1
Počítačové sítěIP směrování (routing)
• IP sítě jsou propojeny směrovači (routery)
• funkcionalita směrovačů pokrývá 3. vrstvu RM OSI ~ vrstvu IP architektury TCP/IP (L3)
• 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)
Směrovací architektury
• Core
• Autonomní systémy
2
3
Počítačové sítěArchitektury
LAN
LAN
EGP
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LANLAN
LAN
LANLAN
LAN
LAN
LAN
IGP
IGPIGPCore
Network
4
Počítačové sítěArchitektury
LAN
AS1
LAN AS2
AS3
EGP
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LANLAN
LAN
LANLAN
LAN
LAN
LAN
IGP
IGPIGP
5
Počítačové sítěIP směrování
• 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.
6
Počítačové sítěIP směrování (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
7
Počítačové sítěIP směrování (routing)
– Dynamicky (dynamické směrovací tabulky)• na základě informací periodicky šířených
směrovacími protokoly se mapy vypočítávají programem podle určitého algoritmu
• snadná adaptace na změny v topologii sítě • mezi směrovači musí být dohoda o
implementaci určitého směrovacího protokolu
8
Počítačové sítě IP směrování
• Připomeňme si:– přímé směrování - zdroj i cíl ve stejné IP síti
– nepřímé směrování - zdroj a cíl v různých IP sítích
• Co obsahuje směrovací tabulka?– pro každou IP síť internetu:
síť (network) brána (gateway) rozhraní (interface) metrika
– brána - IP adresa rozhraní dalšího směrovače
– směrovací metrika - zhodnocené parametry přenosové cesty (parametry jsou stanoveny protokolem) - např. počet směrovačů na přenosové cestě, cena za přenos, přenosová kapacita, zpoždění ...
91
0
0
1
M
R3I1N4
přímoI1N3
přímoI0N2
R1I0N1
BránaRozhraníSíť
Tabulka R2
0
0
1
2
M
přímoI1N4
přímoI0N3
R2I0N2
R2I0N1
BránaRozhraníSíť
Tabulka R3
R1
R2
R3
I0
I0
I0
I1
I1
I1
N1 N2 N3N4
2
1
0
0
M
R2I1N4
R2I1N3
přímoI1N2
přímoI0N1
BránaRozhraníSíť
Tabulka R1
10
11
12
Počítačové sítěIP směrování
• Každý směrovač musí mít mapu celého internetu - pro celý Internet nerealizovatelné - řešení: strukturalizace Internetu na autonomní systémy
• Autonomní systém (AS) – komplex sítí a směrovačů– jedna administrativní doména se společnou směrovací strategií– 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– uvnitř AS - směrování interními směrovacími protokoly (IGP -
Interior Gateway Protocol)– mezi AS - směrování externími směrovacími protokoly (EGP -
Exterior Gateway Protocol)
13
Počítačové sítěIP směrování
• Algoritmy pro výpočet směrovacích cest - podle charakteru směrovací informace– Distance Vector Algorithmus (DVA) – Link State Algorithmus (LSA)
• Princip DVA– jednotlivé směrovače periodicky vysílají obsah své
směrovací tabulky– přijímají informace vysílané ostatními směrovači a
podle nich aktualizují obsah své tabulky
14
Počítačové sítěIP směrování
– 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)
15
Počítačové sítěIP směrování
– 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
– Vytvoření tabulky:
• vytvoření záznamů pro sousedící sítě
• podle postupně přijímaných obsahů tabulek dalších směrovačů se tvoří záznamy pro čím dál vzdálenější sítě (hodnota „hopcount“ přijatá od sousedního směrovače se vždy zvýší o 1)
– Nevýhoda - nutnost vysílat celé tabulky u větších sítí to představuje velké datové pakety velká zátěž sítě
16
Počítačové sítěIP směrování
– Princip Link State Algorithmus (LSA) - směrovače vysílají pouze informace („Link State Packets“ - LSP) o stavu spojů, ke kterým jsou připojeny.
– LSP jsou vysílány všem ostatním směrovačům („flooding“)– každý směrovač si vytváří na základě LSP z ostatních
směrovačů kompletní topologickou mapu sítě– z mapy jsou určeny „nejlepší“ cesty k cílovým sítím (
Dijkstra algoritmus) – další ukázka– metrika LSA - „cost“ – směrovač zpracovává pouze změny stavů spojů, které obdrží v
LSP a potom znovu spočítá nejkratší cestu– 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
17
Počítačové sítěIP směrování
• Interní protokoly - IGP– Protokol RIP (Routing Information Protocol) - princip DVA -
verze RIP 1 a RIP 2
– 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
Formát zprávy RIP1
18
Figure 176: RIP Version 1 (RIP-1) Message FormatThe RIP-1 message format can contain up to 25 RIP Entries. Here, RIP Entry #1 is shown here with each of its constituent
subfields.
19
Počítačové sítěIP směrování
Formát zprávy RIP2
typ příkazu verze (2) identifikátor směrovacího procesu
identifikátor AStyp sítě (IP ~ 2)
IP adresa sítě
maska podsítě
„next - hope“ IP adresa
metrika (1-16)
záznamy pro dalších maximálně 24 směrovačů
0 7 8 15 16 31
20
Počítačové sítěIP směrování
• RIP protokol nevytváří hierarchické směrovací oblasti• RIP protokol vytváří „ploché“ (flat) směrovací oblasti• RIP protokol definuje pouze jeden typ směrovače• Nastavení RIP subjektů (programová konfigurace):
– aktivní – generují a šíří RIP zprávy (zpravidla síťové směrovače)
– pasivní – pouze přijímají RIP zprávy od aktivních subjektů (zpravidla koncové uživatelské systémy)
• Směrovače LAN – implementace RIP (aktivní i pasivní) i jiných směrovacích protokolů (nejčastěji OSPF) – směrovače multiprotokolové
21
Počítačové sítěIP směrování
IP záhlaví
Protocol = 17
UDP záhlaví
RIP zpráva
IP záhlaví
Protocol = 89OSPF zpráva
22
Počítačové sítěOSPF – Open Shortest Path First
• Směrovací protokol na principu algoritmu 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)
• 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 sítě224.0.0.6 „pověřený“ směrovač (designed router)
23
OSPF směrovací doménaAutonomní systém
Area 1
LAN
LAN
LANLAN
LAN
LANLANLAN
LAN
LAN
Area 2
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
Area 3
Backbone Area 0
OSPF hierarchie AS
24
25
OSPF směrovací 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 směrovač AR (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 (AS Border Router)
26
Počítačové sítěIP směrování – protokol OSPF
• Zprávy OSPF – Link State Announcements Packets – LSA
• 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
• 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
27
Protokol OSPF - LSA pakety
• Hello Packet - se vytváří v prvním kroku LSA - "oslovení sousedních routerů"
• Database Description Packet - odpověď na Hello Packet
• Link State Request Packet - žádost o vyslání Link State Update Packet
• Link State Acknowledgment Packet - potvrzuje příjem Link State Update Packet
• Link State Update Packet - odpověď na Link State Request Packet
28
Protokol OSPFLink State Update Packet – odpověď na LS Request
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
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 , typ 4 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
29
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)
30
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
AS1 AS2AS3
31
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
32
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
33
IP směrováníExterní protokoly - BGP
• Implementace externích a interních směrovacích protokolů
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LAN
LANLAN
externí protokol
interní protokoly
Konfigurace směrovačů v lokálních sítích
• Implementace– Router
• HW – Cisco, Nortel, Juniper …….
• SW – PC router (quagga …..)
– L3 switch
– Firewall
• Pojmy prefix, netmask, VLSM, metrika, hope, next_hope, default gateway, propagace routů, sumarizace routů
• Design LAN – hierarchie (strom)• Redundance cest
34
35
Konfigurace směrovačů v lokálních sítích• Typy konfigurace
– Statický routing
– Dynamický routing
– Default routing
• Základní nastavení PC routeru – IP forwarding– Linux/Unix
– MS Windows
• Statický routing – nastavení směrovacích cest
• Dynamický routing - volba směrovacího protokolu (RIP2 vs. OSPF)
• Default routing - nastavení default brány
36