Modul 10:

1. Modul 10: Routing fundamentals

2. Protocols • skupina pravidiel, ktorá popisuje komunikáciu počítačov v sieti, formát správy, či jej zmeny, ktoré sa vyžadujú pri jej spracovaní; • príjem a spracovanie údajov, ktorých formát sa menil počas prenosu údajov medzi počítačmi v počítačovej sieti; • podľa smerovania sa rozdeľujú: • smerovateľné (routed / routable); • smerovaacie (routing);

3. Routing • sieťová vrstva OSI modelu; • podporuje vytvorenie skupín individuálnych adries, ktoré sa javia ako 1 celok; • základné úlohy routra (aj tretej vrstvy): • smerovanie; • nájdenie čo najlepšej cesty prenosu údajov medzi dvoma hostiteľmi; • udržiavanie smerovacích tabuliek; • umožňovať iným routrom spoznávať zmeny v sieti.

4. Routed protocols • smerovateľné protokoly; • zabezpečujú prenos paketov medzi dvoma stanicami rôznych sietí; • označujú ID siete a ID hostiteľa každého zariadenia; • protokoly, pre ktoré sú dôležité len čísla siete (napr. IPX), majú v položke ID hostiteľa čísla uvedenú MAC adresu zariadenia; • základný protokol - IP (Internet Protocol); • ďalšie protokoly: IPX (Novell Internetwork Packet Exchange), IPX/SPX, DECnet, AppleTalk, Banyan VINES, XNS (Xerox NetworkSystems).

5. Routing protocols • smerovacie protokoly; • zabezpečujú komunikáciu v sieti s inými routrami; • udržiavajú a aktualizujú smerovacie tabuľky; • zabezpečujú zdieľanie smerovacích informácii; • vyhľadávajú najlepšiu cestu pre posielanie údajov medzi sieťami; • najznámejšie protokoly: RIP, IGRP, OSPF, BGP a EIGRP.

6. IP protocol • nespoľahlivý, bezspojový datagramový protokol; • úloha: • adresácia; • smerovanie paketov medzi hostiteľmi; • nespoľahlivý • nezaručuje doručenie paketov (úloha protokolov vyšších vrstiev) • IP & TCP - základné protokoly siete Internet; • z príslušnej IP adresy pomocou sieťovej masky vyselektuje adresu siete;

7. Packet propagation • prenos údajov po vrstvách modelu - zmena formátu údajov; • 2. vrstva – rámce; • pridá sa k nim hlavička a ukončenie správy (trailer); • ethernetové rámce v rámci jednej broadcastovej domény - fyzické MAC adresy; • iné typy rámcov - PPP sériové linky a spojenie Frame Relay.

8. Switching within a router I. • ak rámec príde na rozhranie routra: • router: • prijme rámec; • odoberie MAC adresu; • zistí, či adresa je určená priamo pre jeho rozhranie alebo je to broadcast; • ak je pre iného v tej istej kolíznej doméne – odhodí rámec; • z ukončenia správy akceptovaného rámca odoberie kontrolný súčet CRC; • prepočíta CRC; • ak je správny, hlavička a ukončenie sa odoberie a údaje prijíma sieťová vrstva; • sieťová vrstva - pakety (datagramy), ktoré sú potrebné k adresácii koncových zariadení.

9. Switching within a router II. • hlavička IP paketu - informácie o adresách; • z informácií sa vie určiť, či je paket určený pre router alebo iné zariadenie v intersiete. • ak pre router: • odoberie hlavičku; • pošle údaje vyššej vrstve; • porovná cieľovú IP adresu so záznamami v smerovacej tabuľke; • pošle paket na príslušné rozhranie; • prepočíta nový kontrolný súčet CRC; • CRC pridá na koniec paketu a hlavičku na jeho začiatok; • do pripojenej broadcastovej domény sa vyšle už rámec; • ak cieľová IP adresa nie je v smerovacej tabuľke - router vyšle default routu.

10. Connectionless and connection-oriented delivery • protokoly sa podľa spojenia delia: • spojovo-orientované; • bezspojové; • napr. Internet – bezspojová služba (IP); • TCP – spojová služba;

11. Connectionless delivery I. • pred posielaním paketov sa nevytvorí relácia; • napr. posielanie listov cez poštu: • adresát nie je vopred upovedomený o tom, že mu príde pošta; • využitie - prepínanie paketov; • cieľ - doručiť paket od odosielateľa k príjemcovi; • sieťové zariadenia v sieti • rozhodujú kadiaľ paket pošlú na základe určitých kritérií; • nezáleží na: • akou cestou sa paket pošle, • v akom poradí budú pakety doručené, • aké vznikne oneskorenie.

12. 3 3 3 4 4 3, 2, 1, 4 4 4 2 1 1 1, 2, 3, 4 1 2 2 Prepínanie paketov Connectionless delivery II.

13. Connection-oriented delivery I. • proces prepínania okruhov; • pre každý pár komunikujúcich sa vytvorí samostatný okruh pred komunikáciou; • výhody: • existuje viacero nezávislých okruhov pre komunikujúcich; • údaje prichádzajú v poradí akom boli vysielané; • cieľové zariadenie sa nemusí starať o usporiadanie prijatých paketov; • napríklad: • telefónna sieť • sieť ISDN.

14. 1, 2, 3, 4 1, 2, 3, 4 Connection-oriented delivery II. IP packet – 10.1.5

15. Decide - router • router na základe smerovacej tabuľky rozhodne, cez ktoré rozhranie pošle paket; • k paketu pridá informácie o rámci (hlavičku a kontrolný súčet); • rámec s informáciami pošle; • smerovacia metrika • na nájdenie optimálnej cesty prenosu paketu; • hodnota na určenie priority routrov; • závisí od typu smerovacieho protokolu; • napr. počet hopov, šírka prenosového pásma, oneskorenie, spoľahlivosť, záťaž a cena; • RIP – počet hopov; • IGRP – šírka prenosového pásma, záťaž, oneskorenie, spoľahlivosť.

16. Routing tables I. • aktualizácia smerovacích tabuliek - priamo napojené routre si posielajú správy o zmenách v sieti; • posielanie správ o zmene v sieti: • pravidelne v určitých časových intervaloch; • po zmene v sieťovej topológii; • celý obsah smerovacích tabuliek; • len záznamy (routy), u ktorých došlo k zmenám.

17. 1 4 3 2 Routing tables II.

18. Routing packets • router príjme paket, ktorý bol poslaný pre jeho rozhranie; • odoberie z paketu hlavičku a zistí IP adresu cieľovej stanice; • porovná IP adresu s routami vo svojej smerovacej tabuľke; • aplikuje sieťovú masku cieľovej IP adresy postupne na každý záznam smerovacej tabuľky; • ak maskovaná adresa cieľového hostiteľa súhlasí s  údajom v tabuľke, router vyšle paket cez príslušný port. Porovnávanie sa ukončí; • ak nedošlo k zhode maskovaných adries, porovná adresu s nasledujúcim záznamom; • ak v celej tabuľke nedôjde k zhode, router zistí, či je nastavená predvolená routa; • áno, paket sa pošle príslušným portom; • nie, router paket zahodí a pošle vysielajúcej stanici informáciu o nedosiahnutí cieľa.

19. Routing algorithm • hop: • router, ktorý počas smerovania paketov prijme alebo spracuje paket; • počtom hopov je určená vzdialenosť prenosu; • smerovací algoritmus • rozhodnutie kadiaľ poslať paket; • metriky: • záťaž siete; • šírka prenosového média; • oneskorenie; • cena; • spoľahlivosť prenosu; • počet hopov;

20. Metrics • záťaž siete – počet činností, ktoré priebiehajú na sieťových komponentoch (napr. na prenosovom médiu, routri); • šírka prenosového média – kapacita prenosu uvedené v kbps; • oneskorenie • čas potrebný na prenos paketu od vysielača k prijímaču; • ovplyvnenie: • šírka prenosového pásma • počet údajov uložených v pamäti routrov • preťaženosť siete • fyzická vzdialenosť medzi komunikujúcimi stranami; • cena – závisí napr. od šírky prenosové pásma alebo od vlastností udaných správcom siete; • spoľahlivosť prenosu – ovplyvnená počtom chýb a kolíziami v sieti; • počet hopov – prednosť má cesta s menším počtom routrov, t.j. tá, kde počet hopov menší.

21. Different routing protocols - different algorithms • dôvody pri výberu algoritmu: • optimalizácia výber najlepšej cesty; • jednoduchosť a malé prevádzkové náklady; • odolnosť a stabilita správne fungovanie algoritmu aj napriek nepredvídateľným chybám (hardvérová chyba, veľká záťaž, chyba v implementácii); • flexibilita rýchle prispôsobenie algoritmu zmenám v sieti (zväčšenie oneskorenia, zmena prenosového kanálu, chybný router); • rýchla konvergencia konvergencia je čas, za ktorý sa všetky routre o zmene v sieti informujú a zaktualizujú svoje smerovacie tabuľky; • rýchla obnova sieťovej konektivity - kvôli doručeniu údajov; • pomalá obnova - doručenie údajov môže zlyhať.

22. Autonomous systém (AS) • TCP/IP aj OSI - hierarchická štruktúra siete; • zaujímajú sa o: • rozpoznávanie sieťových zariadení; • rozpoznávanie sieťových segmentov a ich zoskupenie; • autonómny systém (doména): • vrchol hierarchie; • skupina routrov, a k nim prislúchajúce siete a segmenty, ktoré patria pod rovnakú správu firmy či organizácie; • použitie v architektúre TCP/IP; • označuje sa prirodzeným číslom, ktoré prideľuje tá istá organizácia, ktorá prideľuje sieťové adresy (napr. ARIN); • autonómna doména je oficiálny názov pridelený pre OSI.

23. Routing protocols and AS • delenie vzhľadom na počet autonómnych systémov: • vnútorné IGP (Interior Gateway Protocols); • vonkajšie EGP (Exterior Gateway Protocols); • IGP protokoly • smerujú pakety v rámci jedného autonómneho systému; • napr. RIPv1, RIPv2, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS (Intermediate System-to- Intermediate System); • EGP protokoly • smerujú pakety medzi dvoma AS; • napr. BGP. • smerovacie algoritmy: • distance-vector (algoritmus vektorov vzdialeností); • link-state (algoritmus stavu spojení).

24. Distance-vector algoritmus I. • Ford-Fulkersonov príp. Bellman-Fordov algoritmus; • smerovanie - každý router si vypočíta vzdialenosť ku každému dostupnému cieľu intersiete; • vzdialenosť - zvyčajne určená počtom hopov v spojení • nesprávny výber cesty môže spôsobiť zacyklenie paketov; • limitovaná dĺžku prenosovej cesty údajov.

25. Distance-vector algoritmus II. • router • nepamätá si celú architektúru intersiete; • dôležité je spojenea k dostupným cieľom; • výber najkratšej vzdialenosti; • posiela celý obsah svojej tabuľky priamo napojeným routrom v pravidelných časových intervaloch (aktualizácia smerovacej tabuľky); • tento proces - „routing by rumor“. • protokoly - RIP, IGRP, EIGRP.

26. RIP • metrika • počet hopov – max 15; • viacero prepojení medzi dvoma hostiteľmi – cesta s minimálnym počtom hopov; • nezaručuje rýchlosť prenosu; • vyššia metrika (16) - neplatná cesta; • RIPv1 - vyžaduje rovnakú podsieťovú masku všetkých zariadení, lebo smerovacie aktualizácie neobsahujú informácie o podsieťach (classful); • RIPv2 už posiela v aktualizácii aj informácie o podsieťach (classless); • Použitie rôznych podsieťových masiek v rámci jednej siete sa nazýva VLSM (Variable-Length Subnet Masking).

27. IGRP a EIGRP IGRP • vyvinula firma Cisco na smerovanie vo veľkých sieťach; • smerovacie metriky • oneskorenie • rýchlosť • zaťaženie siete • spoľahlivosť • max. počet routrov na ceste je 255; EIGRP • Cisco protokol; • viacero funkcií link-state protokolov; • rýchla konvergencia; • použitie kombinovanej metriky; • malé nároky na plánovanie intersiete; • podpora VLSM.

28. Link-state algoritmus • posielajú aktualizácie hneď po zmene v sieti alebo automaticky každých 30 minút; • zariadenie, ktoré zistí zmenu v spojení alebo routy: • vytvorí link-state oznámenie (LSA) o stave spojenia a pošle všetkým susedným smerovacím zariadeniam; • aktualizuje svoju databázu; • LSA pošle svojim susedom; • napr. • OSPF - veľké intersiete; • IS-IS - na prenos využíva informácie rámce linkovej vrstvy a nepodporuje protokol IP; • Integrovaný IS-IS môže pracovať aj s protokolom IP aj s protokolom CLNP. • BGP (Borded Gateway Protocol) • pre ISP; • posiela informácie medzi dvoma AS s výberom cesty bez okruhov.