Downloaded 38 times
Uploaded byAndrey Sozykin
Сети и системы телекоммуникаций. Протоколы маршрутизации
Документ описывает основные протоколы маршрутизации в сетях и системах телекоммуникаций, включая внутренние (RIP, OSPF) и внешние (BGP) протоколы. Он рассматривает модели OSI и TCP/IP, принципы маршрутизации, характеристики алгоритмов и методы поиска кратчайшего пути. Также упоминаются особенности автоматизации маршрутизации и сценарии работы различных протоколов.
More Related Content
Similar to Сети и системы телекоммуникаций. Протоколы маршрутизации
Сети и системы телекоммуникаций. Протоколы маршрутизации
- 1. Сети и системытелекоммуникаций Протоколы маршрутизации ИМКН УрФУ
- 2. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Место протоколов маршрутизации в моделях OSI и TCP/IP Маршрутизация по вектору расстояний Маршрутизация с учетом состояния канала Протоколы внутренней маршрутизации (RIP, OSPF) Структура Интернет Протокол внешней маршрутизации BGP План 2
- 3. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Место в моделях OSI и TCP/IP 3 Прикладной Представления Сеансовый Транспортный Сетевой Физический Прикладной Транспортный Интернет Канальный Сетевых интерфейсов Модель OSI Модель TCP/IP
- 4. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы марщрутизации Сетевой уровень в TCP/IP 4 Сетевых интерфейсов Сетевой Транспортный Прикладной Ethernet WiFi DSL IP TCP UDP HTTP SMTP DNS FTP ICMP ARP DHCP BGPOSPFRIP
- 5. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Маршрутизация (routing) – поиск маршрута доставки пакета между сетями через транзитные узлы – маршрутизаторы • Учет изменений в топологии сети • Учет загрузки каналов связи и маршрутизаторов Этапы маршрутизации: • Изучение сети • Продвижение пакетов на маршрутизаторе Маршрутизация 5
- 6. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Статическое • Ручная конфигурация всех маршрутизаторов • Изменения в сети не учитываются Динамическое • Автоматическая конфигурация маршрутизаторов с использованием протоколов маршрутизации • Учет изменений в сети Варианты изучения сети 6
- 7. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Каждый маршрутизатор вычисляет собственную таблицу продвижения (forwarding table) Маршрутизатор знает только стоимость пути до соседа, не топологию Маршрутизатор может обмениваться служебными сообщениями только со своим соседом • Знает только то, что сообщил ему сосед На каждом маршрутизаторе выполняется один и тот же алгоритм одновременно Каналы связи могут оборваться, маршрутизаторы могут сломаться • Сообщения могут быть потеряны Принципы маршрутизации 7
- 8. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Корректность • Поиск пути, который является рабочим Эффективные пути • Эффективное использование пропускной способности Справедливые пути • Ни один узел (хост) не «голодает» Быстрая сходимость • Быстрое восстановление после изменений Масштабируемость • Продолжают работать в растущей сети Цели алгоритмов маршрутизации 8
- 9. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Алгоритм: 1. Присвоить каждой линии связи стоимость (cost/distance) 2. Определить лучший путь между каждой парой узлов как путь, имеющий наименьшую полную стоимость (сумму всех стоимостей линий связи между узлами) 3. Построить дерево от всех узлов к данному приемнику Поиск кратчайшего пути 9
- 10. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Найти кратчайший путь от A до E Линии связи двунаправленные с одинаковой стоимостью в обоих направлениях Поиск кратчайшего пути 10 Tanenbaum, Wetherall Computer Networks 5e
- 11. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации dist(AE) = 10 dist(ABE) = 8 dist(ABFE) = 9 dist(ABCE) = 7 dist(ABCDE) = 10 Поиск кратчайшего пути 11 Tanenbaum, Wetherall Computer Networks 5e
- 12. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации dist(AE) = 10 dist(ABE) = 8 dist(ABFE) = 9 dist(ABCE) = 7 dist(ABCDE) = 10 ABCE – кратчайший путь dist(ABCE) = 7 Поиск кратчайшего пути 12 Tanenbaum, Wetherall Computer Networks 5e
- 13. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Вершина Е – корень дерева Применение • Используется только место назначения, чтобы следовать кратчайшему пути • Каждый узел должен отправлять только следующему узлу • Каждый узел содержит список следующих узлов для каждого места назначения Поиск кратчайшего пути 13 Tanenbaum, Wetherall Computer Networks 5e
- 14. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Используемый алгоритм маршрутизации • Дистанционно-векторные протоколы (Distance Vector Protocols): RIP, BGP • Протоколы состояния каналов связи (Link State Protocols): OSPF Область применения • Протоколы внутридоменной маршрутизации (Interior Gateway Protocols): RIP, OSPF • Протоколы междоменной маршрутизации (Exterior Gateway Protocols): BGP Классификация протоколов маршрутизации 14
- 15. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Distance Vector Routing Старый подход, использовался в сети ARPANET В Интернет используется протоколом RIP Низкая скорость сходимости Работает по алгоритму Форда-Беллмана (1969 г.) Маршрутизация по вектору расстояний 15
- 16. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Каждый узел поддерживает вектор расстояний до всех мест назначения (destination) 1. Назначить стоимость вектора до самого себя 0, до всех мест назначения - ∞ 2. Периодически отправлять вектор соседям 3. Обновить вектор до каждого места назначения, выбирая кратчайшее расстояние, после добавления стоимости линии связи до соседа Distance Vector Algorithm 16
- 17. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Пример Distance Vector 17 До Стоимость A 0 B ∞ C ∞ D ∞ Начальный вектор для узла А
- 18. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Пример Distance Vector 18 До B сообщение D сообщение A ∞ ∞ B 0 ∞ C ∞ ∞ D ∞ 0 B+3 D+7 ∞ ∞ 3 ∞ ∞ ∞ ∞ 7 Стоимость Следующий 0 --- 3 B ∞ --- 7 D До А B C D
- 19. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Первый обмен сообщениями 19 A знает B знает C знает D знает Cost Next Cost Next Cost Next Cost Next 0 --- 3 A ∞ --- 7 A 3 B 0 --- 6 C 3 B ∞ --- 6 C 0 --- 2 C 7 D 3 D 2 D 0 --- До A B C D A 0 ∞ ∞ ∞ B ∞ 0 ∞ ∞ C ∞ ∞ 0 ∞ D ∞ ∞ ∞ 0 A = min(B+3, D+7) C = min(B+6, D+2) B = min(A+3, C+6, D+3) D = min(A+7, B+3, C+2)
- 20. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Второй обмен сообщениями 20 A знает B знает C знает D знает Cost Next Cost Next Cost Next Cost Next 0 --- 3 A 9 B 6 B 3 B 0 --- 5 D 3 B 9 B 5 D 0 --- 2 C 6 B 3 D 2 D 0 --- До A B C D A 0 3 ∞ 7 B 3 0 6 3 C ∞ 6 0 2 D 7 3 2 0 A = min(B+3, D+7) C = min(B+6, D+2) B = min(A+3, C+6, D+3) D = min(A+7, B+3, C+2)
- 21. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Третий обмен сообщениями 21 A знает B знает C знает D знает Cost Next Cost Next Cost Next Cost Next 0 --- 3 A 8 D 6 B 3 B 0 --- 5 D 3 B 8 B 5 D 0 --- 2 C 6 B 3 D 2 D 0 --- До A B C D A 0 3 9 6 B 3 0 5 3 C 9 5 0 2 D 6 3 2 0 A = min(B+3, D+7) C = min(B+6, D+2) B = min(A+3, C+6, D+3) D = min(A+7, B+3, C+2)
- 22. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Алгоритм запускается при добавлении нового узла Нет никаких сообщений о неполадках на канале • Сломался маршрутизатор, оборвалась линия связи Distance Vector Algorithm 22
- 23. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Алгоритм запускается при добавлении нового узла Нет никаких сообщений о неполадках на канале • Сломался маршрутизатор, оборвалась линия связи Недостижимые сети (unreachable networks) • Счет до бесконечности Distance Vector Algorithm 23
- 24. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Счет до бесконечности 24 A B C Host 2Host 1 To B To C To Host2To B
- 25. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Time To Live (TTL) Split Horizon • Никогда не отправлять пакет на интерфейс, с которого он пришел Poison Reverse • Установить стоимость до нерабочего маршрута в бесконечность и немедленно рассказать всем соседям Маршрутизация с учетом состояния канала • Современный подход Счет до бесконечности. Решения 25
- 26. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Link-State Routing Современный подход Быстро сходится Требует большое количество ресурсов • Обмен топологиями между всеми маршрутизаторами • Хранение всех топологий в памяти маршрутизатора Работает по алгоритму Дейкстры (1959 г.) Маршрутизация с учетом состояния канала 26
- 27. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 1. Узлы распространяют собственную топологию • Каждый узел знает полную топологию 2. Каждый узел вычисляет собственную таблицу пересылки (forwarding table) • Алгоритм Дейкстры Link-State Algorithm 27
- 28. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Повредился канал связи • Оба маршрутизатора рассылают изменения • Канал связи удаляется из топологии Повредился маршрутизатор • Все маршрутизатора рассылают изменения • Сломанный маршрутизатор не может обновлять свою топологию • Все каналы связи до сломанного маршрутизатора удалены из топологии Link-State Algorithm 28
- 29. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 1. Назначить все узлы непосещенными, установить стоимость от источника до источника 0, до всех непосещенных узлов - ∞ 2. Пока есть непосещенные узлы выполнять: a) Извлечь узел N с наименьшей стоимостью b) Добавить канал до N в дерево кратчайшего пути c) Пересчитать (уменьшить) стоимость смежных с N узлов Алгоритм Дейкстры 29
- 30. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 1. Начальное состояние Алгоритм Дейкстры 30
- 31. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 2. Снижение стоимости смежных с А узлов Алгоритм Дейкстры 31
- 32. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 3. Снижение стоимости смежных с В узлов Алгоритм Дейкстры 32
- 33. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 4. Снижение стоимости смежных с С узлов Алгоритм Дейкстры 33
- 34. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 5. Снижение стоимости смежных с G узлов Алгоритм Дейкстры 34
- 35. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 6. Снижение стоимости смежных с F узлов Алгоритм Дейкстры 35
- 36. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 7. Снижение стоимости смежных с E узлов Алгоритм Дейкстры 36
- 37. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 8. Снижение стоимости смежных с D узлов Алгоритм Дейкстры 37
- 38. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации 9. Снижение стоимости смежных с H узлов Алгоритм Дейкстры 38
- 39. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Строит полное дерево • Больше, чем нужно для пересылки • Полная топология сети Находит кратчайший путь, увеличивая расстояние от источника Время построения быстро увеличивается с ростом сети Алгоритм Дейкстры 39
- 40. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации RIP – протокол маршрутной информации Дистанционно-векторный протокол Использует алгоритм Форда-Беллмана Использует число хопов (hops) как метрику • Бесконечность устанавливается в 16 хопов • Ограниченный размер сети Маршрутизаторы отправляют вектор каждые 30 с. • Таймаут 180 с. • Путь считается недостижимым при достижении таймаута Routing Information Protocol 40
- 41. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации RIPv1 • RFC 1058 • 1969 г. RIPv2 • RFC 2453 • 1994 г. RIPng • Разработан для сетей IPv6 Версии RIP 41
- 42. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации OSPF Протокол состояния канала связи Использует алгоритм Дейкстры Метрика учитывает пропускную способность канала и задает его стоимость • Метрика = относительная пропускная способность /пропускную способность канала • Бесконечность равна 224 —1 Хранит резервный маршрут для сети Hello интервал 10 с., Dead интервал 40 с. Open Shortest Path First 42
- 43. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации OSPFv2 • Работа в сетях IPv4 OSPFv3 • Работа в сетях IPv6 Версии OSPF 43
- 44. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Структура Интернет 44 Магистральный оператор Магистральный оператор Магистральный оператор Региональный оператор Региональный оператор Сеть предприятия Сеть предприятия Региональный оператор Локальный оператор Локальный оператор Локальный оператор Сеть предприятия Индивидуальные клиенты
- 45. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Интернет – объединение сетей Сети строятся разными организациями • Разные люди управляют сетью внутри организаций • Разные политики маршрутизации Необходим протокол, учитывающий особенности Интернет • Маршрутизация в составной сети, состоящей из независимо управляемых подсетей • Учет политик маршрутизации Особенности Интернет 45
- 46. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Внутри- и междоменная маршрутизация 46 Граничный маршрутизатор Граничный маршрутизатор Граничный маршрутизатор Граничный маршрутизатор Граничный маршрутизатор OSPF OSPF OSPF BGP BGP BGP
- 47. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Тип сервиса «Transit» 47 Интернет Сеть 3 Сеть 2Сеть 1
- 48. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Тип сервиса «Peer» 48 Интернет Сеть 3 Сеть 2Сеть 1
- 49. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Autonomous System (AS) Одна или несколько сетей с единым администрированием • Часто принадлежат одному провайдеру • Имеет свой номер • Включает адреса IP-сетей (префиксы) Выдает номера (ASN) IANA • RIR выдают номера провайдерам или крупным организациям Автономная система 49
- 50. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации AS УрФУ - 5468 (26046 – у бывшего УрГУ) 16-битные номера (0 – 65536) • До 2007 года • От 64512 до 65534 – приватные номера AS • Исчерпание доступного диапазона 32-битные номера • RFC 4893 • 65536-4294967295 (232) Используется в BGP–маршрутизации Номер автономной системы 50
- 51. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации BGP – протокол граничного шлюза Используется для вычисления междоменных маршрутов в Интернет Использует алгоритм определения пути по вектору • Разновидность Distance Vector • Метрика – вектор (path vector) Border Gateway Protocol 51
- 52. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Разные провайдеры используют разные автономные системы Маршрутизаторы на границе AS анонсируют BGP маршруты до других маршрутизаторов Каждый анонс содержит префикс, вектор пути (path vector), следующий маршрутизатор • Вектор пути – список AS по пути до префикса Выбор маршрута на основе политик В качестве адресов используются номера автономных систем BGP-маршрутизация 52
- 53. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации BGP 53
- 54. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Место протоколов маршрутизации в моделях OSI и TCP/IP Маршрутизация по вектору расстояний Маршрутизация с учетом состояния канала Протоколы внутренней маршрутизации (RIP, OSPF) Структура Интернет Протокол внешней маршрутизации BGP Итоги 54
- 55. Сети и системытелекоммуникаций. Протоколы маршрутизации Вопросы? 55