Argomenti: ! Servizi dello strato di rete! Routing: selezione del cammino. ! Routing gerarchico! IP! Protocolli di routing in Internet

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1 Strato di rete Obiettivi:! Principi e servizi dello strato di rete: " Routing (selezione del cammi da host sorg. a host dest.) " Problemi di scala " ome funziona un router! Implementazione in Internet rgomenti:! Servizi dello strato di rete! Routing: selezione del cammi! Routing gerarchico! IP! Protocolli di routing in Internet " Intra-dominio (intra-domain) " Inter-dominio (inter-domain) 4: Network Layer 4a- 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:! eterminazione del cammi: percorso (route) che i pacchetti seguo da sorg. a dest. lgoritmi di routing! Switching (commutazione): trasferimento dei pacchetti dalla porta di ingresso alla corretta porta di uscita del router! Instaurazione chiamata (se serve) application transport application transport 4: Network Layer 4a-

2 Modello del servizio di rete : Quali servizi nel trasporto dei pacchetti da sorgente a destinazione?! anda garantita?! No jitter?! onsegna senza perdita?! onsegna in ordine?! are al mittente informazioni sullo stato di congestione? La più importante astrazione realizzata dal servizio di rete:? ircuito virtuale o datagramma??? Servizi possibili 4: Network Layer 4a-3 ircuito 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 identificatore di V (e n dell host di destinazione! Ogni router router sul cammi 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 V (banda, buffer) 4: Network Layer 4a-4

3 ircuito virtuale: protocolli di segnalazione! Usati in fase di instaurazione, abbattimento e mantenimento di V! Usati in TM, frame-relay,.! Non usati nell attuale Internet application transport. Inizio flusso dati 6. Ric.dati application 4. onnessione 3. cc. chiamata transport. Inizio chiamata. chiamata 4: Network Layer 4a- Reti a datagramma: il modello di Internet! Nessuna instaurazione nello strato di rete! Router: nessu stato sulle singole connessioni " Nessun concetto di connessione a livello di rete! Pacchetti instradati usando I host di destinazione " Pacchetti diretti dallo stesso host alla stessa dest. posso seguire percorsi diversi application transport. Invio dati. Ric. dati application transport 4: Network Layer 4a-6

4 Network layer service models: Network rchitecture Service Model andwidth Guarantees? Loss Order Timing ongestion feedback Internet TM TM TM TM best effort R VR R UR ne constant rate guaranteed rate guaranteed minimum ne yes yes yes yes yes yes yes yes (inferred via loss) congestion congestion yes! Internet model being extented: Intserv, iffserv " hapter 6 4: Network Layer 4a-7 Perché datagrammi e circuiti? atagramma! Scambio dati tra computer " Servizio elastico, nessun req. temporale stretto! Sistemi terminali intelligenti (computer) " Posso svolgere complesse azioni di controllo " Rete semplice, complessità al margine ( edge )! Molti tipi di link " aratteristiche diverse " ifficile offrire un servizio uniforme ircuito! Nasce nella telefonia! onversazione umana: " Req. di tempo reale, affidabilità " Necessità di un servizio garantito! Sistemi terminali stupidi (telefoni) " omplessità all inter della rete 4: Network Layer 4a-8

5 Routing (instradamento) Protocollo di Routing Obiettivo: determinare buon cammi sorg.-dest. strazione usando grafi:! I di rappresenta router! Gli archi descrivo i link fisici " osti sugli archi (link) : ritardo, costo in!, livello di congestione E! ammi buo : 3 3 " i solito significa cammi a costo minimo " Possibili def. alternative F 4: Network Layer 4a-9 lassificazione degli algoritmi di routing Info globale o decentralizzata? Globale:! Tutti i di han info completa su grafo e costi! lgoritmi link state ecentralizzata:! Il router cosce i di vicini e i costi degli archi verso essi! Processo di calcolo iterativo, scambio di informazione con i vicini! lgoritmi distance vector Statico o dinamico Statico:! I cammini cambia lentamente nel tempo inamico:! I cammini muta rapidamente " ggiornamenti periodici " seguito di cambiamenti nei costi dei link 4: Network Layer 4a-0

6 Un algoritmo link-state lgoritmo di ijkstra! Topologia, costi archi ti a tutti i vertici " Si può fare con link state broadcast " Tutti i di han stessa info! alcolo cammini minimi da un do ( sorgente ) a tutti gli altri " à tabella di routing per il do! Iterativo: dopo k iterazioni, cammini minimi verso k destinazioni Notazione:! c(i,j): costo arco tra do i e j.! (v): ultimo valore calcolato costo da sorg. a dest. V! p(v): predecessore di v nel cammi minimo corrente dalla sorgente a v! N: insieme dei di il cui cammi minimo dalla sorgente è definitivamente to 4: Network Layer 4a- lgoritmo di ijkstra Inizializzazione: N = {} 3 for all des v 4 if v adjacent to then (v) = c(,v) 6 else (v) = infty 7 8 loop 9 find w t in N such that (w) is a minimum 0 add w to N update (v) for all v adjacent to w and t in N: (v) = min( (v), (w) + c(w,v) ) 3 /* new cost to v is either old cost to v or kwn 4 shortest path cost to w plus cost from w to v */ until all des in N 4: Network Layer 4a-

7 lgoritmo di ijkstra: example Passo start N E E E EF (),p(),,, (),p(), 4, 3,E 3,E (),p(), (E),p(E) infinity, (F),p(F) infinity infinity 4,E 4,E 4,E lla fine si ottiene Tabella di routing 3 3 E F ttenzione: ogni sotto-cammi di un cammi minimo è minimo 4: Network Layer 4a-3 aratteristiche dell algoritmo omplessità: n di! Ogni iterazione: controllo di tutti i di w n in N! n*(n+)/ confronti: O(n**)! Possibili implementazioni più efficienti: O(nlogn) Possibili oscillazioni:! es., costo link = quantità di traffico trasportato +e e e Inizialmente +e 0 0 +e 0 ricalcolo routing 0 +e 0 0 +e ricalcolo +e 0 0 +e e ricalcolo 4: Network Layer 4a-4

8 lgoritmo istance Vector Routing Iterativo:! ontinua finché n si scambia più info.! self-terminating: n esiste segnale di stop sincro:! I di n eseguo le operazioni in passi sincroni! istribuito:! Ogni do comunica solo con i vicini immediati istance Table (tabella delle distanze, presente in ogni do)! Riga per ogni destinazione! olonna per ogni vici del do! Esempio: in do, per la dest. Y passando per Z: (Y,Z) = = istanza da a Y passando per Z Z c(,z) + min { (Y,w)} w 4: Network Layer 4a- Tabella delle distanze: esempio 7 E (,) E (,) E (,) E 8 = c(e,) + min { (,w)} w = + = 4 = c(e,) + min { (,w)} w = +3 = iclo! c(e,) + min { (,w)} w = = 8+6 = 4 iclo! osto per la destinazione via E estinazione () : Network Layer 4a-6

9 La tabella delle distanze dà la tabella di routing osto per la destinazione via E () Link in uscita (outgoing), da usare, costo 4, estinazione estinazione,,4, Tabella delle distanze Tabella di routing 4: Network Layer 4a-7 istance Vector Routing: generalità Iterative, asynchrous: each local iteration caused by:! local link cost change! message from neighbor: its least cost path change from neighbor istributed:! each de tifies neighbors only when its least cost path to any destination changes " neighbors then tify their neighbors if necessary Each de: wait for (change in local link cost of msg from neighbor) recompute distance table if least cost path to any dest has changed, tify neighbors 4: Network Layer 4a-8

10 lgoritmo istance Vector: In ogni do : inizializzazione: per ogni do v adiacente: 3 (*,v) = infinito /* * significa per ogni riga" */ 4 (v,v) = c(,v) per ogni destinazione y 6 invia min (y,w) a ogni vici /* w su tutti i vicini di */ w 4: Network Layer 4a-9 istance Vector lgorithm (cont.): 8 loop 9 wait (finché il costo del link verso un vici V cambia 0 o si riceve un aggiornamento da un vici V) if (c(,v) cambia di una quantità d) 3 /* cambia i costi per tutte le dest. via v di d */ 4 /* ta: d può essere positivo o negativo */ per ogni destinazione y: (y,v) = (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 (Y,w) */ 0 /* sia "newval" il nuovo valore */ per la generica destinazione y: (Y,V) = c(,v) + newval 3 if esiste nuovo min w(y,w) verso una destinazione Y 4 invia nuovo valore di min w (Y,w) a ogni vici 6 forever 4: Network Layer 4a-0

11 lgoritmo istance Vector: esempio Y 7 Z 4: Network Layer 4a- lgoritmo istance Vector: esempio Y 7 Z (Y,Z) Z = c(,z) + min { (Y,w)} w = 7+ = 8 (Z,Y) Y = c(,y) + min { (Z,w)} w = + = 3 4: Network Layer 4a-

12 istance Vector: link cost changes Link cost changes:! de detects local link cost change! updates distance table (line )! if cost change in least cost path, tify neighbors (lines 3,4) 4 Y 0 Z good news travels fast algorithm terminates 4: Network Layer 4a-3 istance Vector: link cost changes Link cost changes:! good news travels fast! bad news travels slow - count to infinity problem! 60 4 Y 0 Z algorithm continues on! 4: Network Layer 4a-4

13 istance Vector: poisoned reverse If Z routes through Y to get to :! Z tells Y its (Z s) distance to is infinite (so Y won t route to via Z)! will this completely solve count to infinity problem? 60 4 Y 0 Z algorithm terminates 4: Network Layer 4a- omparison of LS and V algorithms Message complexity! LS: with n des, E links, O(nE) msgs sent each! V: exchange between neighbors only " convergence time varies Speed of onvergence! LS: O(n**) algorithm requires O(nE) msgs " may have oscillations! V: convergence time varies " may be routing loops " count-to-infinity problem Robustness: what happens if router malfunctions? LS: " de can advertise incorrect link cost " each de computes only its own table V: " V de can advertise incorrect path cost " each de s table used by others error propagate thru 4: Network Layer 4a-6

14 Routing gerarchico ssunzioni semplicistiche fatte fira:! Tutti i router so identici! La rete è piatta n vero in pratica Scala: 0 milioni di destinazioni:! Non è possibile memorizzare tutte le destinazioni!! L aggiornamento delle tabelle di routing bloccherebbe i link! utomia amministrativa! Internet = rete di reti! Ogni amministratore di rete può voler decidere il routing nella rete che amministra 4: Network Layer 4a-7 Routing gerarchico (cont.)! Router aggregati in regioni, sistemi automi (S)! Router nello stesso S usa lo stesso protocollo di routing " Protocollo di routing Intra-S " Router in S diversi posso usare protocolli intra-s diversi Router gateway! Router speciali negli S! Eseguo un protocollo di routing intra-s con tutti gli altri router nell S! nche responsabili per il routing verso dest. Esterne all S " Eseguo protocollo di routing inter-s verso altri gateway 4: Network Layer 4a-8

15 Routing intra-s e inter-s a.b b d.a a b.c c.a a c Gateway: routing inter-s tra gateway b routing intra-s con router nello stesso S routing inter-s, intra-s nel gateway.c Strato di rete Strato di link Strato fisico 4: Network Layer 4a-9 Routing intra-s e inter-s a Host h.b b d.a a b routing Inter-S tra e.c c Routing intra-s nell S.a a c b Host h Routing intra-s nell S! Protocolli Internet intra-s e inter-s specifici 4: Network Layer 4a-30

16 Strato di rete in Internet Funzioni di rete negli host e nei router: Strato di trasporto : TP, UP Strato di rete Protocolli di rout. Selezione camm. RIP, OSPF, GP Tabella di routing Protocollo IP Indirizzamento Formato dei datagrammi Gestione dei pacchetti Protocollo IMP Segnalaz. errore Segnalaz. router Strato di link (collegamento) Strato fisico 4: Network Layer 4a-3 Indirizzamento IP! Indirizzo IP: I a 3 bit per le interfacce degli host e dei router! Interfaccia: punto di connessione tra un host (o un router) e un link fisico " I router di solito han interfacce multiple " Gli host posso avere interfacce multiple " Gli indirizzi IP so associati alle interfacce, n agli host o ai router = : Network Layer 4a-3

17 Indirizzamento IP! Indirizzo IP : " Parte che identifica la rete (bit più sign.) " Parte che identifica l host (bit me sign.)! os è una rete? (secondo l indirizzamento IP) " Insieme delle interfacce i cui ind. IP han la stessa parte che identifica la rete " Posso raggiungersi reciprocamente senza l ausilio di un router / LN Rete che consiste di 3 reti IP (primi 4 bit identifica la rete IP) 4: Network Layer 4a-33 Indirizzamento IP ome trovare le reti?! Staccare ciascuna interfaccia dall host o router cui appartiene! reare isole (ciascuna isola è una rete IP) Sistema interconnesso di 6 reti IP : Network Layer 4a-34

18 Indirizzi IP lasse 0 rete host 0 rete host 0 rete host 0 Indirizzo multicast 3 bit a a a a : Network Layer 4a-3 Indirizzi IP (cont.)! Problema: se una rete ha 000 host occorre una rete di classe - > circa indirizzi inutilizzati! Soluzione (RF 9): lassless Interdomain Routing " La parte rete può avere qualunque lunghezza " Net mask descrive la parte rete! Esempio: " IP dell host: 3... " Net mask:...0 " Equivale a 3.../4 4: Network Layer 4a-36