Title: 8. Forgalomir
18. Forgalomirányítás
- Dr. Bilicki Vilmos
- Szoftverfejlesztés Tanszék
2Tartalom
- Forgalomirányító algoritmusok
- Statikus forgalomirányítás
- Dinamikus forgalomirányítás
- Távolságvektor alapú
- Link állapot alapú
- Internet struktúra
- Forgalomirányítók, Kliensek
- Autonóm rendszerek (AS)
- Forgalomirányító algoritmus osztályok
- Tartományon Belüli Forgalomirányítás
- RIP, IGRP, EIGRP ,IS-IS, OSPF
- Tartományközi forgalomirányítás
- BGP
- RIPv1
- RIPv2
3Útvonal információk
- Statikus
- Manuális lassú változás
- Nem robosztus független az aktuális állapottól
- Stabil
- Dinamikus
- Forgalomirányító protokollok segítségével tanulja
meg az útvonalakat - A topológia változásokra azonnal reagál
- Nem biztos, hogy konvergál, oszcillál
- Hurkot okozhat
4Statikus forgalomirányítás
- A rendszergazda manuálisan írja be a
forgalomirányító tábla bejegyzéseit - A forgalom teljesen kézbentartható
- Pl. más-más útvonal használata a két irányban,
- A rendszer átlátható
- Minden változás manuális beavatkozást igényel
- Muködoképes hálózathoz
- Minden forgalomirányítóba fel kell venni az
összes a hálózaton eloforduló címtartományt és
irányt - Használhatunk összesítés útvonalakat
- A forgalomirányítóra közvetlenül csatlakozott
hálózatokat nem kell felvenni - A statikus útvonalakhoz is adhatunk költséget
(CISCO) - Terhelés elosztás
- Forgalom elosztás
- Azonos mértéku
- Költség szerinti
- Kapcsolt egység
- Cél szerint (fast switching)
- Csomagonként (process switching)
- Tartalék útvonal
5Rekurzív tábla keresés
- Nem feltétlenül mutat minden bejegyzés a szomszéd
forgalomirányítóra - Ez esetben a keresés addig folytatódik míg nem
talál egy olyan címet amely a szomszéd
forgalomirányítóra mutat (megvan a kimeno
interfész) - A többszörös keresés idoigényes
- Csak indokolt esetekben érdemes ezt használni
(pl. változás elott)
6Mikor érdemes statikus útvonalat használni?
- Amikor vég hálózatunk van.
- Nincs alternatív útvonal.
- Igény szerinti forgalomirányítás (On-Demand
Routing) - Szabály szerinti forgalomirányítás (Policy based
routing)
7Statikus útvonal választás
8Alapértelmezett út
- Utolsó megoldás átjáró/Gateway of last resort
- Cím aggregálás
- 192.168.200.128/27
- 192.168.200.160/27
- 192.168.200.192/27
- 192.168.200.224/27
- Teljes aggregálás
- 0.0.0.0
- Alapértelmezett cím
- 0.0.0.0/0
- Alapértelmezett hálózat
- Csak osztálymentes muködésnél használható!!!
- Vég hálózat esetén nagyon hasznos (minden erre
van, 50000 bejegyzés helyett egy) - Gyujtopont hálózat (Hub and spoke)
- Elemei
- Gyujto forgalomirányító (Hub)
- Csonk forgalomirányítók (Stub)
- Csonk hálózat (Stub network)
- Egyszeru, gyors
Számítógép Hálózatok
8
9Forgalomirányító protokollok
- Cél
- Az útvonal meghatározása
- Csomagkapcsolt hálózat a forgalomirányító tábla
karbantartása - Forgalomirányító tábla
- A csomagok továbbításánál ez alapján dol el a
kimeno interfész - Skálázható, adaptív, stabil
- Elemek
- Egy eljárás a saját információ átvitelére a
többieknek - Egy eljárás a többiektol beérkezo információ
kezelésére - Egy eljárás mely az információhalmaz alapján
meghatározza az optimális útvonalakat és rögzíti
ezeket a forgalomirányító táblába - Egy eljárás mely reagál topológia változásokra
10Miért nem jó ez a megoldás?
- Minden saját információt átküldünk a szomszédnak
- Kérdések
- Mit csináljon A B és C információival? Küldje-e
tovább? - Ha nem akkor az információ csere nem teljes.
- Ha igen akkor hogyan oldjuk meg azt, hogy minden
információ eljut mindenkihez és a csomagok mégsem
lesznek végtelen ideig a hálózatba? - Merre kell a csomagokat küldeni 192.168.4.0 felé?
11Forgalomirányítás
Cél meghatározza a jó útvonalat (forgalomirányí
tók sorozatát) a forrástól a célig.
- Gráf absztarkciók
- A csomóponotok forgalomirányítók
- Az élek fizikai összeköttetések
- költség késleltetés, ár, torlódás szint,
- jó útvonal
- Tipikusan a legkisebb költségu útvonal
- Más definició is elképzelheto
12Összeköttetés metrikák
- Ugrás szám
- Egyszeru
- Soros vonal vs. Gigabit?
- Sávszélesség
- Torlódásos Gigabit vs. Üres Fast Ethernet?
- Terhelés
- Útvonal ingadozás
- Késleltetés
- Megbízhatóság
- Ár
13Konvergencia
- Ha minden rendben van akkor konzisztens
állapotban van a rendszer - Mindenki ugyanazt gondolja a hálózatról
14Dinamikus Forgalomirányító Algoritmusok
- Globális, vagy Link állapot algoritmus
- A topológia teljes ismeretével rendelkezik
(költségek, linkek,) - Elosztott vagy távolságvektor alapú algoritmusok
- Csak a kapcsolódó linkek és szomszédok
információit használja - Iteratív algoritmus
15Globális, Link állapot alapú
- Dijkstra legrövidebb útvonal
- Megvalósítás
- Minden csomópont elküldi mindenkinek minden
kapcsolatát és azok paramétereit
16Egy link állapot alapú algoritmus
- Dijkstra algoritmusa
- A topológia, link költségek minden csomópontban
ismertek - link állapot üzenetszórás segítségével
- Minden csomópontnak azonos információja van
- Egy csomóponttól kiszámítja a legrövidebb
(olcsóbb) útvonalat minden más csomóponthoz - Legyártja a forgalomirányító táblát az adott
csomópontnak - Iteratív k iteráció után ismerjük a legrövidebb
utat k-hoz.
17Link állapot alapú algoritmus kérdések
- Skálázhatóság
- A költség forgalom függo oszcillációhoz vezethet
1
1e
0
2e
0
0
0
0
e
0
1
1e
1
1
e
átszámít
átszámít
átszámít
kezdetben
18Elosztott, távolságvektor alapú forgalomirányító
- Bellman-Ford algoritmus (Bellman 1957, Ford és
Fulkerson 1962) - Minden csomópont csak a vele szomszédos
csomópottal kommunikál - Távolságvektorokat csereberélnek
- Kiszámítja a legrövidebb útvonalat
- Ezt addig folytatja míg le nem áll az információ
csere - A záró lépésben a csomópontoknak nem kell adnia
- Pletyka alapú forgalomirányítás
19Távolságvektor alapú forg. ir. áttekintés
Minden csomópont
- Iteratív, aszinkron
- a helyi iterációk oka
- link költség változás
- üzenet a szomszédtól megváltozott egy
szomszédjához vezeto legrövidebb út - Elosztott
- a csomópontok csak akkor kommunikálnak, ha a
legrövidebb útvonaluk valahova megváltozik - ekkor értesítik a szomszédokat
vár a (link költség megváltozására, vagy egy
üzenetre a szomszédtól) átszámítja a távolság
táblát Amennyiben a legrövidebb útvonal
megváltozott akkor értesíti a szomszédait
20Távolságvektor alapú forg. ir.
- iteratív
- addig folytatódik amíg egy csomópont sem cserél
információt - Ön-befejezo nincs stop jel
- aszinkron
- A csomópontoknak nem kell információt cserélnie a
záró lépésben - elosztott
- Az egyes elemek csak a szomszédaikkal
kommunikálnak
- Távolság Tábla struktúra
- Minden csomópont tartalmazza a saját sorát minden
lehetséges célhoz, az oszlopokban a szomszédok
szerepelnek - példa az X csomópont , az Y célt a Z
szomszédon keresztül éri el
21Távolság tábla példa
22Távolság tábla példa
hurok!
hurok!
23A távolság táblából származik a forgalomirányító
tábla
Kimeno interfész, ár
A B C D
A,1 D,5 D,4 D,4
cél
Forg. ir. tábla
Távolság tábla
24Távolság vektor problémák
- Robosztusság
- egy csomópont helytelen útvonal költséget
hirdethet - egymás tábláját használják
- a hiba terjed a hálózaton
- Hurkokat tartalmazhat
- Konvergencia ido
- Végtelenig számlálás problémája
25Végtelenig számlálás problémája
- Az ugrás számot használjuk költségnek
- A B-n keresztül éri el D-t 3 költséggel
- B C-n keresztül éri el D-t 2 költséggel
- C eléri D-t 1 költséggel
D
A/3
B/2
C/1
26Végtelenig számlálás problémája
- A C és D közötti vonal megszakad
- C átáll B-re,
- Megnöveli a költségét B költség 1 3
D
A/3
B/2
C/3
27Végtelenig számlálás problémája
- B költsége most 4
- A még nem vett észre semmit sem
- A és C költsége 5
- B költsége 6
- A ciklus a végtelenig tart
A/3
B/4
C/3
D
D
A/5
B/4
C/5
28Forgalomirányító hurkok
- Az A hálózatban a D felé tartó csomagok
- A B forgalomirányítóba mennek
- Ezután a C forgalomirányító mennek
- Ezután ismét a B-be mennek
D
A
B
C
29Forgalomirányítás az Interneten
- Eddig
- Minden forgalomirányító egyenrangú volt
- A hálózat lapos volt
- a valóságban ez nincs így
- méret 50 millió céllal
- Nem lehet minden célt a forg. ir. táblába kezelni
- A forg. ir. tábla csere eldugítaná a vonalakat
- Adminisztratív autónómia
- Internet hálózatok hálózata
- Minden hálózati rendszergazda a saját hálózatáért
felelos
30Internet struktúra
- Több ezer szervezet
- Rengeteg forgalomirányító
- Még több kliens
MCI
AT T
LINX Europe
CW
Microsoft
Company in France
Umass
31Forgalomirányító protkollok
- Autonóm Rendszereket kezelnek
- Az adminisztratív tartomány szerint
- Internet Szolgáltatók (ISP)
- Vállalati hálózatok
- Egyetemi hálózatok
- Két forgalomirányító protokoll típus
- Tartományon Belüli Forgalomirányító Protokoll
(Inetrior Gateway Protocol - IGP) - Egy tartományon belül
- Tartományközi Forgalomirányító Protokoll
(Exterior Gateway Protocol - EGP) - Különbözo tartományok között
32Tartományon Belüli Forgalomirányító Protokoll
- Cél
- Találjon egy jó útvonalat (forgalomirányítók
sorozatát) a hálózaton keresztül a forrástól a
célig - Késleltetés, csomagvesztés, sávszélesség, ár vagy
más definíció - Statikus forgalomirányítás
- Népszeru dinamikus protokollok
- RIP Routing Information Protocol
- IS-IS Intermediate-System-to-Intermediate System
- OSPF Open Shortest Path First
- IGRP Interior Gateway Routing Protocol (Cisco)
- EIGRP Enhanced Interior Gateway Routing Protocol
(Cisco)
33Tartományon belüli forgalomirányítás
- Routing Information Protocol (RIP)
- Távolságvektor alapú
- EIGRP
- Hibrid
- Open Shortest Path First (OSPF)
- Link állapot alapú
- IS-IS
- Link állapot alapú
34Tartományközi protkollok
- EGP használtak NSFNET-ben
- Border Gateway Protocol (BGP)
- BGP-4 de-facto szabványnak tekintheto
- Út vektor algoritmus
35Forgalomirányító Protokoll Kérdések
- Stabilitás
- Szabály
- Torlódás
- Protokoll Tervezés
- Keep Alive üzenetek
- Inkrementális frissítések
- Frissítés idozítok
- Konvergencia ido
- Megbízhatóság, Robosztusság
- Alternatív, vagy tartalék útvonal
- Torlódás
- Emberi hiba
36Egyéb kérdések
- Biztonság
- Skálázhatóság
- Hierarchia
- Forgalom Tervezés
- Terhelés elosztás
- Qos
- ?
37RIP
- Távolság vektor alapú algoritmus
- Eloször BSD-UNIX-ban jelent meg 1982-ben
- Távolság mérték
- az ugrások száma (max. 15 ugrás)
- Távolság vektorok
- a szomszédok között cserélodnek 30
másodpercenként a válasz üzenetekben (hirdetésnek
is nevezik) - Minden hirdetés
- max. 25 célt hirdet a hálózaton az AS-en belül
- Verziók
- RIP v1 (RFC 1058)
- RIP v2 (RFC 2453)
38RIP --- Példa
z
w
x
y
A
D
B
C
Cél Hálózat Köv. Forg. Ir.
Ugrásszám w A 2 y B 2
z B 7 x -- 1 . . ....
D forgalomirányító táblája
39RIP --- Példa
A hirdetése D felé
Cél Köv. Ugrás z C 4
Cél Hálózat Köv. Forg. Ir.
Ugrásszám w A 2 y B 2 z B A 7
5 x -- 1 . . ....
D forgalomirányító táblája
40RIP --- Problémák
- Robosztusság
- Egy csomópont rossz költséget hirdethet
- Egymás tábláját használják
- A hiba terjed a hálózaton
- Lassú konvergencia
- Végtelenig számlálás problémája
- A hálózat egy része leválik
- Hurkok keletkeznek
41RIP --- Megoldások
- A végtelen legyen egy véges szám
- RIP esetében ez 16
- Osztott Horizont (Split horizon)
- Ne hirdessünk egy olyan útvonalat az adott
szomszéd felé amit onnan tanultunk meg - Részben megoldja a hurkokat
- Osztott Horizont mérgezett utakkal (Split horizon
with poisoning updates) - A hallott útvonalakat visszafelé végtelen
távolsággal hirdetjük - Indukált frissítések (triggered update)
- A gyorsabb konvergencia érdekében a változáskor
azonnal frissítést küld - Frissítés elárasztást okozhat
- Gyors frissítések
- Amikor egy forgalomirányító indul akkor szól a
többieknek akik azonnal elküldik állapotukat
42Osztott Horizont
- B nem hirdet D felé menü útvonalakat C felé
- Amikor a C-D vonal kiesik
- C nem áll át B-re
- Elkerülik a végtelenig számlálás problémáját
D
A/3
B/2
C/1
43Osztott Horizont --- nem biztos, hogy segít
- Nem iktatja ki a hurkokat minden esetben
- A C és D közötti vonal kiesik
A
- A és B nem küldi el a jelenlegi útvonált D felé
C-nek - De A megtanulja, hogy B eléri D-t, így küld egy
új útvonalat C-nek - C az A-tól megtanult útvonalat elküldi B-nek
- B a C-tol megtanult útvonalat elküldi A-nak
- A a B-tol megtanult útvonalat elküldi C-nek
- Hurok keletkezett
C
B
D
44RIP idozítok, számlálók
- RFC
- Frissítés 30s (aszinkron)
- Lejárati ido 180s
- Szemét gyujtés 120s
- CISCO
- Frissítés 30s (aszinkron)
- Érvénytelen 180s
- Tartás (HoldDown) 120s
- Törlés 240s
45RIP részletek
- UDP 520-as port
- Típusai
- RIPv1
- üzenetszórás
- osztályokat figyelembe vevo(nincs netmask!!!,
határ router) - RIPv2
- többesküldés
- osztálymentes
- azonosítás
- Csendes állomás
46RIP hátrányai
- 15 méretu világ
- 25 prefix/üzenet
- Nagy hálózatokban gyakori változás esetén komoly
sávszélesség igénye lehet - Lassú konvergencia (akár 7.5 perc!!!)
47Miért érdemes RIP-et választani?
- Egyszeru implementálni
- Sok implementáció
- Jól ismert, egyszeru protokoll
- Kicsi hálózatban kicsi eroforrás igény
48Forgalomirányító tervezési szempontok
- Gerinc forgalomirányító
- Megbízhatóság
- Sebesség/Teljesítmény
- Vállalati forgalomirányító
- Alacsony portonkénti ár
- Sok port
- Könnyu konfigurálhatóság
- Hozzáférést biztosító forgalomirányító
- Otthoni/kicsi vállalat
- Olcsó
- Modem gyujtmény
Gerinc
Hozzáférési
Vállalati
49Forgalomirányító feladatok
- Forgalomirányító tábla karbantartás
- Csomag továbbítás
- Csomag ellenorzés (verziós, hossz, ellenorzo
összeg) - Cél cím keresés
- Csomag TTL kezelés
- Ellenorzo összeg újraszámítás
50Forgalomirányító komponensek
Route Processing
Route updates
Topology address exchange with neighboring nodes
Topology address exchange with neighboring nodes
Forgalomirányító tábla
Destination address lookup
Packet Forwarding
Bejövo csomagok
Kimeno csomagok
Adat
Adat
51Forgalomirányító komponensek
- Kapcsoló egység
- Interfész kártyák
- Forgalomirányító egységek
- Továbbító egységek
52Kapcsoló egység
- Osztott memória
- A memória hozzáférés határozza meg a maximális
sebességet - Busz
- A busz kapacitása a szuk keresztmetszet
- Tér osztás (crossbar)
- Az idozíto a szuk keresztmetszet
53Problémák a busszal
- Az adat kétszer halad át rajta
- A csomag feldolgozás a és a menedzsment is a
központban történik - A teljesítmény a busztól és a központi
processzortól függ
54Osztott memória
- Az interfészek és a központi egység egy közös
osztott memórián át kommunikálnak - A memória hozzáférési sebessége korlátozza a
megoldás használhatóságát - Interfész szám függo
55Elosztott feldolgozás
- A csomagok feldolgozása az interfészeken történik
- ASIC
- Proci
- A Buszt/Memóriát csak egyszer használják
- Elosztott útvonal gyorstár
- A gyakran eloforduló címek vannak benne
- A forgalom típusától erosen függ a
használhatósága (gerinc/vállalati) - A gyorstár növelésével javítható ez a probléma
56Útvonal gyorstár
Route Processor
Memory
Cache updates
Bus
DMA
DMA
DMA
Line Card
Line Card
Line Card
Route Cache
Route Cache
Route Cache
Memory
Memory
Memory
MAC
MAC
MAC
56
57Kapcsolt háló alapú megoldás
- Az interfészek feladata
- Csomag feldolgozás
- Következo ugrás keresés
- Gyakran csomag darabolás
- Csomag összeillesztés
- A kapcsolatot egy teljes kapcsolt háló adja
- Központ
- Különleges esetek kezelése
- Forgalomirányító tábla kezelése
- Kapcsolás
- Gyors útvonal
- Lassú útvonal
58Kapcsolt háló
59Bejövo/Kimeno várakozási sor
- Bejövo várakozási sor
- A vonali sebesség gt kapcsoló egység sebesség
- Típusa
- FIFO (HOB probléma)
- VOQ (Virtual Output Queueing)
- QOS?
- Kimeno várakozási sor
- A vonali sebesség lt kapcsoló egység sebesség
- Gyorsabbnak kell lennie mint a kapcsoló egységnek
60Memória techológia (2003-04)
Technológia Egy IC /IC (/MByte) Sebesség Watts/chip
Networking DRAM 64 MB 30-50 (0.50-0.75) 40-80ns 0.5-2W
SRAM 4 MB 20-30 (5-8) 4-8ns 1-3W
TCAM 1 MB 200-250 (200-250) 4-8ns 15-30W
Számítógép Hálózatok
60
61Keresési sebesség
Év Vonali sebeség csomag/sec (40Byte packet)
1997 622Mb/s 1.94M
1999 2.5Gb/s 7.81M
2001 10Gb/s 31.25M
2003 40Gb/s 125M
- A keresési algoritmus
- Egyszerunek kell lennie
- Egyszeruen implementálható
62Ütemezés
- First Come Fist Served (FCFS)
- Fair Queuing
- R ideális továbbítási arány
- w1, w2 wn a sorok súlyai
- Az ideális szolgáltatás K
- Rwk/?(wi)
- A jól viselkedo források nem vesznek észre csomag
vesztést - Garantálja a minimum arányt
63Leghosszabb egyezés
Pontos egyezés 1 hosszú
Hálózat Cím
Pontos egyezés 2 hosszú
Port
Kiválasztás
Pontos egyezés 32 hosszú
64Csomag osztályozás
- Több mezo is használ
- Forrás/Cél IP cím (32 bit)
- Forrás/Cél port (16 bit)
- TOS bájt (8 bit)
- Type of protocol (8 bit)
- Más mezok
65A mai csúcs forgalom irányító
- Carrier Routing System 1
- Hátlap 640 GBs 92 TBps
- 2 Gbyte útvonal memória
- 1 Gbyte csomag memória (Kártyánként)
- 40GBps interfészek (ASIC 40 GBit/s)
- Skálázható megoldás
- 0.5 Tonna
- 13.6 KW
- 500.000 USD