دانلود - دانشگاه شاهد
Download
Report
Transcript دانلود - دانشگاه شاهد
شبکه هاي کامپيوتري
فصل پنجم:
اليه شبکه ()NetworkLayer
بخش دوم :مسیریابی سلسله مراتبی ،مسیریابی چندپخش ی
وحید حقیقت دوست
دانشکده فنی و مهندس ی دانشگاه شاهد
1
مسیریابی سلسله مراتبی
Hierarchical Routing
2
Internet-Map
3
مسیر یابی سلسله مراتبی ()1
مشکالت ابعاد:
با بزرگ شدن انداز ه شبکه ،جداول مسیریابی در مسیریابها رشد پیدا میکنند
رشد جداول مسیریابی نه تنها نیازمند حافظه بیشتر برای نگهداری جدول بلکه افزایش زمان جستجو میگردد
از طرف دیگر تبادل جداول مسیریابی پهنای باند زیادی را مصرف خواهد کرد
مشکالت مدیریتی
شبکه اینترنت از شبکه ای از شبکه ها تشکیل شده
مدیر هر شبکه ممکن است بخواهد مسیریابی را در شبکه خودش مدیریت نماید
در مسیریابی سلسله مراتبی بدینصورت عمل میشود که در هر
مسیریاب به ازای مجموعه ای از مسیریابها ،یک وارده ثبت میشود.
4
مسیر یابی سلسله مراتبی ()2
5
روترها ،روی ناحیه ها ( )regionsبا عنوان
ناحیه های مستقل (autonomous ( )AS
)systemsبا هم توافق میکنند
روترهای واقع شده در هر ASاز پروتکل
مسیریابی ( )routing protocolیکسان
استفاده میکنندintra-AS routing ( .
)protocol
برای ارتباط هر دو ناحیه با یکدیگر ،یک روتر
بعنوان روتر دروازه ()gateway routers
تعیین میشود
روترهای دروازه
()gateway routers
یک روتر خاص در AS
پروتکل مسیریابی درون ناحیه ای
( )intra-AS routingرا با دیگر
روترهای داخل ASاجرا میکند و نتایج
آنرا به خارج از ناحیه انتقال میدهد
بادیگر روترهای دروازه پروتکل میان
ناحیه ای ( )inter-AS routingرا
اجرا میکند
Hierarchical Routing
6
Routing in the Internet
اینترنت به چندین سیستم مستقل ( )ASتقسیم شده است
برای مثالStanford (32), HP (71), Shahed(12880) :
با مراجعه به سایت nic.irو ثبت queryدر بخش whoisبصورت زیر میتوان به اطالعات مربوط به
ASهر IPکه مدنظر است دست یافت:
>-h whois.cymru.com -v <IP address
Ex: -h whois.cymru.com -v 178.252.141.2
داخل یک ،ASمدیر شبکه یک پروتکل درون ناحیه ای
) (Intra ASرا انتخاب میکند
7
)Interior Gateway Protocol (IGP
برای مثال.RIP (rfc 1058), OSPF (rfc 1247) :
بین ASها ،در اینترنت از پروتکل بین ناحیه ای
) (Inter ASاستفاده میکند.
)Exterior Gateway Protocol (BGP
ASها امروز از BGP-4 (rfc 1771)، Border Gateway Protocolاستفاده میکنند
مثالی از یافتن AS numberدانشگاه شاهد
217.218.141.2=ns1.shahed.ac.ir
178.252.141.2=ns3.shahed.ac.ir
8
آپ لینک مخابرات
آپ لینک شرکت مبنا
Inter-AS وIntra-AS مسیریابی
C.b
B.a
A.a
A.c
b
a
a
C
d
A
Inter/intra-AS
در دروازهrouting
A.c
b
c
a
b
B
c
Intra-AS
Routing
Algorithm
Inter-AS
Routing
Algorithm
:دروازه ها
مهیا سازی مسیریابی درونی بین مسیریابهای
)Inter-AS Routing( AS داخل
مهیا سازی مسیریابی بین مسیریابهای دروازه
)Intra-AS Routing (
جدول مسیریابی
To/from B.a and A.a
To/from A.b
To/from A.d
9
)Inter-As( ) و بین ناحیه ایIntra-AS( مسیر یابی درون ناحیه ای
C.b
B.a
A.a
b
a
C
A.c
d
A
Host1
a
b
c
a
Host2
c
B
b
Intra-AS routing
within AS B
Intra-AS routing
within AS A
10
جداول هدایت ()Forwarding Tables
جداول هدایت ،توسط الگوریتمهای مسیریابی درون ناحیه ای و بین
ناحیه ای تولید میشوند
الگوریتم مسیریابی درون ناحیه ای ،وارده های مربوط به مقصدهای
داخل ناحیه را تعیین میکند
الگوریتم مسیریابی درون ناحیه ای و بین ناحیه ای هر دو وارده های
مربوط به مقصدهای خارج از ناحیه را تعیین میکنند
11
Inter-AS Tasks
AS1باید:
.1یاد بگیرد که کدام مقصد ها از طریق AS2
و کدام مقصدها از طریق AS3قابل
دسترس هستند
.2اطالعات بدست آمده را برای تمامی روترهای
موجود در AS1ارسال نماید
فرض کنید روتری در AS1یک
دیتاگرام را که مقصدش خارج از
AS1است ،دریافت کند:
روتر باید این بسته را برای روتر دروازه
( )gateway routerارسال نماید ولی
کدامیک از روترهای دروازه؟
2c
3a
2a
2b
AS2
12
3b
1a
1c
AS3
1d
1b
AS1
مثال :تنظیم جدول هدایت در روتر 1d
فرض کنید AS1با استفاده از پروتکل درون ناحیه ای یادمیگیرد که زیر شبکه xاز طریق ( AS3با استفاده از
دروازه )1aدر دسترس است و از طریق AS2به آن دسترس ی وجود ندارد
پروتکل بین ناحیه ای اطالعات مربوط به دسترس ی به تمامی روترهای داخلی را انتشار میدهد
روتر 1dاز طریق مسیریابی درون ناحیه ای متوجه میشود که از طریق واسط Iکم هزینه ترین مسیر را تا 1aدارد.
وارده ) (x,Iرا در جدول خود اضافه میکند.
x
2c
3a
2a
2b
AS2
13
3b
1a
1c
AS3
1d
1b
AS1
مثال :انتخاب از میان چندین AS
حال فرض کنید که AS1با استفاده از پروتکل درون ناحیه ای یاد میگیرد که زیر
شبکه xاز طریق AS3و AS2در دسترس است
برای تنظیم جداول هدایت ،روتر 1dباید تعیین کند که کدام دروازه باید برای
هدایت بسته های مربوط به زیر شبکه xانتخاب شود.
این مورد نیز از وظایف پروتکل مسیریابی بین ناحیه ای میباشد.
مسیریابی سیب زمینی داغ ( :)hot potato routingبسته را به روتری که نزدیکتر است تحویل میدهیم
x
2c
2a
2b
AS2
14
3b
3a
1a
1c
AS3
1d
1b
AS1
hot potato routing
ارسال بسته به روتر دروازه ای که نزدیکتر است
Learn from inter-AS
protocol that subnet
x is reachable via
multiple gateways
Hot potato routing:
Choose the gateway
that has the
smallest least cost
Use routing info
from intra-AS
protocol to determine
costs of least-cost
paths to each
of the gateways
Determine from
forwarding table the
interface I that leads
to least-cost gateway.
Enter (x,I) in
forwarding table
15
مسیر یابی در اینترنت ()Routing in the Internet
) :(RC1812ملزومات مسیریابهای IP.V4
اینترنت جهانی از تعدادی سیستم مستقل )Autonomous Systems (ASکه به
هم متصل هستند تشکیل شده است:
16
ASانتهایی یا ASبن بست ( :)Stub ASمربوط به شرکتهای کوچک است که یک نقطه اتصال به
دیگر ASها دارد
ASچند گانه ( :)Multihomed ASمربوط به شرکتهای بزرگ (بدون ترانزیت) میباشد که در آن
چندین اتصال به دیگر ASها دارد ولی امکان تبادل پیام بین دیگر ASها را ندارد
ASانتقال ( :)Transit ASچندین ASرا به هم متصل میکند.
)1( تبادل پیامها در مسیریابی سلسله مراتبی
Transit AS
Transit AS
Stub AS
provider
customer
Stub AS
Multihomed AS
Stub AS
IP traffic
17
TCP/IP پشته پروتکلی
ftp http smtp telnet
snmp tftp
Transmission Control Pr. (TCP)
rtp dns …
User Datagram Pr. (UDP)
Control protocols
…
igmp
Routing protocols
icmp
rip
ospf
bgp
arp
rarp
…
Internet Protocol (IP)
Ethernet, Wireless, token ring, FDDI, ATM, Frame relay, SNA, X25
ICMP: Internet Control Message Protocol, RFC792
IGMP: Internet Group Management Protocol, RFC 2236
18
پروتکلهای درون و بین ناحیه ای
درون ناحیه ای ( :)Intra-ASمدیر شبکه در انتخاب الگوریتم مسیریابی مختار است
با عنوان ) Interior Gateway Protocols (IGPنیز شناخته میشود
چند پروتکل درون ناحیه عبارتند از:
RIP: Routing Information Protocol (RFCs1058,2453)
از روش بردار فاصله ( )DV:distance vectorاستفاده میکند
اطالعات مسیریابی بین همسایگان در 30ثانیه تبادل میشود.
OSPF: Open Shortest Path First (RFC2328) (Open Spec.)
از روش حالت پیوند ( )LS: Link-Stateاستفاده میکند.
IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary)
بین ناحیه ای ( :)Inter-ASاستاندارد یکتا برای مسیریابی بین ASها میباشد.
19
از ورش حالت پیوند استفاده میکند و مخصوص تجهیزات سیسکو میباشد.
پروتکل )BGP : Border Gateway Protocol (RFC1771
)Border Gateway Protocol (BGP-4
،BGPپروتکل حالت پیوند و یا بردار فاصله نمیباشد
20
BGPاز مسیر یابی بردار مسیر ( )Path vectorاستفاده میکند.
،BGPتمامی مسیرها را تبلیغ ( )advertiseمیکند (یک لیست از ASها)
مثالی از تبلیغ مسیر بصورت زیر است:
“The network 171.64.0.0/16 can be reached via the path {AS1, AS5, AS13}”.
مسیرهای با چرخه ( )loopبصورت محلی شناسایی شده و نادیده گرفته میشوند
سیاستهای محلی ،مسیر بهینه را از بین تمامی مسیرها انتخاب میکند
زمانی که یک لینک قطع شود ،کل مسیرهایی که از آن لینک استفاده میکردند،
نابود میشود
ASPATH Attribute
135.207.0.0/16
AS Path = 1755 1239 7018 6341
135.207.0.0/16
AS Path = 1239 7018 6341
AS 1239
Sprint
135.207.0.0/16
AS Path = 6341
AS 6341
AT&T Research
135.207.0.0/16
Prefix Originated
AS 1755
Ebone
135.207.0.0/16
AS Path = 7018 6341
AS 7018
AS 1129
Global Access
135.207.0.0/16
AS Path = 1129 1755 1239 7018 6341
Pick shorter
AS path
AS 12654
RIPE NCC
RIS project
135.207.0.0/16
AS Path = 3549 7018 6341
AT&T
135.207.0.0/16
AS Path = 7018 6341
AS 3549
Global Crossing
21
مسیر یابی چند پخش ی
22
سرویسهایی که پروتکل IPارائه میکند
IPسرویسهای زیر را ارائه مینماید
)(unicast
یک به یک (تک پخش ی)one-to-one :
)(broadcast
یک به همه (همه پخش ی) one-to-all :
یک به چند (چند پخش ی)(multicast) one-to-several :
سرویس یک به چند در ،IPسرویس چند به چند (many-to-
)manyرا نیز پشتیبانی میکند.
23
تک پخش ی()Unicast
24
در مسیریابی تک پخش ی ،روتر بسته های دریافتی را در یک خروجی ارسال میکند
چند پخش ی ()Multicast
25
در چند پخش ی ،روتر ممکن است بسته دریافتی را در بیش از یک خروجی
ارسال کند
مسیر یابی چند پخش ی ()Multicast Routing
26
برخی از برنامه های کاربردی نیازمند مسیریابی چندپخش ی میباشند.
مسائل این حوزه ،ساخت درخت ،آدرس دهی چندپخش ی و نحوه هدایت بسته ها
میباشد
به چه روشهایی میتوان چند پخش ی را انجام داد
چندین تک پخش ی ( )Multiple unicast
چندپخش ی در الیه کاربرد ()Application-layer multicast
هر میزبان بسته را دریافت و برای یک یا چند میزبان دیگر نیز ارسال میکند
چند پخش ی در الیه شبکه ()Network multicast
27
با استفاده از الیه ارسال یک به یک برای تمامی مقصدها بسته ارسال میشود
این روش در الیه شبکه تعبیه میشود
اطالعات در روترها تکثیر میشوند
چندین تک پخش ی ()Multiple Unicasts
گره مبدا سه پیام را به 3مقصد تعیین شده ارسال میکند
هر بسته آدرس مقصد خاص خود را دارد
مبدا
28
چندپخش ی در الیه کاربرد ()Application-layer multicast
29
سیستمهای انتهایی در فرایند چندپخش ی مشارکت دارند و یک بسته را بصورت تک پخش ی برای
گره های دیگر ارسال مینماید
مثالی از این تکنولوژی شبکه های P2Pهستند
چند پخش ی در الیه شبکه ()Network multicast
روترها بصورت فعال در چندپخش ی
مشارکت دارند و بسته ها را روی
چندین اینترفیس خود ارسال میکنند
♪
♪
♪
♪
♪
♪
♪
30
برنامه هایی که به چند پخش ی نیاز دارند
یکطرفه ،تک فرستنده (:)one-to-many
بیش از دو فرستنده بصورت تعاملی (:)many-to-many
31
تلویزیون ()TV
یادگیری غیر تعاملی ()Non-interactive learning
به روز رسانی بانک اطالعاتی ()Database update
انتشار اطالعات ()Information dispersal
پچها و بروز رسانی های نرم افزار ()Software updates/patches
کنفرانس تلفنی ()Teleconference
یادگیری تعاملی ()Interactive learning
)Multicast Trees( درخت های چندپخش ی
ایده پایه
G Server
G Server
G
G
G
G
G
G
چندین تک ارسال
)Multiple unicasts(
G
G
یک چندپخش ی
)Single multicast(
32
اتصاالت چند پخش ی
یک درخت برای اتصال روترها ایجاد میشود .دو روش کلی برای این منظور وجود دارد:
درخت مشترک در گروه ( :)Group-shared treeدر این روش تمامی اعضای گروه از یک
درخت مشترک استفاده میکنند.
درخت مبتنی بر گره مبدا ( :)Source-based treeدرختهای مختلفی برای گروه وجود دارد.
به ازای هر مبدا یک درخت وجود دارد که مبدا در ریشه درخت است.
♪
♪
♪
♪
♪
♪
♪
♪
Group -Shared tree
33
دسته بندی الگوریتم های مبتنی بر درخت
:درخت مشترک در گروه
minimal spanning (Steiner)
center-based trees
:درخت مبتنی بر گره مبدا
shortest path trees
reverse path forwarding
♪, ♪: sources
♪
♪
♪
♪
♪
♪
Source-based trees
♪
♪
34
Shortest Path TreeSource-Based
درخت هدایت چند پخش ی به ازای هر مبدا ایجاد میشود
از الگوریتم دگسترا استفاده میشود
♪
R1
2
♪:router with attached
group member
♪
R4
R2
5
R3
i
4
R5
6
♪
♪
Source
1
3
R6
link used for forwarding,
i indicates order link
added by algorithm
R7
35
Reverse Path ForwardingSource-Based
روتر ها براساس دانش بدست آمده از کوتاهترین مسیر مربوط به بسته
های تک پخش ی استفاده میکنند
هر روتر یک رفتار ساده برای هدایت بسته ها دارد:
36
اگر بسته چند پخش ی از یک مبدا رسید و از همان اینترفیس ی که مربوط به
کوتاهترین مسیر به آن مبدا است وارد شد
آنگاه بسته را روی تمامی اینترفیسهای مربوط به گروه در خروجی ارسال کن
در غیر اینصورت از دیتاگرام صرفنظر کن
Reverse Path Forwarding: مثال
R1
♪
Source
♪:router with attached
group member
♪
R4
R2
R5
R3
♪
datagram will not be
Forwarded
datagram will be forwarded
♪
R6
R7
37
درخت مشترک بهینهSteiner Tree :
درخت پوشای بهینه استخراج و تمامی اعضای گروه از آن استفاده
میکنند
38
یک مساله NP-completeاست
اطالعات کامل از تمام شبکه مورد نیاز است
درخت مشترک مبتنی بر هستهcenter-based trees :
یک درخت مشترک برای تمامی گره ها
یک روتر بعنوان روتر مرکزی (هسته) انتخاب میشود
برای اتصال
39
روتر لبه یک پیام تک پخش ی join-messageبه گره هسته ارسال میکند
پیام join-messageتوسط روترهای میانی بررس ی شده و در نهایت به
هسته تحویل داده میشود
مسیر طی شده توسط join-messageبعنوان شاخه جدید درخت
اضافه میشود.
Center-Based Trees مثال
Suppose R6 chosen as center:
R1
♪
Source
3
♪
R2
R3
♪
2
1
♪ R6
♪:router with attached
group member
R4
R5
P
1
path order in which join
messages generated
R7
40
درخت چندپخش ی و آدرس دهی
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ،برای آدرسهای ،IPپنج کالس تعریف میشود .یک کالس مربوط به
ترافیک چندپخش ی میباشد
تمامی اعضای یک گروه ازآدرس ” “Class Dکه آدرس گروه است را به اشتراک میگذارند
یک ایستگاه انتهایی ممکن است میتواند عضو یک گروه شود
با استفاده از پیامهای IGMP: Internet Group Management Protocol
روترها وضعیت عضویت هر یک از ایستگاه های انتهایی را به گروهها بصورت وضعیت نرم ( )Soft-Stateنگهداری میکنند
در حالت Soft-Stateوضعیت باید بصورت دوره ای به روز شود
range
41
N.H.H.H
1.0.0.0 to
126.255.255.255
N.N.H.H
128.0.0.0 to
191.255.255.255
N.N.N.H
192.0.0.0 to
223.255.255.255
format
class
0 Network
A
10
B
110
C
224.0.0.0 to
239.255.255.255
multicast address
1110
D
240.0.0.0 to
247.255.255.255
experimentation
11110
E
Host
Host
Host
Network
Network
32 bits
Multicast Routing Protocols