Grundlegende Konzepte

Transkript

1 Grundlegende Konzepte Datagram Delivery Service SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 6

2 IP Datagram Version HLen TOS Length Ident Flags Offset TTL Protocol Checksum SourceAdr DestinationAdr Options (variable) Pad (variable) Data SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 7

3 Fragmentierung und Reassembly H1 R1 R2 R3 H2 ETH IP (1400) FDDI IP (1400) PPP IP (512) PPP IP (512) PPP IP (376) ETH IP (512) ETH IP (512) ETH IP (376) Beispiel: H1 sendet Daten der Größe 1400 Bytes an H2 MTU von ETH = 1500 Bytes MTU von FDDI = 4500 Bytes MTU von PPP = 532 Bytes (Die Path MTU in diesem Beispiel = 532 Bytes) (Dargestellt ist die Payload, also Payload + 20 Byte Header = MTU) Reassembly findet nur auf dem Empfänger Host H2 statt SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 8

4 Fragmentierung und Reassembly Unfragmentiertes IP Paket Original IP Paket und dessen Fragmente lassen sich durch eine eindeutige Ident Nummer zueinander zuordnen. Offset*8 = Byte Position in den Originaldaten Start des Headers Ident = x 0 Offset = 0 Rest des Headers 1400 Bytes Daten Bemerkung: durch Speichern eines Offsets anstatt einer ID ist weitere Fragmentierung eines schon fragmentierten Paketes unmittelbar möglich. Start des Headers Ident = x 1 Offset = 0 Rest des Headers 512 Bytes Daten Start des Headers Ident = x 1 Offset = 64 Rest des Headers 512 Bytes Daten Start des Headers Ident = x 0 Offset = 128 Rest des Headers 376 Bytes Daten Fragmentiertes IP Paket SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 9

5 Grundlegende Konzepte Adressierung SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 10

6 Erinnerung: Adressierung und Forwarding IP Adresse: Netzklassen: 7 24 Class A 0 Netz Host Class B Class C Netz Host Netz Host Subnetting Zum Beispiel Class B Adresse Netz Host Subnetz Maske ( ) Ergebnis Netznummer Subnetz Host SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 11

7 Erinnerung: Adressierung und Forwarding Supernetting (CIDR) Kunden Netze Advertise / /24 Internet Anbieter /24 SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 12

8 Host Configuration (DHCP) IP Adressen haben einen Netz und Host Anteil Im Gegensatz zu Ethernet Adressen kann die IP Adresse damit nicht fest mit der Netzhardware verdrahtet sein. Warum? Es muss zumindest eine Möglichkeit bestehen, die IP Adressen manuell zu konfigurieren. Umständlich! Besser: dynamische Zuweisung von IP Adressen. Bei der Gelegenheit kann man dem DHCP Client auch gleich den Default Router mitteilen. IP Broadcast DHCPDISCOVER DHCP Relay IP Unicast DHCPDISCOVER N S DHCP Server H SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 13

9 Error Reporting (ICMP) ICPM (Internet Control Message Protocol) definiert eine Sammlung von Fehler und Kontrollnachrichten. Beispiel für Fehlernachrichten, die an den sendenden Host verschickt werden: Unerreichbarer Ziel Host Reassembly Prozess fehlerhaft TTL=0 erreicht IP Header Checksumme falsch Beispiel für Control Nachricht: ICMP Redirect Beispiel: ICMP Redirect H1 R1 Nachricht an H2 Default Router: R1 R2 H2 SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 14

10 IP Tunneling und Anwendungen Netz Nummer Next Hop 1 Interface 0 2 Virtual Interface 0 Default Interface Netz 1.x R1 Internet R2 Netz 2.x IP Header, Destination = 2.x IP Payload IP Header, Destination = IP Header, Destination = 2.x IP Payload IP Header, Destination = 2.x IP Payload Security in Kombination mit Verschlüsselung (z.b. Virtual Private Networks (VPN)) Router R1 und R2 haben besondere Features (z.b. Multicast fähige Router) Verbinden von Nicht IP Netzen über ein IP Netz (z.b. global verteilte Sensornetze) Auslieferung an bestimmter Stelle erzwingen, obwohl Zieladresse eine andere ist (z.b. Mobile IP) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 15

11 Internet Routing SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 16

12 Forwarding und Routing Forwarding Tabelle H7 H1 H2 H3 Adresse Interface MAC Adr. Host H1 3 Adr(H1) Host H2 3 Adr(H2) Netz N1 3 1 R1 2 Host H3 3 Adr(H3) Netz N2 1 Adr(R2) Netz N3 2 Adr(R3) R2 R3 Netz N2 Netz N3 H4 H5 H6 H7 Woher bekommt man die Forwarding Tabelle? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 17

13 Routing Wir betrachten zunächst Routing als Graph Problem. Gegeben sei ein Graph mit gewichteten Kanten (hier der Einfachheit halber ein ungerichteter Graph): B 3 D 1 F A 1 C 4 E Finde die kürzesten Pfade zwischen den einzelnen Knoten. Was wäre wohl per draufgucken der kürzeste Pfad P von A nach F? Was ist das Gesamtgewicht w(p) dieses Pfades? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 18

14 Routing Algorithmen Distanzvektor Routing Link State Routing Ziel Distanz H1 5 H2 3 H3 7 H4 2 Ziel Distanz H1 7 H2 4 H3 4 H4 1 R R1 R2 R Globale Information an Nachbarn (verteilter Routing Algorithmus) Von allen Nachbarinformation an alle (zentraler Routing Algorithmus) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 19

15 Internet Routing Distanzvektor Routing (aka. Bellman Ford) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 20

16 Grundidee B Initiale Distanzvektortabellen Stetiger Austausch und Aktualisierung dieser Tabellen (Routing Update) Tabelle von B D E Ziel Next Dist C A A 1 B 0 C C 1 D D 1 E?? Tabelle von C Ziel Next Dist A A 1 B B 1 C 0 D D 1 E E 1 B C A Initiale Tabelle von A Ziel Next Dist A 0 B B 1 C C 1 D?? Neue Tabelle von A Ziel Next Dist A 0 B B 1 C C 1 D B 2 SS 2012 E Grundlagen?? der Rechnernetze E Internetworking C 2 21 A Kantengewichte hier vereinfacht alle auf 1 gesetzt.

17 Details zu Routing Updates Ziel Next Dist x i z i c i v Ziel Next Dist x i v i d i u x i v c i +1 Generelle Regel für Knoten u: 1. Aktualisiere itetabellenzeile (x i, y i, d i ), wenn für die von Knoten v empfangene Tabellenzeile (x i, z i, c i ) gilt: d i > c i Die aktualisierte Tabellenzeile ist dann (x i, v, c i + 1) (Erweiterung auf gewichtete Kanten offensichtlich: ersetze +1 mit Kantengewicht für Kante uv) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 22

18 Wann versendet ein Knoten ein Routing Update? Periodic Update: Tabellen werden regelmäßig an Nachbarn geschickt Damit wissen die Nachbarknoten, dass es den Link und Knoten noch gibt. Werden über einen bestimmten Zeitraum keine Updates mehr empfangen, so wird der Link als ausgefallen interpretiert Triggered Update: Wann immer ein Knoten seine Routing Tabelle geändert hat Nach lokal festgestelltem Link Ausfall Nach Empfang eines Routing Updates von einem Nachbarn Das kann wiederum eine Änderung in den Nachbarknoten und damit Routing Updates von den Nachbarn bewirken (usw.) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 23

19 Forwarding anhand der Routing Tabellen D E B C Ziel Next Dist A A 1 B B 1 C 0 D D 1 E E 1 A Ziel Next Dist A 0 B B 1 C C 1 D B 2 E C 2 Randbemerkung Routing Tabelle: speichert alles was man für das Routing benötigt. Forwarding Tabelle: speichert alles was man für das Forwarding benötigt Kann ein und dieselbe Tabelle sein; muss es aber nicht. SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 24

20 Beispiel eines Link Ausfalls Tabelleneinträge bzgl. Knoten G: B Dst Next Hops Dst Next Hops G F 2 C A G D 2 D E Dst Next Hops G G 1 F G Stabilisiert sich das Netz immer in dieser Form? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 25

21 Count to Infinity Problem C C A A B B D Lösungsansatz 1: ignorieren. Am Ende wird sowieso bis hoch gezählt. Lösungsansatz 2: Split Horizon. Routing Updates nur zu Nachbarn, die nicht selber der nächste Hop sind. Lösungsansatz 3: Split Horizon with Poison Reverse. Routing Updates zu allen Nachbarn. Allerdings Routing Update zu denen, die selber der nächste Hop sind. Funktioniert das immer? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 26

22 Internet Routing Link State Routing SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 27

23 Link State Routing (R,U) (R,V) (R,W) (R,X) (R,Y) Erster Schritt U Zweiter Schritt Y R V R X W R Jeder Knoten teilt allen anderen seine adjazenten Kanten mit (Flooding) Jeder Knoten hat globale Sicht und kann alle kürzesten Pfade berechnen SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 28

24 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 SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 29

25 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) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 30

26 Beispiel an der Tafel SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 31

27 Internet Routing Konkrete Realisierungen im Internet SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 32

28 Anwendung dieser Verfahren im Internet? Skalierbarkeit Kommunikationsoverhead Speicheroverhead Langsame oder keine Konvergenz Administrative Autonomie Freie Wahl von Routing Protokollen Verbergen von Netzinterna SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 33