Internet‐Routing
Link‐State‐Routing
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 27
Link‐State‐Routing
Zweiter Schritt
Jeder Knoten hat globale Sicht und kann alle kürzesten Pfade berechnen
R R Erster Schritt
Jeder Knoten teilt allen anderen seine adjazenten Kanten mit (Flooding)
R U
V
X W Y
(R,U) (R,V) (R,W)
(R,X) (R,Y)
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking
SS 2012 28
Reliable‐Flooding
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 29
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
Routenberechnung mittels Dijkstra‐Algorithmus
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 30
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)
Beispiel an der Tafel
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 31
Internet‐Routing
Konkrete Realisierungen im Internet
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 32
Anwendung dieser Verfahren im Internet?
Skalierbarkeit
Kommunikationsoverhead Speicheroverhead
Langsame oder keine Konvergenz
Administrative Autonomie Freie Wahl von Routing‐Protokollen
Verbergen von Netzinterna
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking
SS 2012 33
Autonomous‐Systems (AS)
3c 3a
3b
1c 1a
1d
1b
2a
2c
2b
AS1
AS2 AS3
H1
H2 Gateway‐Router
H2 in AS2
Intra‐AS‐Routing
Beispiel: Routing Information Protocol (RIP) Beispiel: Open Shortest Path First (OSPF)
Inter‐AS‐Routing Border Gateway Protocol (BGP)
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking
SS 2012 34
OSPF erlaubt zusätzliche Hierarchie in einem AS:
RIP und OSPF
Routing Information Protocol (RIP) = Distanzvektor‐Routing (ungewichtet) Open Shortest Path First (OSPF) = Link‐State‐Routing (gewichtet)
Area 1 Area 2
Area 3
Area‐Border‐
Router Backbone‐Router
Separates OSPF in Backbone und jeder Area
H1 H2 in Area 3
H2
Internal‐Router
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking
SS 2012 35
BGP Grundlagen
3c
3a
3b 1c
1a 1d
1b
2a
2c
2b AS1
AS3 AS2
Ziel Pfad Next
x in AS1 AS1 3a‐1c y in AS2 AS1‐AS2 3a‐1c
z in AS3 ‐‐ ‐‐
… 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
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking
SS 2012 36
BGP Policy
Kunden‐AS Provider‐AS W
B
X
Y
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
Ziel Pfad
z in Y X‐C‐Y
Ziel Pfad
z in W B‐A‐W
Ziel Pfad
z in X A‐B‐X or A‐C‐X
A
C
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking
SS 2012 37
Limitierter Adressbereich
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 38
Problemstellung
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 39
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
Ein Patch auf die Schnelle
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 40
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.
Lokales Netz NAT‐Box
Verfügbare eindeutige globale Adressen:
171.69.210.246, ..., 171.69.210.252 Lokal eindeutige
Adresse:
10.0.1.5 H
IP‐Paket:
Quelle: 10.0.1.5
IP‐Paket:
Quelle: 171.69.210.246 Ins Internet
IP‐Paket:
Ziel: 10.0.1.5
IP‐Paket:
Ziel: 171.69.210.246
Ein wichtiges Thema von IPv6
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 41
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.
Wechsel von IPv4 nach IPv6?
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 42
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
Zusammenfassung und Literatur
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 43
SS 2012
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)
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 44
SS 2012
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)
Grundlagen der Rechnernetze ‐Internetworking 45
SS 2012