Počítačové sítě IP routing IP sítě jsou propojeny směrovači - routery Funkce směrovačů odpovídá 3. vrstvě referenčního modelu OSI - L3 L3 odpovídá IP vrstvě architektury TCP/IP 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) 1

Počítačové sítě IP routing Architektura internetu Core-network (jádro sítě) Core routers Autonomní systémy Hraniční směrovače AS 2

Architektura Core-network LAN LAN LAN LAN LAN LAN LAN IGP Core Network IGP LAN LAN EGP LAN LAN LAN LAN LAN LAN IGP LAN LAN 3

Architektura autonomních systémů Autonomní systém 1 LAN LAN LAN LAN LAN AS 2 LAN LAN IGP IGP LAN LAN EGP LAN LAN LAN LAN LAN LAN IGP AS 3 LAN LAN 4

Počítačové sítě IP routing 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.    5

Počítačové sítě IP 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 6

Počítačové sítě IP routing Dynamicky (dynamické směrovací tabulky) - na základě informací periodicky šířených směrovacími protokoly se mapy vypočítávají podle určitého algoritmu snadná adaptace na změny v topologii sítě mezi směrovači musí být dohoda o implementaci určitého směrovacího protokolu 7

Počítačové sítě IP routing Připomeňme si: Přímé směrování - zdroj i cíl ve stejné IP síti Nepřímé směrování - zdroj a cíl v různých IP sítích Výchozí směrovač (default router)

Počítačové sítě IP routing Co obsahuje směrovací tabulka? Pro každou IP síť internetu záznam: síť brána rozhraní metrika Síť – IP adresa sítě Rozhraní Brána - IP adresa rozhraní dalšího směrovače Metrika - zhodnocené parametry přenosové cesty (parametry jsou stanoveny protokolem) - např. počet směrovačů na přenosové cestě, cena za přenos, přenosová kapacita, zpoždění ... 9

N2 1 M R3 I1 N4 přímo N3 I0 R1 N1 Brána Rozhraní Síť Tabulka R2 2 R2 M R3 I1 N4 přímo N3 I0 R1 N1 Brána Rozhraní Síť Tabulka R2 2 R2 Tabulka R3 Tabulka R1

Počítačové sítě IP routing Šíření směrovacích informací po krocích Příklad: Sítě Network 1, Network 2, Network 3, Network 4 Routery RA, RB, RC, RD

12

Počítačové sítě IP routing Každý směrovač musí mít mapu celého internetu - pro globální síť Internet jenerealizovatelné Řešení: strukturalizace Internetu na autonomní systémy Autonomní systém (AS) AS je komplex sítí a směrovačů AS je jedna administrativní doména se společnou směrovací strategií 13

Počítačové sítě IP routing 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 v AS architektuře Uvnitř AS - směrování interními směrovacími protokoly (IGP - Interior Gateway Protocol) Mezi AS - směrování externími směrovacími protokoly (EGP -Exterior Gateway Protocol)

Počítačové sítě IP routing Algoritmy pro výpočet směrovacích cest Distance Vector Algorithmus (DVA) Link State Algorithmus (LSA) Princip DVA Směrovače periodicky vysílají obsah své směrovací tabulky Směrovače přijímají informace vysílané ostatními směrovači a podle nich aktualizují obsah své tabulky 15

Počítačové sítě IP routing Charakteristika DVA 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

Počítačové sítě IP routing DVA 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) 17

Počítačové sítě IP routing Vytvoření tabulky představuje: Vytvoření záznamů pro sousedící sítě Podle postupně (po krocích) přijímaných obsahů tabulek sousedních směrovačů se tvoří záznamy pro vzdálenější sítě Hodnota „hopcount“ přijatá od sousedního směrovače se vždy zvýší o 1 Nevýhody: Vysílají se celé tabulky U větších sítí to představuje velké datové pakety Takové přenosy zatěžují sítě 18

Počítačové sítě IP routing Charakteristika LSA Směrovače vysílají pouze informace („Link State Packets“ - LSP) o stavu spojů, ke kterým jsou připojeny. LSP jsou vysílány všem ostatním směrovačům („flooding“) ve stejné směrovací oblasti Každý směrovač si vytváří z obdržených informací kompletní topologickou mapu sítě

Počítačové sítě IP routing Podle mapy jsou určeny „nejlepší“ cesty k cílovým sítím (Dijkstra algoritmus) – ukázka Metrika LSA - „cost“ (administrativně nastavená pro každou cestu) Směrovač zpracovává pouze změny stavů spojů, které obdrží v LSP a potom znovu spočítá nejkratší cestu Výhody: 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 20

Počítačové sítě IP routing

Počítačové sítě IP routing Interní protokoly - IGP Protokol RIP a RIP 2 (Routing Information Protocol) Protokol OSPF (Open-the Shortest-Path-First)

Počítačové sítě IP routing Charakteristika RIP1/RIP 2 Algoritmus DVA 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 23

Počítačové sítě IP routing RIP nevytváří hierarchické směrovací oblasti RIP vytváří „ploché“ (flat) směrovací oblasti RIP definuje pouze jeden typ směrovače Nastavení RIP routing na směrovačích a počítačích (programová konfigurace): Aktivní – generují a šíří RIP zprávy (síťové směrovače) Pasivní – pouze přijímají RIP zprávy od aktivních subjektů (počítače) 24

Počítačové sítě IP routing Formát zprávy RIP1 Figure 176: RIP Version 1 (RIP-1) Message Format The RIP-1 message format can contain up to 25 RIP Entries. Here, RIP Entry #1 is shown here with each of its constituent subfields.   25

Počítačové sítě IP routing Formát zprávy RIP2 0 7 8 15 16 31 typ příkazu verze (2) identifikátor směrovacího procesu typ sítě (IP ~ 2) identifikátor AS IP adresa sítě maska podsítě „next - hope“ IP adresa metrika (1-16) záznamy pro dalších maximálně 24 směrovačů 26

Počítačové sítě IP routing IP záhlaví Protocol = 17 UDP záhlaví RIP zpráva IP záhlaví Protocol = 89 OSPF zpráva 27

Počítačové sítě IP routing Charakteristika OSPF Algoritmus 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)

Počítačové sítě IP routing 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 sítě 224.0.0.6 - „pověřený“ směrovač (designed router) 29

OSPF doména Area 3 Backbone Area 0 Area 1 Area 2 LAN LAN LAN LAN LAN 30

Area – soustava jedné nebo více souvislých sítí OSPF 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) 31

Příklad konfigurace OSPF 32

Počítačové sítě IP routing Zprávy OSPF – LSA (Link State Announcements Packets) 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 33

Počítačové sítě IP routing 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 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 

Počítačové sítě IP routing Link State Acknowledgment Packet - potvrzuje příjem Link State Update Packet Link State Update Packet - odpověď na Link State Request Packet 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 35

Protokol OSPF Link State Update Packet – odpověď na LS Request 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 36

Počítačové sítě IP routing Externí protokoly - EGP Protokol EGP (Exterior Routing Protocol) Protokol BGP (Border Gateway Protocol)

IP směrování Externí 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) 38

IP směrování Externí protokoly Protokol BGP – novější, na bázi hvězdicové struktury (Core Network) BGP – v současnosti oficiální externí protokol Internetu – routery WAN podporují BGP Core Network AS3 AS1 AS2 39

IP směrování Externí 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 40

IP směrování Externí 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 41

Počítačové sítě IP routing Implementace externích a interních směrovacích protokolů LAN LAN LAN Interní protokoly LAN LAN LAN Interní protokoly Externí protokol LAN LAN LAN 42 42

Počítačové sítě IP routing 43

Počítačové sítě IP routing Implementace směrování v LAN Router HW – Cisco, Nortel, Juniper ……. SW – PC router L3 switch Pojmy: prefix, netmask, VLSM, metrika, hope, next_hope, default gateway, propagace routů, sumarizace routů, redundance cest, agregace směrovacích cest 44

Počítačové sítě IP routing Typy konfigurace Statický routing Dynamický routing (Quagga) Default routing Základní nastavení PC routeru – IP forwarding Statický routing – nastavení směrovacích cest Dynamický routing - volba směrovacího protokolu (RIP2 vs. OSPF) – směrovací SW (Quagga) Default router - nastavení default brány 45