13. Routing: Nuclei, Paritari, e Algoritmi

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1 13. Routing: Nuclei, Paritari, e Algoritmi Introduzione Domande: Quali valori dovrebbero esserci nella tabella di routine di un router? Come si possono ottenere questi valori? Internet strutturate attorno al concetto di dorsale (backbone) Internet composte di molte reti paritarie Esempi presi dall'esperienza dell'internet connessa, ma si applicano anche alle internet aziendali Per rispondere alla seconda domanda prenderemo in esame algoritmi di routing L'origine delle tabelle di routing Rivedere il Capitolo 8! Non avevamo discusso allora: quali valori dovrebbero essere inseriti nelle tabelle come si ottengono questi valori Ambedue dipendono dalla complessità e dalla struttura dell'internet Ci sono due attività distinte: Inizializzazione di una route Aggiornamento di una route Pagina 13.1

2 L'inizializzazione dipende dal sistema operativo; alternative leggere la tabella da memoria secondaria al momento della inizializzazione, e tenerla residente in memoria durante l'uso partire con una tabella vuota, offrire system call per riempirla e sviluppare comandi (in senso Unix) partire con un insieme minimale di route per le reti a cui è attaccato, poi contattare le macchine vicine per chiedere altre strade L'aggiornamento può essere fatto manualmente per internet piccole e che cambiano raramente; quando la dimensione e il tasso di cambiamento crescono, è indispensabile poter far uso di metodi automatici Per capire i metodi automatici dobbiamo comprendere le idee principali sottostanti il problema del routing Routing con informazione parziale Gli host possono instradare con successo i datagrammi, anche se hanno informazioni parziali, perché si appoggiano sui router Anche i router possono instradare con informazione parziale? Basandosi sul concetto di route di default: per tutto ciò che non è esplicitamente indicato, seguire la strada di default Come si fa ad essere sicuri di essere sulla strada giusta? [Questa è la ragione fondamentale per cui ci si perde nelle situazioni in cui ci si deve basare sulla regola della strada di default] Occorre una soluzione che permetta di gestire router locali in modo autonomo, e di aggiungere nuove interconnessioni di rete senza modificare i router che sono distanti dal luogo in cui la nuova interconnessione viene costruita Pagina 13.2

3 13.4. L'architettura Internet originale e i nuclei La maggior parte della nostra conoscenza sul routing è derivata dall'esperienza con la prima Internet connessa. Allora ARPANET veniva usata come dorsale americana dell'internet, a cui si collegavano tutte le internet locali Le tabelle di routing venivano mantenute a mano, ma al crescere della Internet fu chiaro che erano necessari metodi automatici Pochi router centrali contenevano informazioni riguardo a tutte le possibili destinazioni; un numero molto maggiore di router più esterni mantenevano informazioni parziali che permettevano solo di instradare localmente, e rimandavano ad un router centrale per tutto ciò che non conoscevano Routing su informazione parziale permetteva autonomia ai vari siti ma introduceva la possibilità che alcune destinazioni fossero irraggiungibili da certe sorgente Le condizioni di errore possono derivare da molte cause dati errati inseriti a mano errori negli algoritmi di routing errori nella trasmissione dei risultati ad altri router Un algoritmo di routing deve scoprire gli errori e correggerli velocemente: altrimenti non vi saranno mai situazioni corrette stabili Pagina 13.3

4 13.5. Router di nucleo Quelli controllati dall'internet Network Operations Center (INOC). Gli altri sono quelli non-di-nucleo Ogni sito che riceveva un indirizzo di rete doveva fare in modo di pubblicizzare tale indirizzo al sistema di nucleo: i router di nucleo comunicavano fra di loro, rendendo consistente l'informazione che condividevano La disponibilità della rete geografica ARPANET la rendeva ideale per connettere far di loro le reti locali. E questo bastava come concetto di Internet. NB: una sola rete locale per router di nucleo! DORSALE ARPANET G1 G2 Gn Router di nucleo Rete Locale 1 Rete Locale 2 Rete Locale n Questa architettura non si presta a conoscenza parziale nei router di nucleo: si possono solo collegare uno dietro l'altro in default route Inoltre, serve coordinamento fra i siti dove ci sono i router di nucleo Pagina 13.4

5 Se si elimina l'uso delle default route, si deve avere tabelle complete nei router di nucleo. Questo approccio fallì dopo poco perché una semplice architettura basata su una dorsale geografica divenne insufficiente protocolli per mantenere la consistenza fra i router di nucleo troppo complessi la connessione diretta ad un router di nucleo non sempre era possibile l'interazione completa fra i tutti i router di nucleo faceva crescere la complessità più che linearmente DORSALE ARPANET G1 G2 Gn Router di nucleo Rete Locale 1 Rete Locale 2 Rete Locale n Dalla architettura di nucleo alle dorsali paritarie Tentativo di estendere l'architettura aggiungendo dorsali invece che internet Pagina 13.5

6 Host 1 DORSALE ARPANET Host 2 G1 G2 G3 Router di nucleo Host 3 DORSALE NSFNET Host 4 Fino a che c'è un solo router fra le due dorsali, l'instradamento va bene, ma è inefficiente. Quando si aggiungono più router, occorre decidere se la route da Host3 a Host2 passa dal router occidentale, da quello orientale o da quello centrale. Occorre implementare una politica opportuna, che può variare nel tempo e spesso richiede routing di host invece che di network (due host sullo stesso backbone dovrebbero avere due diversi instradamenti Non si può partizionare un insieme di router di nucleo in due sottoinsiemi che si puntano l'un l'altro con le route di default per network che appartengono all'altro sottoinsieme i datagrammi indirizzati a reti inesistenti entrano in loop! L'architettura basata su nucleo assume un insieme di router di nucleo gestiti centralmente e con informazione totale sulla internet. Funziona al meglio con internet basate su singola dorsale. Estenderla a dorsali multipla introduce complessi problemi di gestione. Partizionare l'insieme in sottoinsiemi di nuclei con informazione parziale introduce loop in caso di destinazioni inesistenti Pagina 13.6

7 13.7. Propagazione automatica delle route Come si faceva a propagare le route per evitare di usare la route di default? Il meccanismo di propagazione delle route serve anche ad affrontare modifiche della internet dovute a guasti, non solo a cambiamenti di configurazione voluti dai gestori Occorre sempre considerare il comportamento dinamico di questi algoritmi di propagazione, perché è in queste situazioni che sono utili Instradamento basato su vettoredistanza (Bellman-Ford) Si comincia con una tabella che contiene le reti a cui si è attaccati, che sono a distanza nulla Destinazione Distanza Net 1 0 Net 2 0 Periodicamente, ogni router manda copia della sua tabella ad un altro router a cui è collegato direttamente Il router confronta la sua tabella con quella che riceve e se scopre che esiste una route più corta passando per il router che gli ha mandato la tabella, sostituisce la riga nella propria tabella Pagina 13.7

8 Desti vettore Distan Route Desti vettore Distan Net 1 0 direct Net 1 2 Net 2 0 direct Net 4 3 Net 4 8 Gate L Net 17 6 Net 17 5 Gate M Net 21 4 Net 24 6 Gate J Net 24 5 Net 30 2 Gate Q Net Net 42 2 Gate J Net 42 3 (a) (b) (a) è la tabella di K; (b) è la tabella che arriva da Gate J Attraverso Gate J ci sono strade più brevi per le reti 4, 21 e 42. Attraverso Gate J, Gate K avrà distanza 4 per Net 4, distanza 5 per Net 21 (prima non la conosceva!) e distanza 4 per Net 42 (prima era 2, ma perché Gate J conosceva una strada a distanza 1. Ora è caduta e quindi la distanza deve essere aumentata! Ogni router pubblicizza la distanza a cui si trova da certe reti. Chi riceve l'annuncio lo sceglie come migliore, oppure come nuova strada, oppure aggiorna la sua distanza attraverso di lui, oppure infine lo ignora, se conosce una strada migliore Tutti i router del nucleo devono partecipare allo scambio di messaggi Facile da calcolare, ma instabile se le distanza cambiano rapidamente (per guasti), le nuove distanze si propagano lentamente e quindi ci sono instradamenti scorretti Pagina 13.8

9 13.9. Protocollo Gateway-To-Gateway (GGP) E' il protocollo che usavano originariamente i router di nucleo. E' un vector-distance. Non fa più parte della suite TCP/IP Basato sul concetto di vicino: ogni router propaga la sua tabella ad un certo numero di vicini. Quando si aggiunge un router gli si assegnano uno o più vicini già parte del nucleo e si modifica la configurazione solo di questi vicini La distanza è misurata in termini di hop: numero di router che occorre attraversare per giungere alla rete destinazione. La distanza fra router direttamente connessi è 1 Non considera la velocità delle sottoreti, né il loro traffico Vector-distance non scala bene, reagisce lentamente ai cambiamenti, richiede messaggi molto grandi, provoca scambio di informazioni sulla rete enorme per reti grandi Link-State Routing Detto anche Shortest Path First, SPF (anche se quasi tutti gli algoritmi scelgono la distanza minima, con una certa definizione di distanza!) Gli algoritmi SPF richiedono che ogni router abbia una conoscenza completa della topologia della rete (parte male!): tutti gli altri router, e le reti a cui si connettono (sempre una sola per router!) I router sono nodi di un grafo, e le reti sono gli archi. Fra due router c'è un arco solo se possono comunicare direttamente (un router è rappresentato come facente parte delle reti finali) Pagina 13.9

10 Tre attività: test dei link, propagazione dello stato, calcolo del cammino minimo Test dei link: attivamente con messaggi di test (k-su-n) Propagazione dello stato: broadcast della mappa dei link a cui un router è connesso (up o down) Se non esiste un broadcast fra tutti router che partecipano all'spf, la mappa viene distribuita direttamente (!) Calcolo del cammino minimo: quando arriva un messaggio di link status, il router ricalcola le strade applicando l'algoritmo di Dijkstra Ogni router calcola le strade indipendentemente, e quindi gli errori non si propagano, ed è garantito convergere perché si calcolano localmente La dimensione dei messaggi è molto minore perché contiene informazione solo locale (non cresce con la dimensione dell'internet) Protocolli SPF Alcuni proprietari ancora in uso ARPANET ha usato un SPF al suo interno per più di 10 anni Ne vedremo uno generale proposto recentemente Internet cominciò ad usare un SPF (detto SPREAD) dal 1988 Pagina 13.10