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1 Strato di rete Obiettivi: Principi e servizi dello strato di rete: Routing (selezione del cammino da host sorg. (. dest a host Problemi di scala Come funziona un router Implementazione in Internet Argomenti: Servizi dello strato di rete Routing: selezione del cammino Routing gerarchico IP Protocolli di routing in Internet ( intra-domain ) Intra-dominio ( inter-domain ) Inter-dominio 4: Network Layer 4a-

2 Funzioni dello strato di rete Trasportare i pacchetti dall host sorg. all host dest. Strato di rete presente in ogni host, router Tre funzioni principali: Determinazione del cammino: percorso (route) che i pacchetti seguono da sorg. a dest. Algoritmi di routing Switching (commutazione): trasferimento dei pacchetti dalla porta di ingresso alla corretta porta di uscita del router Instaurazione chiamata (se ( serve application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical 4: Network Layer 4a-2

3 Modello del servizio di rete D: Quali servizi nel trasporto dei pacchetti da sorgente a destinazione? Banda garantita? No jitter? Consegna senza perdita? Consegna in ordine? Dare al mittente informazioni sullo stato di congestione? La più importante astrazione realizzata dal servizio di rete:??? Circuito virtuale o datagramma? Servizi possibili 4: Network Layer 4a-3

4 Circuito virtuale Il percorso sorgente-destinazione si comporta come un circuito telefonico Tiene traccia delle prestazioni Lo strato di rete è attivo lungo tutto il percorso sorgentedestinazione Instaurazione e abbattimento delle chiamate Ogni pacchetto ha un identifcatore di VC (e non dell host di destinazione Ogni router router sul cammino sorg.-dest. mantiene info di stato su ogni connessione che lo attraversa Una connessione di trasporto coinvolge solamente gli host terminali Possibile allocazione di risorse dedicate a un VC (banda, ( bufer 4: Network Layer 4a-4

5 Circuito virtuale: protocolli di segnalazione Usati in fase di instaurazione, abbattimento e mantenimento di VC Usati in ATM, frame-relay, X.25 Non usati nell attuale Internet application transport network data link physical 5. Inizio flusso dati 6. Ric.dati application 4. Connessione 3. Acc. chiamata transport. Inizio chiamata 2. chiamata network data link physical 4: Network Layer 4a-5

6 Reti a datagramma: il modello di Internet Nessuna instaurazione nello strato di rete Router: nessuno stato sulle singole connessioni Nessun concetto di connessione a livello di rete Pacchetti instradati usando ID host di destinazione Pacchetti diretti dallo stesso host alla stessa dest. possono seguire percorsi diversi application transport network data link physical. Invio dati 2. Ric. dati application transport network data link physical 4: Network Layer 4a-6

7 Network layer service models: Network Architecture Service Model Bandwidth Guarantees? Loss Order Timing Congestion feedback Internet ATM ATM ATM ATM best effort CBR VBR ABR UBR none constant rate guaranteed rate guaranteed minimum none no yes yes no no no yes yes yes yes no yes yes no no no (inferred ( loss via no congestion no congestion yes no Internet model being extented: Intserv, Difserv Chapter 6 4: Network Layer 4a-7

8 Perché datagrammi e circuiti? Datagramma Scambio dati tra computer Servizio elastico, nessun req. temporale stretto Sistemi terminali intelligenti ( computer ) Possono svolgere complesse azioni di controllo Rete semplice, complessità ( edge ) al margine Molti tipi di link Caratteristiche diverse Difcile ofrire un servizio uniforme Circuito Nasce nella telefonia Conversazione umana: Req. di tempo reale, afdabilità Necessità di un servizio garantito Sistemi terminali stupidi ( telefoni ) Complessità all interno della rete 4: Network Layer 4a-8

9 ( instradamento ) Routing Protocollo di Routing Obiettivo: determinare buon cammino sorg.-dest. Astrazione usando graf: I nodi rappresentano router Gli archi descrivono i link fsici Costi sugli archi (link) : ritardo, costo in, livello di congestione A 2 5 B D 2 C E Cammino buono : 3 3 Di solito signifca cammino a costo minimo Possibili def. alternative 5 2 F 4: Network Layer 4a-9

10 Classifcazione degli algoritmi di routing Info globale o decentralizzata? Globale: Tutti i nodi hanno info completa su grafo e costi Algoritmi link state Decentralizzata: Il router conosce i nodi vicini e i costi degli archi verso essi Processo di calcolo iterativo, scambio di informazione con i vicini Algoritmi distance vector Statico o dinamico Statico: I cammini cambiano lentamente nel tempo Dinamico: I cammini mutano rapidamente Aggiornamenti periodici A seguito di cambiamenti nei costi dei link 4: Network Layer 4a-0

11 Un algoritmo link-state Algoritmo di Dijkstra Topologia, costi archi noti a tutti i vertici Si può fare con link state broadcast Tutti i nodi hanno stessa info Calcolo cammini minimi da un nodo ( sorgente ) a tutti gli altri Dà tabella di routing per il nodo Iterativo: dopo k iterazioni, cammini minimi verso k destinazioni Notazione: c(i,j): costo arco tra nodo i e j. D(v): ultimo valore calcolato costo da sorg. a dest. V p(v): predecessore di v nel cammino minimo corrente dalla sorgente a v N: insieme dei nodi il cui cammino minimo dalla sorgente è defnitivamente noto 4: Network Layer 4a-

12 Algoritmo di Dijkstra Inizializzazione: 2 N = {A} 3 for all nodes v 4 if v adjacent to A 5 then D(v) = c(a,v) 6 else D(v) = infty 7 8 loop Notazione: 9 find w not in N such that D(w) is a minimum 0 add w to N update D(v) for all v adjacent to w and not in N: 2 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 3 /* new cost to v is either old cost to v or known 4 shortest path cost to w plus cost from w to v */ 5 until all nodes in N c(i,j): costo arco tra nodo i e j. D(v): ultimo valore calcolato costo da sorg. a dest. V p(v): predecessore di v nel cammino minimo corrente dalla sorgente a v N: insieme dei nodi il cui cammino minimo dalla sorgente è defnitivamente noto Informazioni globali 4: Network Layer 4a-2

13 Algoritmo di Dijkstra: example Passo start N A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF ( D(B),p(B 2,A 2,A 2,A ( D(C),p(C 5,A 4,D 3,E 3,E ( D(D),p(D,A ( min(5,3+ ( D(E),p(E infinity 2,D ( D(F),p(F infinity infinity 4,E 4,E 4,E Alla fine si ottiene Tabella di routing A 2 5 B 2 D 3 3 C E 5 2 F Attenzione: ogni sotto-cammino di un cammino minimo è minimo 4: Network Layer 4a-3

14 Caratteristiche dell algoritmo Complessità: n nodi Ogni iterazione: controllo di tutti i nodi w non in N ( O(n**2 n*(n+)/2 confronti: ( O(nlogn Possibili implementazioni più efcienti: Possibili oscillazioni: es., costo link = quantità di trafco trasportato A +e D 0 0 B 0 e C e Inizialmente 2+e A 0 D B 0 +e 0 C ricalcolo routing 0 A 2+e D 0 0 C B +e ricalcolo 2+e A 0 D +e B 0 e C ricalcolo 4: Network Layer 4a-4

15 Algoritmo Distance Vector Routing Iterativo: Continua fnché non si scambia più info. self-terminating: non esiste segnale di stop Asincrono: I nodi non eseguono le operazioni in passi sincroni! Distribuito: Ogni nodo comunica solo con i vicini immediati Distance Table (tabella delle distanze, presente in ogni ( nodo Riga per ogni destinazione Colonna per ogni vicino del nodo Esempio: in nodo X, per la dest. Y passando per Z: X ( Y,Z ) D = = Distanza da X a Y passando per Z Z c(x,z) + min {D (Y,w)} w 4: Network Layer 4a-5

16 X ( Y,Z ) D = = Distanza da X a Y passando per Z Z c(x,z) + min {D (Y,w)} w... X Y Z 4: Network Layer 4a-6

17 Tabella delle distanze: esempio A 7 E D ( C,D ) E D ( A,D ) E D ( A,B ) 5 B E 8 2 C D D = c(e,d) + min {D (C,w)} w = 2+2 = 4 D = c(e,d) + min {D (A,w)} w = 2+3 = 5 Ciclo! 2 B c(e,b) + min {D (A,w)} w = = 8+6 = 4 Ciclo! Costo per la destinazione via E D () Destinazione A B C D A B D : Network Layer 4a-7

18 La tabella delle distanze dà la tabella di routing Costo per la destinazione via E D () A B D Link in uscita (outgoing), da usare, costo A 4 5 A A, Destinazione B C D Destinazione B C D D,5 D,4 D,2 Tabella delle distanze Tabella di routing 4: Network Layer 4a-8

19 Distance Vector Routing: generalità Iterative, asynchronous: each local iteration caused by: local link cost change message from neighbor: its least cost path change from neighbor Distributed: each node notifes neighbors only when its least cost path to any destination changes neighbors then notify their neighbors if necessary Each node: wait for (change in local link ( neighbor cost of msg from recompute distance table if least cost path to any dest has changed, notify neighbors 4: Network Layer 4a-9

20 Algoritmo Distance Vector: In ogni nodo X: inizializzazione: 2 per ogni nodo v adiacente: 3 D X(*,v) = infinito /* * significa per ogni riga" */ X 4 D (v,v) = c(x,v) 5 per ogni destinazione y X 6 invia min D (y,w) a ogni vicino /* w su tutti i vicini di X */ w 4: Network Layer 4a-20

21 Distance Vector Algorithm (cont.): 8 loop 9 wait (finché il costo del link verso un vicino V cambia 0 o si riceve un aggiornamento da un vicino V) 2 if (c(x,v) cambia di una quantità d) 3 /* cambia i costi per tutte le dest. via v di d */ 4 /* nota: d può essere positivo o negativo */ X 5 per ogni destinazione y: D (y,v) = D X (y,v) + d 6 7 else if (aggiornamento da V rispetto alla destinazione Y) 8 /* camm. minimo da V a qualche Y cambiato */ v 9 /* V ha inviato nuovo valore per min w D (Y,w) */ 20 /* sia "newval" il nuovo valore */ X 2 per la generica destinazione y: D (Y,V) = c(x,v) + newval 22 X 23 if esiste nuovo min D w(y,w) verso una destinazione Y X 24 invia nuovo valore di min w D (Y,w) a ogni vicino forever 4: Network Layer 4a-2

22 Algoritmo Distance Vector: esempio X 2 Y 7 Z time 4: Network Layer 4a-22

23 Algoritmo Distance Vector: esempio X 2 Y 7 Z X ( Y,Z ) D Z = c(x,z) + min {D (Y,w)} w = 7+ = 8 X ( Z,Y ) D Y = c(x,y) + min {D (Z,w)} w = 2+ = 3 4: Network Layer 4a-23

24 Distance Vector: link cost changes Link cost changes: node detects local link cost change ( 5 updates distance table (line if cost change in least cost path, ( 23,24 notify neighbors (lines X 4 Y 50 Z good news travels fast algorithm terminates 4: Network Layer 4a-24

25 Distance Vector: link cost changes Link cost changes: good news travels fast bad news travels slow - count to infnity problem! 60 X 4 Y 50 Z algorithm continues on! 4: Network Layer 4a-25

26 Distance Vector: poisoned reverse If Z routes through Y to get to X : Z tells Y its (Z s) distance to X is ( Z infnite (so Y won t route to X via will this completely solve count to infnity problem? 60 X 4 Y 50 Z algorithm terminates 4: Network Layer 4a-26

27 Comparison of LS and DV algorithms Message complexity LS: with n nodes, E links, O(nE) msgs sent each DV: exchange between neighbors only convergence time varies Speed of Convergence LS: O(n**2) algorithm requires O(nE) msgs may have oscillations DV: convergence time varies may be routing loops count-to-infnity problem Robustness: what happens if router malfunctions? LS: node can advertise incorrect link cost each node computes only its own table DV: DV node can advertise incorrect path cost each node s table used by others error propagate thru network 4: Network Layer 4a-27

28 Routing gerarchico Assunzioni semplicistiche fatte fnora: Tutti i router sono identici La rete è piatta non vero in pratica Scala: 50 milioni di destinazioni: Non è possibile memorizzare tutte le destinazioni! L aggiornamento delle tabelle di routing bloccherebbe i link! Autonomia amministrativa Internet = rete di reti Ogni amministratore di rete può voler decidere il routing nella rete che amministra 4: Network Layer 4a-28

29 (. cont ) Routing gerarchico Router aggregati in regioni, sistemi ( AS ) autonomi Router nello stesso AS usano lo stesso protocollo di routing Protocollo di routing Intra-AS Router in AS diversi possono usare protocolli intra-as diversi Router gateway Router speciali negli AS Eseguono un protocollo di routing intra-as con tutti gli altri router nell AS Anche responsabili per il routing verso dest. Esterne all AS Eseguono protocollo di routing inter-as verso altri gateway 4: Network Layer 4a-29

30 Routing intra-as e inter-as a C C.b b d A A.a a b A.c c B.a a B c Gateway: routing inter-as tra gateway routing intra-as b con router nello stesso AS routing inter-as, intra-as nel gateway A.c Strato di rete Strato di link Strato fisico 4: Network Layer 4a-30

31 Routing intra-as e inter-as a Host h C C.b b d A A.a a b routing Inter-AS tra A e B A.c c Routing intra-as nell AS A B.a a B c b Host h2 Routing intra-as nell AS B Protocolli Internet intra-as e inter-as specifci 4: Network Layer 4a-3

32 Strato di rete in Internet Funzioni di rete negli host e nei router: Strato di trasporto : TCP, UDP Strato di rete Protocolli di rout. Selezione camm. RIP, OSPF, BGP Tabella di routing Protocollo IP Indirizzamento Formato dei datagrammi Gestione dei pacchetti Protocollo ICMP Segnalaz. errore Segnalaz. router ( collegamento ) Strato di link Strato fisico 4: Network Layer 4a-32

33 Indirizzamento IP Indirizzo IP: ID a 32 bit per le interfacce degli host e dei router Interfaccia: punto di connessione tra un host (o un router) e un link fsico I router di solito hanno interfacce multiple Gli host possono avere interfacce multiple Gli indirizzi IP sono associati alle interfacce, non agli host o ai router = : Network Layer 4a-33

34 Indirizzamento IP Indirizzo IP : Parte che identifca la (. sign rete (bit più Parte che identifca l host (bit meno sign.) Cos è una rete? ( IP (secondo l indirizzamento Insieme delle interfacce i cui ind. IP hanno la stessa parte che identifca la rete Possono raggiungersi reciprocamente senza l ausilio di un router / LAN Rete che consiste di 3 reti IP ( IP (primi 24 bit identificano la rete 4: Network Layer 4a-34

35 Indirizzamento IP Come trovare le reti? Staccare ciascuna interfaccia dall host o router cui appartiene Creare isole (ciascuna isola è una ( IP rete Sistema interconnesso di 6 reti IP : Network Layer 4a-35

36 Indirizzi IP Classe A B C D 0 rete host 0 rete host 0 rete host 0 Indirizzo multicast 32 bit a a a a : Network Layer 4a-36

37 (. cont ) Indirizzi IP Problema: se una rete ha 2000 host occorre una rete di classe B -> circa indirizzi inutilizzati Soluzione (RFC 59): Classless Interdomain Routing La parte rete può avere qualunque lunghezza Net mask descrive la parte rete Esempio: IP dell host: Net mask: Equivale a /24 4: Network Layer 4a-37

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