Verkkokerroksen tehtävät

Transkriptio

1 Tietoliikenteen perusteet Verkkokerros Kurose, Ross: Ch Sisältöä Verkkokerros Reititin IP-protokolla Reititsalgoritmit Oppimistaoitteet: - Osata selittää, kuinka IP-paketteja älitetään erkossa - Tietää, mitä tietoja sisält IP-pakettiin (ja miksi) - Osata selittää reitittimien rakenne ja toiminta - Osata kuailla, kuinka reitittimet kokoaat reititstietonsa = linkkitila- ja etäissektorialgoritmien toimintaideat Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Verkkokerros Verkkokerroksen tehtäät Verkkokerros Toimittaa kuljetuskerroksen segmentit astaanottajalle Lähettäjä luo segmenteistä erkkokerroksen IP-paketteja Lisää otsaketietoja: mm. IP-osoitteet Reitittäminen Isäntä reititin... reititin - Vastaanotto Poista otsake application transport phsical Anna segmentti kuljetuskerrokselle Verkkokerros toimii etenkin reititksessä Reititin tutkii IP-paketin otsakkeen ja päättää, mihin linkkiin se lähetetään seuraaaksi phsical phsical KuRo0: Fig 4. phsical phsical phsical phsical phsical phsical application transport phsical Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 Reititin routing algorithm Miksi erkkokerros? ) Välittää paketin reitittimen sisääntulosta johonkin ulosmenolinkkiin u Katsoo reititstaulusta minne ) Kertoo muille reitittimille reitittämiseen liittiä tietoja u Reittien selittäminen local forarding table header alue output link u Reititstaulun lläpito 0 u Oma protokolla (reititsalgoritmi) tätä arten alue in arriing packet s header u Käsin konfigurointi on hankalaa ) Piiriktkentäisessä erkossa mös htedenmuodostus ja purku KuRo0: Fig 4. Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Verkko fsisesti hin heterogeeninen Linkeillä oi olla eri teknologiat Linkin li kuljetettaan kehksen (frame) koko erilainen Palelu: htedellinen / htedetön Osoittaminen: ksitasoinen/hierarkkinen Monilähets /leislähets Toiminnot: irheenkäsittel, uolonta, ruuhkanalonta, hteden laatu / takuu (QoS), turaus, laskutus,.. Internetin erkkoprotokolla IP on erkkokerroksen hteinen kieli Isäntäkoneiden ja reitittimien osatta IP (Internet Protocol) Verkkokerros osaa keskustella erilaisten linkkien kanssa Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6

2 Verkon palelun laatu Netork Serice Bandidth No-loss Congestion Archtecture Model Guarantee Guarantee Ordering Timing Indication Internet Best none none an order not none Effort possible maintained ATM CBR guaranteed es in order maintained congestion constant ill not rate occur ATM ABR guaranteed none in order not congestion minimum maintained indication proided KuRo0:Table 4. Verkkokerros ~ reitittäminen Reititin (router) Osaa muunnokset siihen ktkettjen teknologioiden älillä Sisääntulolinkki ja ulosmenolinkki oiat ollat eri teknologiaa Välittää erkkokerroksen otsakkeen perusteella (IP-osoite) Laitteistotoimintona tai osin ohjelmallisesti Ktkin (sitch) Sekä sisääntulolinkki että ulosmenolinkki oat samaa teknologiaa Lähierkon sisällä älits linkkikerroksen otsakkeen perusteella Poikkeuksetta aina laitetason toimintona Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 7 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 8 Pakettiktkentäinen erkko Internetin erkkokerros Joko datagrammierkkona (Internet) Sanoman jokainen paketti reititetään erikseen kohteen IP-osoitteen perusteella Thmä erkkokerros : ain pakettien älits koneelta koneelle Fiksut isäntäkoneet : irheenalonta, uonalonta, järjests tai irtuaalipiirierkkona Sanoman jokainen paketti kulkee samaa reittiä pitkin linkkiin liitetn irtuaalipiirinumeron perusteella Signallointiprotokolla: htedenmuodostus, lläpito, purku hteden tietoja reitittimessä (irtuaalipiirin muunnostaulukko) mahd. mös kaistaarausta Fiksu erkkokerros: uonalonta, irhealonta, järjests thmät isäntäkoneet: rt. Puhelin ATM-erkot (Asnchronous Transfer Mode), X.-erkot Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 9 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 0 Internetin erkkokerros Internetin erkkokerros Tällä kurssilla IP4 ja reititksen periaatteet Internet-protokollat kurssilla IP6, reititsprotokollat, ICMP Reititsprotokollat Reititstaulujen (forarding table) lläpitämistä arten Erillään taallisten pakettien lähetksestä RIP (Routing Information Protocol): etäissektorialgoritmi OSPF (Open Shortest Path First): linkkitila-algoritmi BGP (Border Gatea Protocol): hierarkkinen, autonomisten alueiden älinen algoritmi Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen ICMP (Internet Control Message Protocol) Protokolla, jolla isännät ja reitittimet aihtaat erkkokerroksen kuulumisia Taallaan erkkokerroksen päällä: IP-paketissa kuljetuskerroksen tietojenb sijasta ICMP-dataa Virheraportointi: unreachable host//port/protocol Reititin ei tiedä, minne toimittaisi... Kaiutus: echo request / repl tätä ping ja traceroute kättäät RTT:n mittaamisessa IP6 Uudistettu ersio IP-protokollasta, 64 bitin IP-osoite mm. kiinteänkokoinen otsake, ei tarkistussummaa, pakettien paloittelu jo lähettäjän koneessa Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen

3 Verkkokerros Reititin Ch. 4. reititin Reitittimen arkkitehtuuri Kaksi tehtäää Välitä paketteja tulolinkeistä ulosmenolinkkeihin Suorita reititsalgoritmia / protokollaa Portti ~erkkokortti Useita portteja niputettu hteen linjakorteiksi (line card) KuRo0:Fig 4.6 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 Fsinen kerros bittitason esits Sisääntuloportti (input port) KuRo0: Fig 4.7 Ulosmenoportti (output port) KuRo0: Fig 4.9 Linkkikerros: e.g., Ethernet Hajautettu ktkentä Esim. kullakin portilla on kopio reititstaulusta, oi tutkia itse Content Addressable Memor (CAM), assosiatiiinen haku, longest prefi match Taoite: paketti ulos sisääntulon nopeudella Jonotus: jos ulosmeno hitaampi kuin sisääntulo tai joku muu siirtää samaan ulostuloon mös HOL (head-of-line blocking) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Puskuroi, jos paketteja tulee nopeammin kuin ulosmenon siirtonopeus salli Sisääntulo nopeampi tai monesta samaan kohteeseen Voi kättää priorisointia (packet scheduling) FCFS (First Come First Sericed), WFQ (Weighted Fair Queuieng),... QoS (Qualit of Serice) (ei käsitellä tällä kurssilla!) Suorittaa linkki- ja fsisen kerroksen operaatiot Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 Kolme erilaista ktkentätapaa: Ktkentä muistin kautta Taallinen tietokone reitittimenä Sisääntulo: keskets, CPU kopioi paketin muistiin, tutkii minne on menossa Ulosmeno: CPU kopioi paketin muistista Välä pullonkaula: kopiointia per paketti Linkkikerros ja fsinen kerros laitetoimintoja Jonot keskusmuistissa Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 7 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 8

4 Ktkentä älän kautta Ktkentä ktkentäerkon kautta Sisääntulo siirtää paketin älän kautta suoraan ulosmenoporttiin Vain ksi ktkentä aktiiinen kerrallaan Välä edelleen pullonkaula Välänopeus rajoittaa ktkentänopeutta Gbps nopeudet, riittää LAN- ja ritserkoilla Ristiktkentä (crossbar sitch) *N älää hdistää N sisääntloa ja N ulosmenoa Valitse aaka- ja pstlinja Jos sama ulosmeno/sisääntulo, odotus sisääntuloportissa Sisääntulo oi pilkkoa paketin pienemmiksi soluiksi (cell) ja älittää ksi kerrallaan Ulostulo kokoaa solut taas paketeiksi Suuri siirtonopeus - Esim. Cisco 000: 64 Gbps Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 9 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 0 Reititsprosessori Pakettien hlkäs Suorittaa reititsprotokollaa Reititsinformaation älitstä reitittimeltä toiselle RIP, OSPF, BGP,... Esim. minuutin älein Sisääntulot toimittaat reititsprotokollien paketit prosessorille Ylläpitää porttinen reititstauluja Kun muuttuu, uusi kopio kullekin portille Hallinta- ja lläpitotoimintoja Reitittimelläkin oi olla suoritettaana soelluksia Kun puskuritila ei riitä Hlkää saapua paketti (drop-tail) tai joku muu.. Se kummassa jonossa paketit hlätään, riippuu ktkennän ja linjan nopeuden suhteista RED (Random Earl Detection): hlkää jo ennenkuin puskuri tätt Siirtoirhe Linkkikerros saa hlätä irheellisen Verkkokerros saa hlätä irheellisen Paketin elinaika (Time-to-lie, TTL) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen N linjaa sisään N linjaa ulos N linjaa sisään N linjaa ulos Ktkin toimii riittäällä nopeudella, joten sisääntulossa ei taritse jonottaa. Yhdelle linjalle liian paljon liikennettä => ulosmenoportin puskuritila tätt ja paketteja katoaa! Jos ktkin ei toimi tarpeeksi nopeasti, sisääntuloportteihin snt jonoja. Esim. Ristikkäinktkimessä paketti joutuu odottamaan, jos samaan kohteeseen on menossa useita paketteja. Jonottaa paketti oi tukkia tien mös muilta saman portin paketeilta, jotka muuten oisiat edetä ktkimessä. (head-of-the-line-blocking) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 4

5 Verkkokerros Soellusprotokolla IP-protokolla Ch 4.4 TCP IP RFC 79 LAN X. Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 IP-protokolla IP-paketin rakenne (IP4) Verkkokerros siirtää kuljetuskerroksen segmentit lähdekoneelta kohdekoneelle Tehtäässä taritaan Osoitteet (lähettäjä, astaanottaja) Tieto lemmän kerroksen protokollasta (UDP, TCP tai joku muu), jotta osaa antaa oikealle rutiinille Liian ison IP-paketin paloittelu tarittaessa pienemmiksi IPpaketeiksi 'Harhautuneiden' pakettien häittäminen (time-to-lie) Tarkistukset (checksum) Hiä ominaisuuksia (?) Siirtopalelun erittäminen eritppisille soelluksille Lähdereitits (source routing): lähettäjä määrää reitin, paketissa tieto siirtopolusta Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 7 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 8 IP-otsake Versionumero IP4 ai Ip6, kummallakin erilainen otsake Otsakkeen pituus (header length) Vaihtelean pituinen optiokenttä, mininimi on 0 B TOS-kenttä (Tpe of Serice) Varattu halutun palelun kertomiseen: - Nopeus, luotettauus, kapasiteetti; ääni s. tiedosto Yleensä ei ole kätössä (osa kätössä uusissa reitittimissä) IP-paketin pituus (Datagram length) Koko IP-paketin pituus, maksimi 6 B Taallisimmin B Paketin tunniste (6-bit identifier), lippuja (flags), palan paikka (fragmentation offset) Paketin pilkkomiseen pienemmiksi ja kokoamiseen takaisin isoksi Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 9 IP-otsake (jatkuu) Elinaika (time-to-lie, TTL) Rajoittaa paketin elinaikaa, maksimi Vähenee joka hpllä reitittimestä toiseen, kun TTL=0, hlätään Kuljetettu protokolla (Upper-laer protocol) Kumpi kuljetuskerroksen protokolla (TCP=6, UDP=7) ai kenties erkkokerroksen sisäistä dataa (ICMP, reititsprotokolla) Otsikon tarkistussumma (Header checksum) Vain otsakkeelle (Internet checksum) Tarkista ja laske uusi joka reitittimessä (TTL, Options) Hlkää irheellinen paketti Osoitteet (Source IP Address, Destination IP Address) Lähteen ja kohteen IP-osoitteet Optiot (Options) Laajennuksia: mm. lähdereitits, haroin kätett Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 0

6 IP-pakettien paloittelu (fragmentointi) Maimum transfer Unit (MTU) suurin mahdollinen IP-paketti eri linkeillä eri koko Esim. Ethernet 00 B Liian iso paketti pilkottaa reitittimessä pienemmiksi paketeiksi (fragmenteiksi), jotka kohdekone kokoaa oiat kukin kulkea eri reittiä IP-otsakkeessa kentät hteenkuuluien fragmenttien tunnistamiseksi reassembl fragmentation: in: one large datagram out: smaller datagrams KuRo0: Fig 4.4 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen IP-pakettien fragmentointikentät Paketin tunniste (6-bit identifier) Sama kaikissa IP-paketin fragmenteissa Lippuja (flags) DF-bitti (Don't fragment) kieltää paloittelun, esim. jos astaanottaja ei kkene kokoamaan MF-bitti (More fragments) 0= paketin iimeinen fragmentti, = ei ielä iimeinen Fragmentin sijaintipaikka (-bit Fragmentation Offset) paikka alkuperäisessä IP-paketissa siirtmänä paketin alusta bittiä => 89kokoinen paketti; siirtmä 8 B:n monikertoina => fragmenttien oltaa 8 taun monikertoja (paitsi iimeinen) IP6 ei kätä fragmentointia Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Esimerkki IP-osoitteet lengthid =4000 = fragflag = taun IP-paketti: dataa 980 B MTU 00 B 480 B dataa 0 B otsaketta offset = 480/8 offset =0 Yhdestä IP-paketista tulee pienempää IP-pakettia length =00 length =00 length =040 ID = ID = ID = fragflag = fragflag = fragflag =0 offset =0 offset =8 offset =70 bittinen tunniste isäntäkoneille ja reitiimien linkeille - erkkoliittmän tunniste Reitittimellä useita liittmiä - kullakin oma IP-osoite Mös isäntäkone oi olla liitettnä useaan erkkoon ICANN Internet Corporation for Assigned names and Numbers erkkonumerot palelun tarjoajille, nämä edelleen alierkoiksi KuRo0:Fig Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 Alierkot Alierkot... Osoitteen osat alierkon numero (alkuosa) koneen numero (loppuosa) Alierkon koneet oiat kommunikoida ilman reititstä Linkkikerros osaa lähettää koneelta toiselle Esim. Ethernet subnet... Alierkkoa merkitään notaatiolla, jossa lopussa on consisting of subnets erkko-osan pituus Esim....0 /4 subnet mask KuRo0:Fig 4. Montako alierkkoa on tässä kuassa? Yleislähetsosoite... Paketti kaikille alierkon koneille. Mahdollisesti reitittimen kautta muillekin Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 6

7 CIDR: Classless InterDomain Routing Verkko-osa oi olla minkä tahansa kokoinen Vanha luokallinen osoite: A-luokka 8 b, B-luokka 6 b,c-luokka 4 b Formaatti: a.b.c.d/ ilmoittaa erkko-osan bittienlukumäärän (prefi) Esim. Organisaatio, jolla 000 konetta araa 048 = ^ konenumeroa, jolloin erkko-osaa arten jää bittiä Yrits oi ielä itse jakaa iimeiset bittiä alierkko-osoitteeksi ja koneosoitteeksi. Tämä jako ei nä ulkopuolelle. Verkko Kone (prefi) / alierkko Koneen IP-osoite Paleluntarjoaja saa erkkonumeronsa ICANN:lta isona lohkona oi jakaa saamansa osoiteaaruuden (osoitelohkon) edelleen alierkkoihin esim. Kukin organisaatio saa alierkon, jossa on numerot koneelle ISP's block /0 Organiation / Organiation / Organiation / Organiation / Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 7 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 8 Hierarkkinen osoite CIDR luo reititstä helpottaan hierarkian Aggregoint: hteinen alkuosa => samaan suuntaan Organiation / Organiation / Organiation / Organiation / KuRo0: Fig 4.9. Fl-B-Night-ISP ISPs-R-Us Send me anthing ith addresses beginning /0 Send me anthing ith addresses beginning /6 Internet Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 9 Jos paleluntarjoaja (ISP) aihtuu? IP-osoitteet oi säilttää Uudelta ISP:ltä tarkempi reititsohje Pisin sopia alkuosa määrää reititksen (longest prefi match) Organiation / Organiation / Organiation / Organiation /. Fl-B-Night-ISP ISPs-R-Us Send me anthing ith addresses beginning /0 KuRo0: Fig 4.9 Internet Send me anthing ith addresses beginning /6 or / Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 40 Koneen numero NAT: Netork Address Translation Koneen numero konfiguroitu kiinteästi koneelle Ps samana Tai saadaan kättäen DHCP:tä (Dnamic Host Configuration rest of Internet local (e.g., kotierkko) 0.0.0/ Protocol) Eri numero eri kerroilla DHCP-palelija astaa antaa koneen kättöön IP-osoitteen (rajallinen elinaika) antaa DNS-tiedot ms Palelun tarjoaja: pienempi numeromäärä riittää WLAN ash-and-go, plug-and-pla Kaikilla ulosmeneillä ja sisääntuleilla paketeilla sama IP-osoite mutta ei porttinumero Kotierkossa kätössä sisäiset IP-osoitteet 0.0.0/4 (esim. DHCP:llä) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 7

8 NAT-reititin NAT: Esimerkki KuRo0:Fig 4.0 Ulosmeneät paketit Koraa lähdekoneen IP-osoite ja porttinumero NAT-koneen IPosoitteella ja NAT-koneen alitsemalla porttinumerolla Päiitä NAT-muunnostaulu Sisääntuleat paketit NAT-koneelle NAT:n antamaan porttiin Koraa NAT:n muunnostaulun aulla paketissa olea IP-osoite ja portti Välitä paketti perille : NAT aihtaa lähdeosoitteksi , ja portiksi 00, päiittää taulun NAT-muunnostaulu WAN-osoite LAN-osoite , , 00 4 S: , 00 D: , S: , 80 D: , 00 S: , 4 D: , S: , 80 D: , 4 : kone lähettää pakein , NAT-muunnostaulu (IP-osoite, portti) (NAT-koneen osoite, NAT:n portti) : Vastaus NAT-koneelle: , 00 4: NAT aihtaa kohdeosoitteeksi ja portiksi 4 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 44 NAT: Kommentteja / kritiikkiä Hödt Kotierkko taritsee ISP:ltä ain hden IP-osoitteen Voi muutella apaasti kotikoneiden IP-osoitteita Turallisuus: ulospäin muille näk sin ksi kone Kritiikkiä Reitittimien tulisi toimia ain erkkotasolla, porttinumerot oat kuljetuskerroksen asioita Rikkoo päästä-päähän idean (prosessien älinen htes) Onko ohjelmoijaan huomioitaa NAT:n olemassaolo? - Peer-to-peer - NAT:n takana olea palelin (esim. portissa 80)? Pula IP-osoitteista hoidettaa ottamalla kättöön IP6, jossa 64 bitin osoitteet Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 Verkkokerros Reititsalgoritmit Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 46 Reititsalgoritmi Reititsalgoritmin muita ominaisuuksia Etsii edullisimmat reitit lähdekoneelta kohdekoneille Kätetään reititstaulun muodostamiseen - Mille linkille paketti seuraaaksi siirretään tältä reitittimeltä Reititsalgoritmi, joka taritsee tädellisen tiedon erkosta Ennen laskentaa kätössä koko kua erkosta: - Kaikki linkkihtedet solmujen älillä ja niiden kustannukset - Kätännössä ain tietstä autonomisesta alueesta Parhaat reitit lasketaan joko keskitetsti tai hajautetusti Linkkitila-algoritmi (link-state algorithm) Reititsalgoritmi, jolle riittää epätädellinen kua erkosta Aluksi reititin tietää ain niistä koneista, joihin itse on hdistett Iteratiiinen algoritmi: reititin aihtaa tietoja naapuriensa kanssa ja saa tietoa muusta erkosta Etäissektorialgoritmi (distance ector algorithm) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 47 Dnaaminen s. staattinen Miten nopeasti huomaa linkkien muutokset ja muuttaa reititstä Miten tiuhaan tietoja päiitetään Miten usein muutoksia Kuormituksen huomioia s. ei Linkin ruuhkautuneisuus oi aikuttaa sen kustannukseen Nkalgoritmit eiät ota kuormitusta huomioon - Tosin kllä epäsuorasti linkin hitautena ('kustannuksena') Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 48 8

9 Verkko graafina (graph) Verkko G= (N,E) N = solmujen (nodes) joukko E = linkkien (edges) joukko (,) on linkki solmujen ja u älillä c(,) = linkin kustannus kaistanlees, ruuhkaisuus, raha,.. C(,X,..., X p ) = reitin (route) kustannus = C(, ) + C(, ) ( p-, p ) Mikä on huokein reitti kuan solmusta u solmuun? Reititsalgoritmi selittää! Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 49 ) Linkkitila: Dijkstran algoritmi Aluksi kaikilla reitittimillä on tiedossa erkon rakenne ja kaikkien linkkien kustannukset Kaikki reitittimet lähettäät tietonsa naapureistaan ja linkkikustannuksista naapureihin (mitatut /haaitut) joko kaikille muille tai jollekin keskussolmulle, joka älittää tiedon muille Reititin laskee Dijkstran algoritmilla edullisimman kustannuksen kaikkiin muihin kohteisiin Kokoaa näistä oman reititstaulunsa Merkinnät C(,) linkin, kustannus; jos eiät naapureita = D() toistaiseksi edullisin kustannus solmuun p() solmun edeltäjä reitillä N = solmujen joukko, N' = jo käsiteltjen solmujen joukko Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 0 Dijkstran algoritmi Dijkstran algoritmi Initialiation: N' = {u} for all nodes 4 if adjacent to u then D() = c(u,) 6 else D() = 7 8 Loop D()=, D() =, D()= D() =, D()= 9 find not in N' such that D() is a minimum 0 add to N' update D() for all adjacent to and not in N' : D() = min( D(), D() + c(,) ) /* ne cost to is either old cost to or knon 4 shortest path cost to plus cost to */ until all nodes in N' u D()=, D()=, D()=4, D() =, D()= D()=, D()=, D()=, D() =, D()=4 u 8 Loop 9 find not in N' such that D() is a minimum 0 add to N' update D() for all adjacent to and not in N' : D() = min( D(), D() + c(,) ) /* ne cost to is either old cost to or knon 4 shortest path cost to plus cost to */ until all nodes in N' Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Dijkstran algoritmi Dijkstran algoritmi 4 D()=, D()=, D()=4, D() =, D()= D()=, D()=, D()=4, D() =, D()= D()=, D() =,D()=, D()=, D()=4 D()=, D() =,D()=, D()=, D()=4 u 8 Loop 9 find not in N' such that D() is a minimum 0 add to N' update D() for all adjacent to and not in N' : D() = min( D(), D() + c(,) ) /* ne cost to is either old cost to or knon 4 shortest path cost to plus cost to */ until all nodes in N' D()=, D() =,D()=, D()=, D()=4 D()=, D() =,D()=, D()=, D()=4 u 8 Loop 9 find not in N' such that D() is a minimum 0 add to N' update D() for all adjacent to and not in N' : D() = min( D(), D() + c(,) ) /* ne cost to is either old cost to or knon 4 shortest path cost to plus cost to */ until all nodes in N' Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 4 9

10 Lhimmät reitit ja reititstaulukko ) Etäissektorireitits (distance ector) Resulting shortest-path tree u: destination u link Resulting forarding table in u: (u,) (u,) (u,) (u,) (u,) Arpanet-erkon alkuperäinen reititsalgoritmi Kätössä useissa Internetin reititsprotokollissa RIP, BGP, Noell IPX, ISO IDRP Interaktiiinen, hajautettu ja askroninen Tiedot tarkentuat asteittain, iteratiiisesti Tietin äliajoin, linkin tilan aihtuessa, naapurin tietojen muuttuessa,.. Kukin solmu laskee itsenäisesti, mutta saa tietoa naapureiltaan Tietää / arioi kustannuksen omiin naapureihinsa Kuulee naapureiden kustannukset muihin kohdesolmuihin, jotka nämä puolestaan oat kuulleet omilta naapureiltaan Valitsee kullekin kohdesolmulle kuulemansa edullisimman reitin Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 Etäissektorireitits (jatkuu) Kullakin reitittimellä etäissektori Reititstaulu, jossa kullekin kohteelle ulosmenolinkki ja kustannus (etäiss) - Aika /etäiss kohteeseen, hppjen lukumäärä, arioitu iie,.. Reititin tietää /mittaa kustannuksen omiin naapureihinsa Jos muutoksia, lähettää etäissektorinsa naapureilleen Kun saa naapurinsa etäissektorin, päiittää oman etäissektorinsa Tietoja uusista solmuista => lisää taulukkoon uudet kohteet Tietoja jo tunnetuista solmuista: alitse kustanuksiltaan edullisin reitti Etäissektorireitits c(,a) = X c(,b) = Merkinnät c(,) kustannus solmusta naapuriin, jos ei ole :n naapuri, c(,) = D () edullisimman :stä :hn johtaan reitin kustannus Kukin solmu lläpitää omaa etäissektoria kaikkiin tuntemiinsa kohteisiin D = [D (): N] edullisin tiedett kustannus solmusta kuhunkin solmuun Sekä saa naapureiltaan niiden etäissektorit D () =[D (): N] = Naapurin tieto edullisimmasta kustannuksesta kuhunkin solmuun D () = min {c(,) + D ()} Kustannus solmusta solmuun ja sieltä solmuun Reittejä useita (eri naapureiden kautta); alitaan edullisin eli pienin kustannus A B Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 7 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 8 u Esimerkki Helposti nähdään, että D () =, D () =, D () = D u () = min { c(u,) + d (), c(u,) + d (), c(u,) + d () } = min { +, +, + } = 4 Kun paketti matkalla solmusta u solmuun, se tulee seuraaaksi solmuun, joka tuotti tuon minimin => talleta tieto omaan etäissektoriin (= reititstauluun) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 9 ESIMERKKI. Alussa kukin solmu tuntee ain etäisdet naapureihinsa itsensä kautta: Node table Node table Node table cost to cost to cost to Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 60 Sitten solmut lähettäät omat reittinsä toisilleen ja laskeat uudet parhaat reitit. Esimerkiksi solmu : D () = min{c(,) + D (), c(,) + D ()} = min{+0, 7+} = D () =min{c(,) + D (), c(,) + D ()} = min{+, 7+0} = 0

11 : Esimerkki jatkuu: Samalla taalla toimiat solmut ja : cost to : cost to Solmut lähettäät taas tietonsa toisilleen ja laskeat uudet uudet lhimmät reitit. X: cost to Y: cost to Z: cost to Hä uutinen etenee nopeasti A B C D E Aluksi htes A:han on poikki ja sitten linkki AB toimii taas Tieto etenee joka aihdossa hden linkin li Etäiss A:han D B (A) D c (A) D D (A) D E (A) ääretön ääretön ääretön ääretön ääretön ääretön ääretön ääretön ääretön ääretön 4 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 Huono uutinen etenee hitaasti Linkki AB katkeaa => etäiss äärettömäksi Joka aihdossa 'paras ario' huononee ain hdellä = reititssilmukka Count-to-infinit - ongelma A B C D E D B (A) D c (A) D D (A) D E (A) ääretön jne Etäiss A:han Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 Huono uutinen etenee nopeasti poisoned reerse A B C D E Ratkaisu count-to-infinitongelmaan! Ilmoita etäiss äärettömäksi naapurille, jonka kautta linkki kulkee. Kerro muille oikea etäiss. Tieto etenee joka aihdossa hden linkin li Etäiss A:han D B (A) D c (A) D D (A) D E (A) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 64 Ratkaisu ei toimi aina! ) Hierarkkinen reitits A 4 (etäiss) D C 4 B Linkki CD katkeaa, A ja B ilmoittaat C:lle, ettei D:hen pääse (etäiss ääretön eli poisonous reerse) C päättelee (oikein), että D:tä ei oi saauttaa ja kertoo tämän A:lle ja B:lle eli että c(c,d)= Mutta A kuulee B:ltä, että sillä on etäiss D:hen => A:n. oma etäiss D:hen := ja tämä reitti ei kulje C:n kautta! => kerrotaan C:lle. C kertoo B:lle,... Reititksen skaalautuus? Isossa erkossa runsaasti reitittimiä - Kaikki eiät oi tuntea kaikkia muita - Reititstaulut suuria, reittien laskeminen raskasta - Reititstietojen aihtaminen kuluttaa linjakapasiittia Autonomiset järjestelmät AS (Autonomous Sstems) Internet ~ erkkojen erkko Intra-AS routing Kukin erkko päättää itse sisäisestä reititksestään RIP, OSPF Inter-As routing AS:t ilmoitteleat toisilleen, mihin muihin AS:iin niistä pääsee BGP (Border Gatea Protocol) Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 6 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 66

12 Hierarkkinen reitits Yhdskätää (gatea router) Soittu, mikä reititin keskustelee naapurierkon (- erkkojen)kanssa ulkoatulea/ ulosmeneä paketti reititt hdskätäään AS:n sisäinen reitits huolehtii paketin AS:n koneelle tai AS:n läpi toiselle AS:lle Kertausksmksiä Keskeisimmät IP-osakkeen tiedot? Reitittimen arkkitehtuuri? Longest prefi match? CIDR? NAT? Miten reititin saa reititstiedot? Linkkitila- s. etäissektorialgoritmi c a b AS KuRo0: Fig 4.9 a c d b AS c a b AS ks. kurssikirja s. 400 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 67 Tietoliikenteen perusteet /007/ Liisa Marttinen 68