Internet-Routing

Internet‐Routing
Link‐State‐Routing
SS 2012
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Internetworking
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Link‐State‐Routing
(R,U)
(R,V)
(R,W)
(R,X)
(R,Y)
Erster Schritt
Zweiter Schritt
U
R
Y
V
R
X
W
R
Jeder Knoten teilt allen anderen seine adjazenten Kanten mit (Flooding)
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Jeder Knoten hat globale Sicht und kann alle kürzesten Pfade berechnen
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Reliable‐Flooding
Jeder Knoten versendet Link‐State‐Pakete (LSP) mit folgender Info:
• ID des Knotens, der das LSP erzeugt hat
• Liste der direkten Nachbarn (inklusive Link‐Kosten)
• eine Sequenznummer
• Ein TTL‐Wert für das Paket
Jedes LSP wird geflutet, d.h.:
• LSP‐Erzeuger inkrementiert eine lokale Sequenznummer und versendet das LSP mit dieser Nummer
• Jeder Knoten, der ein „neueres“ (d.h. höhere Sequenznummer) LSP empfängt, leitet dieses an alle Nachbarn (außer dem, von dem das LSP empfangen wurde) weiter
• LSP mit älteren oder gleicher Nummer werden ignoriert
• Des Weiteren werden LSPs ab bestimmtem TTL‐Wert ebenfalls verworfen
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Routenberechnung mittels Dijkstra‐Algorithmus
Es sei s der Startknoten, N die Menge aller Knoten und l(v,w) die Kosten der Verbindung von v nach w. Wir definieren:
c(v) = aktuelle Kosten von v
m(v) = Markierung der schon behandelten Knoten
pre(v) = Vorgänger von v entlang der kürzesten Route nach s
Dijkstra‐Algorithmus:
Für alle v in N-{s} setze c(v)= und m(v)=false
c(s)=0 und m(s)=false
Solange noch unmarkierte Knoten existieren:
Finde unmarkierten Knoten v mit kleinstem Wert c(v)
m(v) = true
Für jeden unmarkierten Nachbarknoten w:
Wenn c(w) > c(v) + l(v,w) dann
pre(w) = v
c(w) = c(v) + l(v,w)
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Beispiel an der Tafel
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Internet‐Routing
Konkrete Realisierungen im Internet
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Anwendung dieser Verfahren im Internet?
Skalierbarkeit
Kommunikationsoverhead
Speicheroverhead
Langsame oder keine Konvergenz
Administrative Autonomie
Freie Wahl von Routing‐Protokollen
Verbergen von Netzinterna
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Autonomous‐Systems (AS)
Gateway‐Router
2c
H2
3a
3c
H2 in
AS2
H1
2a
1c
3b
1a
AS3
2b
1b
AS2
1d
AS1
Inter‐AS‐Routing
Intra‐AS‐Routing
Beispiel: Routing Information Protocol (RIP)
Beispiel: Open Shortest Path First (OSPF)
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Border Gateway Protocol (BGP)
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RIP und OSPF
Routing Information Protocol (RIP) = Distanzvektor‐Routing (ungewichtet)
Open Shortest Path First (OSPF) = Link‐State‐Routing (gewichtet)
OSPF erlaubt zusätzliche Hierarchie in einem AS:
Backbone‐Router
Area‐Border‐
Router
Internal‐Router
H2 in
Area 3
Area 1
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H1
Area 2
Separates OSPF in Backbone und jeder Area
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Area 3
H2
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BGP Grundlagen
AS3
AS2
2c
3c
AS1
3a
2a
2b
1c
3b
1b
Ziel
Pfad
Next
x in AS1
AS1
3a‐1c
y in AS2
AS1‐AS2
3a‐1c
z in AS3
‐‐
‐‐
…
1a
1d
Border Gateway Protocol (BGP) = Distanzvektor‐Routing (ungewichtet)
…
…
Aber: Distanzvektortabelle speichert komplette Pfade anstatt Distanzwert
Aber: Distanzvektortabelle muss zusätzlich den ersten Hop speichern
Aber: Distanzvektortabellen werden nicht „unreflektiert“ ausgetauscht
Aber: Zwei AS können durch mehrere Kanten verbunden sein
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BGP Policy
B
Ziel
Pfad
z in X
A‐B‐X or A‐C‐X Ziel
Pfad
z in Y
X‐C‐Y
X
W
A
Ziel
Pfad
z in W
B‐A‐W
C
Y
Kunden‐AS
Provider‐AS
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Beispielregeln:
1. Kunden‐AS darf nur Kommunikationsendpunkt sein
2. B möchte keinen Verkehr zwischen A und C tragen
3. A will niemals Verkehr über B leiten
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Limitierter Adressbereich
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Problemstellung
Mit den Standard‐IP‐Adressen lassen sich maximal
232 = 4.294.967.296 ~ 4,3 Mrd.
Hosts adressieren.
Das ist schon alleine ein Problem weltweit alle gewöhnlichen Hosts mit einer eindeutigen Adresse zu versehen.
Darüber hinaus werden in Zukunft nicht nur gewöhnliche PCs am Internet angeschlossen sein, sondern beispielsweise auch:
• Mobiltelefone
• Fernseher
• und viele andere Geräte des täglichen Lebens
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Ein Patch auf die Schnelle
Network‐Adress‐Translation (NAT)
• Lokalen Hosts werden temporär globale Adressen zugeordnet.
• In ausgehenden IP‐Paketen wird von der NAT‐Box die lokale Adresse mit der zugehörenden globalen Adresse ersetzt.
• In ankommenden IP‐Paketen wird von der NAT‐Box die globale Adresse mit der zugehörenden lokalen ersetzt.
IP‐Paket:
Quelle: 10.0.1.5
Lokal eindeutige
Adresse:
10.0.1.5
H
Lokales Netz
NAT‐Box
IP‐Paket:
Quelle: 171.69.210.246
Ins Internet
Verfügbare eindeutige globale Adressen:
171.69.210.246, ..., 171.69.210.252
IP‐Paket:
Ziel: 10.0.1.5
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IP‐Paket:
Ziel: 171.69.210.246
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Ein wichtiges Thema von IPv6
Bisher haben wir IP Version 4 (kurz IPv4) betrachtet.
Es gibt Bemühungen das heutige Internet mit einer IP Version 6 (kurz IPv6) zu verbessern.
Ein wichtiger Punkt bei IPv6: stelle genügend Adressen zu Verfügung
IPv6 definiert 128‐Bit‐Adressen. Damit können etwa
3,4 * 1038
Hosts adressiert werden oder anders gesagt
655 570 793 348 866 943 898 599
Adressen pro Quadratmeter der Erde vergeben werden.
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Wechsel von IPv4 nach IPv6?
Aufgrund der Größe und dezentralen Organisation des Internets ist ein einfacher Wechsel von v4 nach v6 nicht durchführbar.
Möglichkeit: fließender Wechsel, der über Jahre hinweg paralleles betreiben von IPv4 und IPv6 ermöglicht.
Mechanismen:
• Dual‐Stack‐Operation
• Tunneling
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Zusammenfassung und Literatur
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Zusammenfassung
• Das Thema von Internetworking: wie konstruiert man ein großes Netz durch verbinden von vielen kleinen Netzen
• Hauptproblem: Heterogenität und Skalierbarkeit
• Lösung IP‐Protokoll: Best‐Effort‐Service, der von allen aktuellen und möglichen zukünftigen Netztypen unterstützt werden kann
• Hauptaufgabe: Routing
– Interdomain‐Routing
– Intradomain‐Routing
• Tradeoff zwischen Skalierbarkeit und Optimalität: Skalierbarkeit durch hierarchische Organisation des Netzes auf Kosten von optimalen Pfaden
• Aktuelle Probleme:
– Adressverbrauch!
– (Routingtabellengrößen)
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Literatur
[PetersonDavie2007] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie, „Computer Networks: A Systems Approach“, Edition 4, 2007.
4.1.2 Service Model
4.1.6 Host Configuration (DHCP)
4.1.7 Error Reporting (ICMP)
4.1.8 Virtual Networks and Tunnels
4.2.1 Network as a Graph
4.2.2 Distance Vector (RIP)
4.2.3 Link State (OSPF)
4.3.3 Interdomain Routing (BGP)
4.3.4 Routing Areas
4.3.5 IP Version 6 (IPV6)
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