Modul 10:

1
Modul 10

• Routing fundamentals

2
Protocols

• skupina pravidiel, ktorá popisuje komunikáciu
  pocítacov v sieti, formát správy, ci jej zmeny,
  ktoré sa vyžadujú pri jej spracovaní
• príjem a spracovanie údajov, ktorých formát sa
  menil pocas prenosu údajov medzi pocítacmi
  v pocítacovej sieti
• podla smerovania sa rozdelujú
• smerovatelné (routed / routable)
• smerovaacie (routing)

3
Routing

• sietová vrstva OSI modelu
• podporuje vytvorenie skupín individuálnych
  adries, ktoré sa javia ako 1 celok
• základné úlohy routra (aj tretej vrstvy)
• smerovanie
• nájdenie co najlepšej cesty prenosu údajov medzi
  dvoma hostitelmi
• udržiavanie smerovacích tabuliek
• umožnovat iným routrom spoznávat zmeny v sieti.

4
Routed protocols

• smerovatelné protokoly
• zabezpecujú prenos paketov medzi dvoma stanicami
  rôznych sietí
• oznacujú ID siete a ID hostitela každého
  zariadenia
• protokoly, pre ktoré sú dôležité len císla siete
  (napr. IPX), majú v položke ID hostitela císla
  uvedenú MAC adresu zariadenia
• základný protokol - IP (Internet Protocol)
• dalšie protokoly IPX (Novell Internetwork Packet
  Exchange), IPX/SPX, DECnet, AppleTalk, Banyan
  VINES, XNS (Xerox Network Systems).

5
Routing protocols

• smerovacie protokoly
• zabezpecujú komunikáciu v sieti s inými
  routrami
• udržiavajú a aktualizujú smerovacie tabulky
• zabezpecujú zdielanie smerovacích informácii
• vyhladávajú najlepšiu cestu pre posielanie údajov
  medzi sietami
• najznámejšie protokoly RIP, IGRP, OSPF, BGP
  a EIGRP.

6
IP protocol

• nespolahlivý, bezspojový datagramový protokol
• úloha
• adresácia
• smerovanie paketov medzi hostitelmi
• nespolahlivý
• nezarucuje dorucenie paketov (úloha protokolov
  vyšších vrstiev)
• IP TCP - základné protokoly siete Internet
• z príslušnej IP adresy pomocou sietovej masky
  vyselektuje adresu siete

7
Packet propagation

• prenos údajov po vrstvách modelu - zmena formátu
  údajov
• 2. vrstva rámce
• pridá sa k nim hlavicka a ukoncenie správy
  (trailer)
• ethernetové rámce v rámci jednej broadcastovej
  domény - fyzické MAC adresy
• iné typy rámcov - PPP sériové linky a spojenie
  Frame Relay.

8
Switching within a router I.

• ak rámec príde na rozhranie routra
• router
• prijme rámec
• odoberie MAC adresu
• zistí, ci adresa je urcená priamo pre jeho
  rozhranie alebo je to broadcast
• ak je pre iného v tej istej kolíznej doméne
  odhodí rámec
• z ukoncenia správy akceptovaného rámca odoberie
  kontrolný súcet CRC
• prepocíta CRC
• ak je správny, hlavicka a ukoncenie sa odoberie
  a údaje prijíma sietová vrstva
• sietová vrstva - pakety (datagramy), ktoré sú
  potrebné k adresácii koncových zariadení.

9
Switching within a router II.

• hlavicka IP paketu - informácie o adresách
• z informácií sa vie urcit, ci je paket urcený pre
  router alebo iné zariadenie v intersiete.
• ak pre router
• odoberie hlavicku
• pošle údaje vyššej vrstve
• porovná cielovú IP adresu so záznamami
  v smerovacej tabulke
• pošle paket na príslušné rozhranie
• prepocíta nový kontrolný súcet CRC
• CRC pridá na koniec paketu a hlavicku na jeho
  zaciatok
• do pripojenej broadcastovej domény sa vyšle už
  rámec
• ak cielová IP adresa nie je v smerovacej tabulke
  - router vyšle default routu.

10
Connectionless and connection-oriented delivery

• protokoly sa podla spojenia delia
• spojovo-orientované
• bezspojové
• napr. Internet bezspojová služba (IP)
• TCP spojová služba

11
Connectionless delivery I.

• pred posielaním paketov sa nevytvorí relácia
• napr. posielanie listov cez poštu
• adresát nie je vopred upovedomený o tom, že mu
  príde pošta
• využitie - prepínanie paketov
• ciel - dorucit paket od odosielatela
  k príjemcovi
• sietové zariadenia v sieti
• rozhodujú kadial paket pošlú na základe urcitých
  kritérií
• nezáleží na
• akou cestou sa paket pošle,
• v akom poradí budú pakety dorucené,
• aké vznikne oneskorenie.

12
Connectionless delivery II.
13
Connection-oriented delivery I.

• proces prepínania okruhov
• pre každý pár komunikujúcich sa vytvorí
  samostatný okruh pred komunikáciou
• výhody
• existuje viacero nezávislých okruhov pre
  komunikujúcich
• údaje prichádzajú v poradí akom boli vysielané
• cielové zariadenie sa nemusí starat
  o usporiadanie prijatých paketov
• napríklad
• telefónna siet
• siet ISDN.

14
Connection-oriented delivery II.
IP packet 10.1.5
15
Decide - router

• router na základe smerovacej tabulky rozhodne,
  cez ktoré rozhranie pošle paket
• k paketu pridá informácie o rámci (hlavicku
  a kontrolný súcet)
• rámec s informáciami pošle
• smerovacia metrika
• na nájdenie optimálnej cesty prenosu paketu
• hodnota na urcenie priority routrov
• závisí od typu smerovacieho protokolu
• napr. pocet hopov, šírka prenosového pásma,
  oneskorenie, spolahlivost, zátaž a cena
• RIP pocet hopov
• IGRP šírka prenosového pásma, zátaž,
  oneskorenie, spolahlivost.

16
Routing tables I.

• aktualizácia smerovacích tabuliek - priamo
  napojené routre si posielajú správy o zmenách v
  sieti
• posielanie správ o zmene v sieti
• pravidelne v urcitých casových intervaloch
• po zmene v sietovej topológii
• celý obsah smerovacích tabuliek
• len záznamy (routy), u ktorých došlo k zmenám.

17
Routing tables II.
18
Routing packets

• router príjme paket, ktorý bol poslaný pre jeho
  rozhranie
• odoberie z paketu hlavicku a zistí IP adresu
  cielovej stanice
• porovná IP adresu s routami vo svojej smerovacej
  tabulke
• aplikuje sietovú masku cielovej IP adresy
  postupne na každý záznam smerovacej tabulky
• ak maskovaná adresa cielového hostitela súhlasí
  s  údajom v tabulke, router vyšle paket cez
  príslušný port. Porovnávanie sa ukoncí
• ak nedošlo k zhode maskovaných adries, porovná
  adresu s nasledujúcim záznamom
• ak v celej tabulke nedôjde k zhode, router zistí,
  ci je nastavená predvolená routa
• áno, paket sa pošle príslušným portom
• nie, router paket zahodí a pošle vysielajúcej
  stanici informáciu o nedosiahnutí ciela.

19
Routing algorithm

• hop
• router, ktorý pocas smerovania paketov prijme
  alebo spracuje paket
• poctom hopov je urcená vzdialenost prenosu
• smerovací algoritmus
• rozhodnutie kadial poslat paket
• metriky
• zátaž siete
• šírka prenosového média
• oneskorenie
• cena
• spolahlivost prenosu
• pocet hopov

20
Metrics

• zátaž siete pocet cinností, ktoré priebiehajú
  na sietových komponentoch (napr. na prenosovom
  médiu, routri)
• šírka prenosového média kapacita prenosu
  uvedené v kbps
• oneskorenie
• cas potrebný na prenos paketu od vysielaca
  k prijímacu
• ovplyvnenie
• šírka prenosového pásma
• pocet údajov uložených v pamäti routrov
• pretaženost siete
• fyzická vzdialenost medzi komunikujúcimi
  stranami
• cena závisí napr. od šírky prenosové pásma
  alebo od vlastností udaných správcom siete
• spolahlivost prenosu ovplyvnená poctom chýb
  a kolíziami v sieti
• pocet hopov prednost má cesta s menším poctom
  routrov, t.j. tá, kde pocet hopov menší.

21
Different routing protocols - different
algorithms

• dôvody pri výberu algoritmu
• optimalizácia
• výber najlepšej cesty
• jednoduchost a malé prevádzkové náklady
• odolnost a stabilita
• správne fungovanie algoritmu aj napriek
  nepredvídatelným chybám (hardvérová chyba, velká
  zátaž, chyba v implementácii)
• flexibilita
• rýchle prispôsobenie algoritmu zmenám v sieti
  (zväcšenie oneskorenia, zmena prenosového kanálu,
  chybný router)
• rýchla konvergencia
• konvergencia je cas, za ktorý sa všetky routre
  o zmene v sieti informujú a zaktualizujú svoje
  smerovacie tabulky
• rýchla obnova sietovej konektivity - kvôli
  doruceniu údajov
• pomalá obnova - dorucenie údajov môže zlyhat.

22
Autonomous systém (AS)

• TCP/IP aj OSI - hierarchická štruktúra siete
• zaujímajú sa o
• rozpoznávanie sietových zariadení
• rozpoznávanie sietových segmentov a ich
  zoskupenie
• autonómny systém (doména)
• vrchol hierarchie
• skupina routrov, a k nim prislúchajúce siete
  a segmenty, ktoré patria pod rovnakú správu firmy
  ci organizácie
• použitie v architektúre TCP/IP
• oznacuje sa prirodzeným císlom, ktoré prideluje
  tá istá organizácia, ktorá prideluje sietové
  adresy (napr. ARIN)
• autonómna doména je oficiálny názov pridelený pre
  OSI.

23
Routing protocols and AS

• delenie vzhladom na pocet autonómnych systémov
• vnútorné IGP (Interior Gateway Protocols)
• vonkajšie EGP (Exterior Gateway Protocols)
• IGP protokoly
• smerujú pakety v rámci jedného autonómneho
  systému
• napr. RIPv1, RIPv2, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS
  (Intermediate System-to- Intermediate System)
• EGP protokoly
• smerujú pakety medzi dvoma AS
• napr. BGP.
• smerovacie algoritmy
• distance-vector (algoritmus vektorov
  vzdialeností)
• link-state (algoritmus stavu spojení).

24
Distance-vector algoritmus I.

• Ford-Fulkersonov príp. Bellman-Fordov algoritmus
• smerovanie - každý router si vypocíta vzdialenost
  ku každému dostupnému cielu intersiete
• vzdialenost - zvycajne urcená poctom hopov
  v spojení
• nesprávny výber cesty môže spôsobit zacyklenie
  paketov
• limitovaná dlžku prenosovej cesty údajov.

25
Distance-vector algoritmus II.

• router
• nepamätá si celú architektúru intersiete
• dôležité je spojenea k dostupným cielom
• výber najkratšej vzdialenosti
• posiela celý obsah svojej tabulky priamo
  napojeným routrom v pravidelných casových
  intervaloch (aktualizácia smerovacej tabulky)
• tento proces - routing by rumor.
• protokoly - RIP, IGRP, EIGRP.

26
RIP

• metrika
• pocet hopov max 15
• viacero prepojení medzi dvoma hostitelmi cesta
  s minimálnym poctom hopov
• nezarucuje rýchlost prenosu
• vyššia metrika (16) - neplatná cesta
• RIPv1 - vyžaduje rovnakú podsietovú masku
  všetkých zariadení, lebo smerovacie aktualizácie
  neobsahujú informácie o podsietach (classful)
• RIPv2 už posiela v aktualizácii aj informácie
  o podsietach (classless)
• Použitie rôznych podsietových masiek v rámci
  jednej siete sa nazýva VLSM (Variable-Length
  Subnet Masking).

27
IGRP a EIGRP

• IGRP
• vyvinula firma Cisco na smerovanie vo velkých
  sietach
• smerovacie metriky
• oneskorenie
• rýchlost
• zataženie siete
• spolahlivost
• max. pocet routrov na ceste je 255
• EIGRP
• Cisco protokol
• viacero funkcií link-state protokolov
• rýchla konvergencia
• použitie kombinovanej metriky
• malé nároky na plánovanie intersiete
• podpora VLSM.

28
Link-state algoritmus

• posielajú aktualizácie hned po zmene v sieti
  alebo automaticky každých 30 minút
• zariadenie, ktoré zistí zmenu v spojení alebo
  routy
• vytvorí link-state oznámenie (LSA) o stave
  spojenia a pošle všetkým susedným smerovacím
  zariadeniam
• aktualizuje svoju databázu
• LSA pošle svojim susedom
• napr.
• OSPF - velké intersiete
• IS-IS - na prenos využíva informácie rámce
  linkovej vrstvy a nepodporuje protokol IP
• Integrovaný IS-IS môže pracovat aj s protokolom
  IP aj s protokolom CLNP.
• BGP (Borded Gateway Protocol)
• pre ISP
• posiela informácie medzi dvoma AS s výberom cesty
  bez okruhov.