat.

16. A forgalomirányítás - X Az elárasztás (flodding) egy inkább elméleti, mint gyakorlati algoritmus. Ekkor minden csomópont üzenetszórásos (broadcast) jelleggel küldi a csomagokat, vagyis minden portra megy a csomag küldése, kivéve arról, amelyről érkezett. Így biztosan a legrövidebb úton is lesz küldve egy csomag, vagyis ez az algoritmus az egyik leggyorsabb.

17. A forgalomirányítás - XI Ilyen metódusnál az útválasztóknak le kell kezelniük, hogy a továbbítandó csomag új vagy másolat. Ezt a csomag fejlécébe rakott számláló segítségével lehet feljegyezni, vagy a router tartja nyilván a küldött csomagok mutatószámát. Nyilván a másolat csomagot minden útválasztó eldobja.

18. A forgalomirányítás - XII A távolságvektor alapú forgalomirányítás az előzőekhez képest már nem csak a hálózat kiépítettségét nézi, hanem a hálózat terheltségét is. Ez csak úgy lehetséges, hogy minden útválasztónak kettő dolgot kell egy kimenethez kapcsolni: egy adott cél melyik kimeneten érhető el a legrövidebb úton, illetve a távolság mekkora. A távolságot ekkor időben mérjük, méghozzá késleltetési idővel, bár lehetne mondjuk az ugrások számával is jellemezni. A távolság ilyen célra történő használatához minden útválasztónak méréseket kell végezni, méghozzá rendszeres időközönként.

19. A forgalomirányítás - XIII A mérés maga speciális csomagokkal történik, amelyet minden útválasztó ellát egy pontos időponttal (un. időbélyeggel), majd visszaküldi a feladónak. A távolságvektor alapú forgalomirányításnak kettő típusa van: • távolságvektoros forgalomirányítás • megosztott horizont (split horizont)

20. A forgalomirányítás - XIV A távolságvektoros forgalomirányításnál minden útválasztónak ismernie kell egymást, és a mérési adataikat meg kell osztani a szomszédjaival. Az így átadott mérési adatokat nevezzük távolságvektoroknak.

21. A forgalomirányítás - XV

22. A forgalomirányítás - XVI

23. A forgalomirányítás - XVII A távolságvektoros forgalomirányítás a gyakorlatban nem működött rendben, ugyanis fellépett egy rendkívüli hiba, amelyet a végtelenig történő számolás problémájának neveznek. A távolságvektoros forgalomirányítás esetében ugyanis az útválasztók közt a „jó” hírek sokkal jobban terjednek, mint a rosszak.

24. A forgalomirányítás - XVIII

25. A forgalomirányítás - XIX A fenti probléma kiküszöbölésére jött létre a megosztott horizont (split horizont) nevű eljárás. Az elv lényege annyi volt, hogy egy – egy adatcserénél az adott útválasztó az egyik szomszédnak a mérési adatok átadása helyett „hazudik”, vagyis végtelennek mondja az útvonalat az egyikútválasztó felé. Ez az elv, bár javított az üzenetek terjedésének sebességén, még mindig lassú volt, és bizonyos helyzeteknél ráadásképpen még hibázott is. Ezért és egyéb hiányosságai miatt 1979 –ben le lett váltva. (Addig viszont ez az elv vezérelte az ARPANET hálózat útválasztását.)

26. A forgalomirányítás - XXI A kapcsolatállapot alapú útválasztás alapelve nagyon egyszerű: minden útválasztó megismerkedik a szomszédjaival, majd lemérik az egymás közti utak késleltetését, az információkat az adott alhálózatban lévő összes útválasztóval megosszák, majd a legrövidebb útvonal elve alapján kiszámítják az adott útválasztóhoz a leggyorsabb útvonalat.

27. A forgalomirányítás - XXII Azért, hogy ez az algoritmus működjön, pár feltételnek meg kell lennie: • Minden útválasztónak egyedi azonosítója kell, hogy legyen. • Az egyes útválasztók közti késleltetések mérése többször is meg kell, hogy történjen, és ezek átlaga a számolt érték. A méréseknek periodikusan ismétlődnie kell. • A kapcsolatinformációk terjesztése az elárasztás módszerével történik. A terjesztett adatokat vivő csomagokba egy élettartam számláló van építve, hogy a csomagok duplikálása limitálva legyen.

28. A forgalomirányítás - XXIII Hierarchikus forgalomirányítás a kapcsolatállapot alapú útválasztás továbbfejlesztésének tekinthető. Mivel bizonyos számú útválasztó felett a kapcsolatállapot adatok túl sok adatot jelentenek, ezért a forgalomirányítást hiearchikusan kell elvégezni. Az adott alhálózatot részekre (tartományokra) kell felbontani. Egy tartományon belül minden router úgy működik, mint a kapcsolatállapot alapú útválasztás esetén. Azon túl viszont nem ismeri a felépítést, csak azt, hogy merre található az az útválasztó, amelyik ismeri az adott tartományt.

29. A forgalomirányítás - XXIV

30. A forgalomirányítás - XXIV A hierarchikus forgalomirányítás esetén az optimális tartományok száma az képlettel számolható ki: ln N Ekkor minden útválasztónak az alábbi képlettel számolható számú bejegyzést kell a memóriájában tartani: e * ln N

31. A forgalomirányítás - XXV Az adatszóró forgalomirányítás arra a speciális helyzetre keres megoldást, hogy mi van akkor, ha egy csomagot sok helyre el akarjuk juttatni ? A problémát többféle elvvel lehetne kezelni, a legjobb eredményt mégis a visszirányú továbbítás (reverse path forwarding) adja. Ilyenkor egy adatszórással küldendő csomag elárasztással kerül küldésre. Ha egy útválasztó egy ilyen csomagot kap, és az azon az útvonalon érkezik, amely a legrövidebb lenne az adott útválasztó felé,akkor úgy veszi, hogy ezt a csomagot még nem kapta meg, és elárasztással továbbküldi. Ha nem ilyen útvonalon kapta, akkor viszont eldobja, mert azt mondja, hogy ilyennel már találkozott.

32. A forgalomirányítás - XXVI Többesküldéses forgalomirányítás (multicasting routing) esetén azt az esetet vesszük, ha több gépnek, de nem az összesnek akarunk egy csomagot továbbítani. Ilyenkor az útválasztók egy olyan feszítőfát igyekeznek előállítani, amelyből kiveszik azokat az útvonalakat, ahová amúgy sem menne csomag, és eszerint továbbítják a csomagot.

33. Kapcsolók a hálózati rétegben - I A hálózati rétegben kettő kapcsolóeszközt használhatunk: • Level3 (L3) switch • Router vagy útválasztó (forgalomirányító)

34. Kapcsolók a hálózati rétegben - II A switcheknek létezik egy olyan fajtája, amely képes a hálózati rétegben is üzemelni, ezeket Level 3 vagy L3 switcheknek nevezik. Nagyon leegyszerűsítve ezek az eszközök egy switch és egy router összepített változatának tekinthetők.

35. Kapcsolók a hálózati rétegben - III A router (útválasztó vagy forgalomirányító) egy olyan eszköz, amely képes a rá érkező csomagok célba juttatására, a feladatnak megfelelő forgalomirányító protokoll választásával. TCP/IP forgalomirányító protokollok: • EIGRP • OSPF • BGP • RIP • ISIS

36. Kapcsolók a hálózati rétegben - IV A routerek típusai, forgalom mérete alapján: • ISP • vállalati • SOHO