Protocolli di routing e stack TCP/IP

Data Link

RIP

ICMP

BGP

OSPF IGRP HelloARPRARP

FTP

Telnet

X-Windows

TCP

NFS

NIS

Transport

Nework

Upper Layers

SNMP

EGP

IP

UDP

RPC

Protocolli di routing

Algoritmo Protocollo

Link State

DistanceVector

Dijkstra SPF

Bellman-Ford,

OSPF

EGP, RIP, IGRP

EIGRPDUAL

Distance Vector

C4

3030

N12.0.0.020.0.0.030.0.0.040.0.0.0 35

costo = 5costo = 15

costo

. = 5

R1R2

R3

R4N = NetworkC = CostoNH = Next Hop

C0

1010

N12.0.0.020.0.0.030.0.0.040.0.0.0 15

C151030

N10.0.0.020.0.0.030.0.0.040.0.0.0 10

C9

1525

N12.0.0.020.0.0.030.0.0.040.0.0.0 15

NHR1R4

R4R2

Tabella dirouting di R3

Vettore delledistanze di R1

Vettore delledistanze di R4

Vettore delledistanze di R2

1) quando riceve un messaggio da un router adiacente confronta ogni coppia

(destinazione, costo) col contenuto della tabella di routing:

a) se la destinazione non è in tabella e il costo dell’annuncio non è infinito

allora crea una nuova entry per la nuova destinazione e fa partire un timout timer

per la nuova entry;

b) se la destinazione è in tabella e il next hop è il router adiacente che ha fatto

l’annuncio allora aggiorna il costo ed il next hop nella entry e fa ripartire il

timeout timer;

c) se la destinazione è nella tabella e il costo indica un percorso migliore

allora aggiorna il costo e fa ripartire il timeout timer;

2) quando scatta il timeout timer pone il costo a infinito e fa partire il

garbage collection timer;

3) quando scatta il garbage collection timer cancella la entry dalla tabella di routing;

4) ad intervalli regolari trasmette ai router adiacenti un messaggio che riporta tutte le

coppie (destinazione, costo) contenute nella tabella di routing.

Distance vector algorithm

Loop

B --> ?

BAC

Link

local12

Cost=hops

01

inf.

Tabella di instradamento di B dopo la caduta del link

A --> ?

ABC

Link

local11

Cost=hops

012

Distance Vector proveniente da A

L1 L2A B C

ttwhen

loopievitareper

cos16cos

:

Distance Vector: cold start

Cold start: condizione in cui gli apparati inziano a funzionare tutti

contemporaneamente

Inizialmete tutti i sistemi dispongono di distance vector che rappresentano se stessi e le stazioni ad essi direttamente collegate

•Protocolli “neighbour greetings”•Configurazione manuale

Distance Vector: caratteristiche • Vantaggi:

– semplice da implementare;– non appesantisce il router in termini di capacità elaborativa e

memoria occupata.• Svantaggi:

– possono innescarsi dei loop a causa di particolari variazioni della topologia;

– converge alla velocità del link più lento e del router più lento;– difficile capirne e prevederne il comportamento su reti grandi:

nessun nodo ha una mappa della rete (conoscenza locale);– l’implementazione di meccanismi migliorativi appesantisce

notevolmente il protocollo;– hop-count-limit impone l’impiego di questo algoritmo in reti

piccole con pochi hop.

Routing InformationProtocol (RIP)

• è stato originariamente progettato da Xerox per la rete XNS.

• È stato introdotto dall’università di Berkeley nell’architettura TCP/IP nel 1982,

• Definito come RFC 1058 nel 1988 e aggiornato come RFC 1388 nel 1993.

RIP (costo=num hops)

1

L2

L3 L4

L6 L5

L8

L7

A --> ?

ABDCE

Cost

01122

Distance Vector di A

D --> ?

DABEC

Cost

01212

Distance Vector di DF --> ?

FABCDE

Link

local88777

Cost

012312

Tabella di instradamento di F

A parità di metriche si prende l’entry del DV arrivato per primo

B

C

ED

A

F

64kb/s

1 Mb/S1 Mb/S

RIP: Timer

•routing update timer = 30s (intervallo di tempo per l’invio periodico dei distance vector);

•route invalid timer = 180s (intervallo di tempo dopo cui una route è dichiarata non più valida (cost = infinito));

Routing update in broadcast

No discovery!

Loop

A = 3 Hop

A = 2 Hop

A = 5 Hop

A = 4 Hop

Net A

Net B Net C

Net D

E0S0 S0 S1 S0E0

R1 R2 R3

XX

hop-count-limit in RIP è 15(16=infinito)

Limite nella dimensione della rete

(RIP per reti al massimo di 1000 nodi.)

Opzioni per la stabilità • Le opzioni usate in RIP per migliorare la stabilità sono:

– Split Horizon: un router non annuncia una destinazione sull’interfaccia da cui l’ha appresa

– Split Horizon with Poisonous Reverse: se un router perde la connettività verso una rete, dopo aver inserito il valore 16 (inf) nella entry, la mantiene invariata per un determinato numero di periodi di routing updated; inoltre annuncia in broadcast con valore infinito (16) il costo per raggiungere quella rete.

– Triggered update ( inviati immediatamente a fronte di cambiamenti nella rete)

Convergenza ancora lenta…

Loop che coinvolgono più di 2 router…

address family identifier(IP=2)

command version

IP address

zero

zero

metric

zero

zero

RIP: formato del pacchetto

UDP port n° 520

. . . . . . . .

RIP: sintesi

• Largamente disponibile• Facile da implementare• Metrica basata su numero di hop• Update periodici (ogni 30 sec.) inviati in broadcast• Convergenza lenta• Routing loops• Count to infinity• No load balancing

RIP versione 2

• RFC 1723• Può interoperare con RIPv1• Permette di trasferire anche le netmask• Routing Update trasmessi in multicast

– all’indirizzo di classe D 224.0.0.9

• E’ possibile effettuare l’autenticazione dei messaggi

• E’ possibile il subnetting solo se tutti i router della rete hanno la stessa versione (es. RIP2).

I messaggi di update vengono trasmessi in multicast

RIPv2: routing update in multicast

(indirizzo di classe D: 224.0.0.9)

RIPv2: formato del pacchetto

address family identifier

command version

IP address

subnet mask

next hop

metric

routing domain

route tag

IGRP• Protocollo Distance Vector proprietario Cisco• Supera i limiti di RIP• Metriche sofisticate contenenti:

– ritardo (non misurato, ma associato secondo valori predefiniti a ciascun tipo di sottorete trasmissiva)

–banda–affidabilità–carico

• Trasporta anche:–numero Hop– lunghezza massima del pacchetto

si tratta di parametri configurati dal gestore in modo statico; se fossero misurati automaticamente, per via dei diversi istanti di misura attuati dai router, si potrebbero innescare dei loop)

Annunci dell’IGRP vengono inviati ogni 90 secondi

D - delay (1 - 224) (1 = 10 s)R - reliability (1 - 255) (255 = 100%)L - load (0 - 255) (255 = 100%)B - bandwidth (1.2 - 107) (1 = 1 kbit/s)

Bandwidth e Delay sono per default associati al tipo di portante fisico. Es.:Ethernet -> B=10000, D=100CDN 64 kbit/s -> B=64, D=2000

Per ciascun link B e D possono comunque essere impostati dal gestoreSu un determinato percorso:

B è calcolata come il minimo sul percorsoD è calcolato come la somma sul percorso

Il gestore può impostare 5 parametri di peso: k1, k2, k3, k4, k5

Se k5 = 0 : Metrica = (107/ B) [k1+ k2 / (256-L)] + k3 x D

Se k5 ‡ 0 : Metrica = Metrica x [ k5 / (R + k4) ]

Per default : k1=k3=1; k2=k4=k5=0.

Metrica IGRP

• Più entry per una stessa destinazione vengono installate nella tabella di routing (max 6 righe)

• Il carico può essere ripartito tra le diverse route in funzione della metrica associata: la distribuzione dei pacchetti su link differenti, verso la stessa destinazione avviene in misura inversamente proporzionale al costo espresso nella tabella.

• Sono usate per il multipath routing solo le route con metrica che rientra nel range definito dal gestore

IGRP: multipath routing e load balancing

Link State Protocols

Link-statedatabase

Tabella di routing

LSP ricevutoda un’interfaccia

Algoritmo di Dijkstra

LSP ritrasmesso sututte le altre interfacce

Il Link State Packet (LSP) generato da ogni router contiene:

•identificativo del router che emette il LSP;

•stato di ogni link connesso al router;

•identità di ogni vicino connesso all’altro estremo del link

•costo del link;

•numero di sequenza per il LSP, utilizzato per individuare diverse versioni emesse

dallo stesso router per scegliere la più recente.

Flooding (1) B

CD

A

E

LSP

LSP

LSP

B

CD

A

E

I router A, C, E ritrasmettono il LSP di D su tutte le interfacce tranne quella da cui lo hanno ricevuto

Flooding (2)

LSP Database

(replicato su ogni Router)

A B/2B A/2 D/3 E/2C D/1D B/3 C/1 G/1E B/2 F/5 G/2F E/5 H/4G D/1 E/2 H/1H F/4 G/1

F

E

DB

AC2

1

3

2

1

2

5

4

1

H

G

Costo

LSP DataBase

L1L2L2L3L3L3L3

ACDEFGH

Tabella di

routing di B

H

G

F

E

DB

AC

21

3

2

2

5

1

L 1

L 2

L 3

Tabella di routing: algoritmo di Dijkstra

Link State: caratteristiche

• Vantaggi:– può gestire reti di grandi dimensioni;– ha una convergenza rapida;– difficilmente genera loop;– ogni nodo ha la mappa della rete.

• Svantaggi:– molto complesso da realizzare (la prima implementazione ha

richiesto a Digital 5 anni);

• È utilizzato nello standard ISO 10589 (IS-IS) e nel protocollo OSPF (molto diffuso su reti TCP/IP di grandi dimensioni).

OSPF [Open Shortest Path First]

• Protocollo di tipo link state• Definito dall’IETF:

– RFC 1247 (1991) – RFC 1583 (1994) - OSPFv2

• Type of service routing

• Load balancing (più cammini con lo stesso costo)

• Network partition

• Message authentication

• Network/Subnetw/host_specific routing

• Designed_router to accomodate multiaccess net

• Virtual Link

OSPF [Open Shortest Path First]

Type of service routing

• OSPF consente l’uso di una metrica per ciascuna delle codifiche ammesse nel campo TOS di IP (D, T, R)

• Ogni LSP puo’ contenere una o piu’ metriche

• Ogni router calcola un albero distinto per ciascuna metrica

• Percorsi diversi per pacchetti con requisiti di servizio diversi

Esempio di metrica OSPFRTA

RTB

RTC

RTD

10

10

8

10

5

5

128.213.0.0

192.213.11.0

222.211.10.0

5

Costo interfaccia =

108/(bandwidth in bps).

Load balancing

MR 195

RTA

RTB RTC

RTD

10

128.213.0.0

010

5

222.211.10.0

5

10

192.213.11.0

5

Algoritmo di Dijkstra(Approfondimento)

10

15

Designed_router to accomodate multiaccess net

Designated router

LSA

LSA

Designated router

LSA

LSA

Designed_router = Pseudo nodo

Designated router

LAN

Rappresentazione secondo l’algoritmo Link State della rete LAN

A BC

D

AB

CD

D

LSPVicino metrica

A 1C 1D 1

LSPVicino metrica

A 1B 1D 1

Designated router

Rappresentazione a stella della rete LAN(designed router=pseudo nodo)

AB

C

LSPVicino metrica

A 1C 1B 1

LSPVicino metrica

D 1

Routing gerarchico

BackboneArea #0

Area #1 Area #2 Area #3

LSP DatabaseArea 0

LSP DatabaseArea 1

LSP DatabaseArea 0

LSP DatabaseArea 0

LSP DatabaseArea 2

LSP DatabaseArea 3

La grandezza del database in cui vengono memorizzati i LSP, il tempo per l’elaborazione delle informazioni di routing e il volume dei messaggi scambiati aumentano al crescere delle dimensioni del dominio!

Network partition

• OSPF ha il concetto di gerarchia– un AS (dominio OSPF) è suddiviso in aree– le aree contengono un gruppo di reti contigue– le aree sono indicate da un area-id su 32 bit

• deve essere specificato per ogni interfaccia

– quando un AS ha più di un’area deve esistere una backbone area con area-id = 0 e tutte le altre debbono interconnettersi a questa

OSPF: Topology/Link State Database

• Un router ha un LSP database distinto per ogni area alla quale appartiene

• Tutti i router appartenenti alla stessa area hanno lo stesso database

• Il calcolo SPF è effettuato separatamente per ciascuna area

• LSP flooding è confinato all’interno di un’area

Classificazione dei router

Verso altri domini

Area 4

Area 0

Area 2 Area 3

Internal Router

Backbone Router

Area Border Router

Autonomous SystemBoundary Router

Ogni area non backbone ha bisogno di un router di frontiera ABR verso l’area 0 da cui riceve informazioni sulle destinazioni esterne e in cui inietta informazioni sulle proprie reti.

Aree non direttamente connesse con il backbone:Virtual Link

BackboneArea 0

Area 2

Area 1

Virtual Link RouterA

RouterB

I virtual link sono link logici punto-punto tra coppie di ABR che hanno un’area non backbone in comune (detta transit area)

OSPF protocol:Header comune

versRouter ID

checksumauthenticationauthentication

autypeArea ID

type length

OSPF protocol: Type

Type Meaning

1 Hello

2 Database description

3 Link status request

4 Link status update

5 Link status acknowledgement

Hello

HelloHello

FDDI

Hello Protocol

Il protocollo di Hello è usato per:- monitorare quali router siano attivi;- monitorare quali link siano in funzione;-eleggere il designated-router e il backup-designated-router nelle reti multi-accesso broadcast e non broadcast.

}ripetuto per ogni neighbor

Principali campi del pacchetto di Hello

BACKUP

Due router sono vicini o neighbor quando ognuno si riconosce nel pacchetto di hello dell’altro.

Database Description message

L’adiacenza è lo step successivo al processo di neighboring. I router adiacenti vanno oltre lo scambio dei pacchetti di Hello e procedono allo scambio dei database. Due router diventano adiacenti quando si sincronizzano, cioè quando verificano la situazione dei propri database e si portano in uno stato comune . A tale scopo si utilizza il Database Description Message.

LINK STATE REQUEST

LINK STATE UPDATE

Link state advertisment

DR BDR

2-Way

Adiacenze su LAN

Ma non adiacenti

Vengono eletti il DR e il BDR

Sulla LAN tutti i router stabiliscono relazioni di neighbor del

tipo two-way tra di loro, ma un router diventa adiacente solo con il

DR e con il BDR. La sincronizzazione di tutti i router con il DR e con

il BDR fa sì che tutti i router abbiano tutti lo stesso database.

Tipi di route(approfondimento )

• Un cammino selezionato da OSPF può essere:– intra-area: se è interno ad un’area OSPF– inter-area: se oltrepassa i limiti delle aree– external: se oltrepassa i limiti del dominio

OSPF

Design Tips• Numero di router per area:

– tipicamente il numero massimo è di 40/50 router per area

• Numero di neighbors:– minore è il numero di neighbors presenti su una LAN minori

sono il numero di adiacenze che un DR o un BDR deve formare– se possibile, evitare che uno stesso router sia DR su più di un

segmento

• Numero di aree per ABR– gli ABRs mantengono una copia del database per ciascuna delle

aree servite– un router non deve stare in più di tre aree, la backbone area più

una o due aree non backbone

OSPF vs RIP

OSPF

Buona

Bassa

Bassa

Alta

Bassa

Bassa

Alta

Alta

Lenta

Facile

Veloce

Moderata

RIP

Scalabilità

Banda

Memoria

CPU

Convergenza

Configurazione

Algoritmi utilizzati per propagare le informazioni relative al routing

nel core system.

Vector Distance

(GGP)

ShortestPath First (OSPF)

Usato oggi nel Core in Internet

MR 218

EGP e I GP

AS3

AS1

AS2

R

Dominio A

R RDominio B

R R

R

R

R

R

R

R R

R

RR

R

R

R

R

IGPEGP

Problema dell’istradamento InterAS

• Le dimensioni: un router della rete backbone deve essere in grado di istradare verso una qualsiasi rete in Internet (anche con l’ausilio di CIRD tali router gestiscono circa 140.000 prefissi..)

• I vari AS utilizzano diversi protocolli di routing e quindi diverse metriche; confrontare i valori di tali metriche potrebbe non aver senso.

Trovare un percorso “qualsiasi” che permetta di raggiungere la destinazione senza loop

For net in AS1 to send traffic to net in AS16:• AS16 must announce to AS8.• AS8 must accept from AS16.• AS8 must announce to AS1 or AS34.• AS1 must accept from AS8 or AS34.For two-way packet flow, similar policies must exist from AS1 to AS16.

AS1

AS8

AS34

AS16Net1Net1Net16

EGP

Neighbor acquisition Acquisition request Richiede ad un router di divenire un neighbor Acquisition confirm Il router accetta Acquisition refuse Il router rifiuta Cease request Richiede la fine della relazione Cease confirm Conferma la fine della relazione Neighbor reachability Hello Richiede al neighbor di confermare la relazione precedentemente stabilita I-heard-you Conferma Routing update Poll request Richiede l'update della network reachability Routing update Informazioni di network reachability (solo reti

interne all’AS se il router non appartiene al Core system) Error response Error Risposta a messaggi scorretti

Funzioni del protocollo EGP

EGP:routing update

No Loop!

EGP HEADER

EGP: svantaggi

• EGP presuppone una relazione “padre/figlio tra i border gateway. Ciò perche’ EGP è stato definito quando Internet aveva una struttura ad albero!

MR 219

Border Gateway Protocol

• Router adiacenti comunicano attraverso una connessione di livello trasporto affidabile– TCP

• Protocollo Distance Vector• Per ogni destinazione IP è fornita la sequenza di

Autonomous System (AS) da attraversare– ognuno è identificato con 2 ottetti– nel distance vector puro è indicato solamente il costo– non c’è il problema del conteggio a infinito (“counting-

to-infinity”)

port 179

(Path Vector)

MR 220

Peers (Approfondimento)

AS1

AS2

R R R R

R

R

R

AS3

R

RR

R

R Peer

eBGPeBGP

iBGP

Messaggi BGP

• Open

• Update

• Keepalive

• Notification

Header comune

Marker

dimensione tipo

Marker: campo a 16 byte riservato all’autenticazioneDimensione: dimensione complessiva del messaggioTipo: tipo di pacchetto

options

Messaggio Open

Marker

dimensione tipo versionemio AS Hold time

Router che ha inviato mess. openopt dimens.

Un BGR crea una relazione di prossimità aprendo una connessione TCP con il vicino e inviandogli un messaggiodi OPEN

Messaggio update

Percorsi annullati

Marker

dimensione tipo Unfeasible route len.

Unfeasible route len

Attributi percorsoPath attribute len.

Rete notificata

Usato per annullare destinazioni già notificate o per notificare un percorso verso nuove destinazioni

Messaggio keep-alive

Marker

dimensione tipo

Messaggio Notification

Error data

Marker

dimensione tipo Error code.

Error sub-code

AS200

Processo di decisione• Per quanto riguarda il processo di decisione, occorre osservare

quanto segue:– BGP mantiene un solo path-vector per destinazione: il best-path.

La scelta è effettuata in base ad attributi contenuti negli annunci (AS_PATH) e a politiche di routing implementate (route-map, access-list) sul router.

– Il path-vector di un annuncio indica quali AS bisogna attraversare per raggiungere una certa destinazione.

– L’exterior router può scegliere, tra diversi annunci, di mantenere in memoria ed usare quello relativo a degli AS con cui il proprio AS ha degli accordi per il trasporto di traffico.

– Anche gli annunci da propagare vengono scelti in base a politiche di routing; in genere BGP annuncia ai suoi neighbor solo il best-path.

MR 221

CIDR (1) (Approfondimento)

TokenRing

TokenRing

198.32.0.0

198.32.7.0

198.32.6.0198.32.1.0198.32.2.0

TokenRing

TokenRing

198.32.0.0/24198.32.1.0/24198.32.2.0/24198.32.3.0/24

198.32.6.0/24198.32.7.0/24

198.32.0.0/24198.32.1.0/24

.

.

.

198.32.7.0/24

TokenRing

TokenRing 198.32.5.0

198.32.4.0

198.32.4.0/24198.32.5.0/24

198.32.3.0

Senza CIDR

MR 222

TokenRing

TokenRing

198.32.0.0

198.32.7.0

198.32.6.0198.32.1.0198.32.2.0

TokenRing

TokenRing

198.32.0.0/22198.32.6.0/23

198.32.0.0/21

TokenRing

TokenRing 198.32.5.0

198.32.4.0

198.32.4.0/23

198.32.3.0

Con CIDR

CIDR (2) (Approfondimento)

Macrolezione 6:L’interconnessione di reti eterogenee