Il Sistema di Routing. Routing nell Interrete. Routing con Informazioni Parziali. Propagazione delle Rotte

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1 I semestre 02/03 Il Sistema di Routing Routing nell Interrete Prof. Vincenzo Auletta Università degli studi di Salerno Laurea e Diploma in Informatica 2 Il routing dei datagram nell interrete è gestito dai router L host A invia un datagram diretto a B (collegato ad un altra rete) ad un router R della sua rete Il datagram visita vari router fino a quando non arriva ad un router S della rete fisica di B S invia il datagram a B Il comportamento del router è basato sulle informazioni memorizzate nella sua tabella di routing Le tabelle sono aggiornate dinamicamente Routing con Informazioni Parziali Propagazione delle Rotte 3 Il sistema di routing di TCP/IP consente di inviare e istradare pacchetti senza conoscere la struttura della rete I router implementano un meccanismo hop-byhop Tengono conto solo del next hop Simile al sistema di segnaletica stradale Consente di controllare la dimensione della tabella di routing Presuppone l esistenza di un centro che conosce tutte le reti 4 I router devono calcolare le informazioni per l istradamento dei pacchetti Ogni router ha una conoscenza parziale dell interrete La computazione è basata sulla collaborazione di tutti i router Ogni router pubblicizza agli altri le rotte che conosce Esistono due tecniche principali per propagare le rotte Distance vector Link state

2 Distance Vector 1 Distance Vector 2 5 ogni router mantiene una tabella di tutti gli instradamenti a lui noti Inizialmente solo le reti a cui è connesso ogni riga della tabella indica una rete raggiungibile, il next hop ed il numero di hop necessari per raggiungere la destinazione Destin. Dist. Route net 1 0 direct net 2 0 direct net 3 3 router X 6 Periodicamente il router J invia a tutti i router vicini un messaggio di aggiornamento Contiene tutte le informazioni della sua tabella Due router sono vicini se sono collegati alla stessa rete fisica Quando il router K riceve il messaggio di J aggiorna la sua tabella Sostituisce rotte Aggiunge nuove rotte Elimina rotte non più disponibili Esempio aggiornamento tabelle dei router 1 Esempio aggiornamento tabelle dei router 2 7 Destin. Dist. Route net 1 0 direct net 2 0 direct net 4 8 router L net 17 5 router M net 24 6 router J net 30 2 router Q net 42 2 router J Tabella del router K Destin. Dist. net 1 2 => net 4 3 net 17 6 => net 21 4 net 24 5 net => net 42 3 Messaggio di aggiornamento del router J 8 Destin. Dist. Route net 1 0 direct net 2 0 direct net 4 4 router J net 17 5 router M net 24 6 router J net 30 2 router Q net 42 3 router J net 21 5 router J Tabella aggiornata del router K

3 Vantaggi e Svantaggi di Distance Vector Vantaggi Facile da implementare Svantaggi Ogni messaggio contiene un intera tabella di routing può essere molto grande La propagazione delle rotte è molto lenta Se lo stato della rete cambia velocemente le rotte possono essere inconsistenti Comunicazione tra Router I router usano un protocollo a livello applicazione per scambiarsi informazioni sul routing esistono numerosi protocolli in genere sono basati su UDP e devono garantire in proprio l affidabilità delle informazioni scambiate Per ridurre la dimensione dei messaggi si utilizza la tecnica della fattorizzazione delle distanze il messaggio è diviso in blocchi ed ogni blocco specifica una distanza d ed elenca tutte le reti a quella distanza ed i relativi next hop Per garantire l affidabilità si utilizzano numeri di sequenza, ritrasmissioni e riscontri, stati transitori Link State Anche noti come Shortest Path First (SPF) Non basati sullo scambio delle tabelle i router devono conoscere la topologia della interrete ogni router esegue le seguenti azioni: controlla lo stato di tutti i router vicini; periodicamente invia un messaggio broadcast contenente lo stato dei link a cui è collegato utilizza i messaggi ricevuti per aggiornare la mappa della rete marca ogni link come "up" o "down Se la mappa cambia, il router ricalcola i percorsi di instradamento applica l algoritmo di Dijkstra 12 Vantaggi della Tecnica Link State Ogni router calcola le rotte indipendentemente usando le informazioni originali sullo stato dei link della rete non è basato su operazioni eseguite da altri router non è soggetto ai problemi di slow convergence Le dimensioni dei messaggi scambiati sono ridotte

4 Architettura dell Interrrete L architettura dell interrete influenza il tipo di rotte che vengono create ed il modo in cui queste informazioni vengono propagate Principali architetture reti con core (nucleo) unico reti con core paritari reti con Autonomous Systems Reti con Core Negli anni 80 l architettura di Internet era molto semplice C era un unica rete backbone (ARPANET) ed ogni rete fisica era collegata alla backbone da un core router Il routing era gestito dai core router Ogni core router conosceva le rotte per tutte le reti fisiche I core router utilizzavano un protocollo distance vector (GGP) per essere sempre aggiornati Problemi dell Architettura Non è accettabile che ci sia un unico proprietario per la backbone di tutta la rete Non tutte le reti fisiche possono essere collegate direttamente alla backbone Soluzione non scalabile Al crescere del numero dei core router diventa impossibile mantenerli tutti aggiornati Reti con Backbone Paritari Prevedono l esistenza di diverse backbone inizialmente ARPANET e NSFNET collegate da un unico gateway Gli amministratori delle backbone devono concordare una politica di routing per evitare la creazione di cicli Ogni core router deve conoscere le rotte per tutte le reti non è possibile creare un core per ogni backbone e collegare i core con rotte prestabilite i core router delle diverse backbone devono scambiarsi informazioni sul tutte le rotte 15 16

5 17 Autonomous Systems Ai nostri giorni Internet è costituita da qualche decina di reti backbone è impossibile mantenere i core router di tutte le backbone aggiornati L architettura attuale di Internet è basata su un insieme di Autonomous Systems (AS) Insieme di reti amministrate da un unica autorità Ogni AS contiene un numero limitato di reti La gestione delle informazioni di routing all interno di un AS è semplice gli AS si scambiano informazioni di raggiungibilità 18 Vantaggi dell Architettura Basata sugli AS Ogni AS è dimensionato in modo da facilitare la gestione del routing Ogni AS è gestito autonomamente e può scegliere i protocolli da utilizzare AS distinti possono usare protocolli diversi un amministrazione può decidere autonomamente di cambiare protocollo Le informazioni sull instradamento rimangono locali all AS non vengono passate all AS di altre amministrazioni (es. società concorrenti) Routing con AS Routing Interno ed Esterno 19 Ogni AS è responsabile solo del routing all interno delle sue reti Routing interno in genere è basato su dei core router che conoscono tutte (e sole) le rotte per le reti dell AS Gli AS si scambiano informazioni di raggiungibilità Routing esterno le informazioni di raggiungibilità sono diverse da quelle di instradamento Ogni AS deve essere identificato da un nome AS number (16 bit) 20 Le tabelle di routing interne di un AS sono mantenute dall Internal Gateway Protocol (IGP) i messaggi IGP sono scambiati tra routers appartenenti all AS Contengono solo informazioni sulle reti dell AS. Le tabelle di routing esterne di un AS sono mantenute dall Exterrnal Gateway Protocol (EGP) i messaggi EGP sono scambiati tra router designati dai rispettivi AS (border router) Contengono informazioni sulle destinazioni raggiungibili dai due AS

6 21 Differenze tra IGP e EGP IGP è basato sull assunzione che ci sono poche reti fidate ogni router assume come corrette le informazioni ricevute non ha bisogno di autenticare l origine del messaggio può inviare l intera tabella di routing EGP assume che ci siano molte reti e che siano inaffidabili richiede l autenticazione per ogni messaggio può non fidarsi delle informazioni ricevute invia informazioni solo sullo stato dei link 22 Principali Protocolli di Routing IGP RIP (vector distance) OSPF (link state) EGP EGP (obsoleto) BGP (path distance) Comunicazione tra AS Esempio di Interrete con AS 23 R1 e R2 usano l EGP per pubblicizzare le reti per le quali conoscono una rotta non specificano la rotta R1 pubblicizza le informazioni ottenute tra le reti del suo AS usando l IGP locale 24

7 Tipi di Autonomous Systems Esempi di AS Un AS con un solo border router è detto Stub o single-homed Un AS con più border router è detto multihomed Transit Accetta di essere attraversato da traffico diretto ad altri AS Nontransit Non accetta di essere attraversato da traffico diretto ad altri AS Routing Information Protocol Implementazione di RIP 27 Più diffuso protocollo di IGP Non necessariamente il migliore Implementato su tutti i sistemi UNIX dal programma routed Basato sulla trasmissione broadcast Adatto a reti broadcast (Ethernet) Non adatto a reti WAN Implementa la tecnica vector distance 28 Divide gli host in attivi e passivi gli host attivi spediscono messaggi gli host passivi possono solo ricevere solo i router possono essere attivi I router attivi mandano un messaggio broadcast ogni 30 secondi contiene la destinazioni presenti nella tabella di routing ed un costo associato l unica metrica utilizzata è il numero di hop Un host aggiorna una rotta solo se ne apprende una strettamente migliore ogni informazione ha un timeout di 180 secondi

8 29 Punti deboli di RIP 1 Il protocollo non individua esplicitamente i cicli Assume che tutte le rotte pubblicizzate siano corrette Per prevenire inconsistenze fissa una distanza massima di routing Distanza massima = significa non connesso Gli aggiornamenti delle rotte si propagano lentamente problema della convergenza lenta (slow convergence) 30 Punti deboli di RIP 2 Utilizza hop count come unica metrica Il routing è indipendente dal traffico sulla rete Non adatto a gestire la congestione Crede a tutte le informazioni che gli arrivano Un router malizioso può indurre gli altri router a modificare le loro tabelle a suo vantaggio Accettabile all interno dello stesso AS Inaccettabile tra AS distinti Esempio di Convergenza Lenta Possibili Contromisure 1 31 N 1 N 1 R 1 R 2 R 3 R 1 R 2 R 3 Il collegamento tra R 1 e N 1 cade R 2 invia la sua tabella a R 1 R 1 utilizza una nuova rotta lunga 3, passante per R 2 R 1 invia la sua tabella R 2 utilizza una nuova rotta lunga 4, passante per R 1 Si prosegue fino ad arrivare a Sono state studiate diverse tecniche per combattere la slow convergence Nessuna risolve completamente il problema Split horizon update R2 non invia ad R1 le rotte che passano per R1 Vale solo in casi particolari Blocco (hold down) R2, dopo aver ricevuto il messaggio di R1, ignora tutte le rotte per N1 per un certo periodo di tempo (60 secondi) I loop e i percorsi errati sono preservati per tutta la durata del periodo di blocco tutti i router devono usare la stessa nozione di blocco

9 Possibili Contromisure 2 Controveleno (poison reverse) e Attivazione degli Aggiornamenti (triggered updates) R1 mantiene per un certo tempo nella sua tabella una rotta per N1 con costo infinito anche se non è più valida R1 lancia un broadcast immediato Ogni broadcast può generare altri messaggi broadcast da altri router RIP versione 2 RIP non gestisce le net mask Non consente di pubblicizzare rotte con subnetting e CIDR RIP2 ha modificato la struttura dei pacchetti RIP aggiungendo nuovi campi per net mask next hop (elimina problemi di individuazione dei cicli e della convergenza lenta) Formato Messaggio RIP2 command version zero Family of net 1 Route tag for net 1 IP Address of net 1 subnet mask for net 1 next hop for net 1 distance for net 1 Rappresentazione degli Indirizzi RIP e RIP2 possono essere utilizzati anche con famiglie di protocolli diversi da TCP/IP Il campo FAMILY NET specifica il tipo di indirizzi usati RIP usa 14 ottetti per campo indirizzo (RIP2 ne usa 4) utilizza per indicare la rotta di default la distanza è misurata in numero di hop distanza massima = Family of net 2 Route tag for net 2. 36

10 Trasmissione Pacchetti RIP RIP è un protocollo di livello applicazione utilizza la porta UDP 520 Il protocollo di trasporto deve calcolare la lunghezza del pacchetto RIP Open Shortest Path First Più diffuso protocollo IGP basato su tecnica link state Sviluppato da IETF nell 89 e fortemente supportato Aggiornato alla versione 2 Supporta molte funzionalità aggiuntive TOS routing, load balancing, subnet routing, CIDR, rotte dirette per singoli host, ecc. Non sempre supportate dalle varie implementazioni Principali Caratteristiche di OSPF L idea 39 TOS routing Load balancing Divisione di un AS in aree Ogni area non deve conoscere la topologia delle altre aree Comunicazioni autenticate tra router Possibilità di definire una topologia virtuale della rete Possibilità di pubblicizzare rotte apprese da altri AS 40 Ogni router manda periodicamente un messaggio HELLO ad ogni router direttamente collegato Verifica che sia raggiungibile I router si scambiano informazioni sulla topologia della rete Basato su uno schema master-slave il master comunica allo slave le informazioni che ha acquisito Ogni router periodicamente pubblicizza lo stato dei suoi link Trasmissione broadcast

11 Header dei Pacchetti OSPF Pacchetto Hello Tutti i pacchetti OSPF hanno un header comune identifica il tipo del messaggio, il mittente, e l autenticazione usato per verificare la raggiungibilità dei vicini specifica il tempo di attesa della risposta (DEAD TIMER) e la frequenza delle richieste (HELLO TIMER) usa le priorità per designare un router primario ed uno di backup VERSION(1) TYPE MESSAGE LENGTH SOURCE IP ADDRESS AREA ID OSPF header network mask dead timer hello inter gway prio designated router 41 CHECKSUM AUTHENTICATION TYPE AUTHENTICATION( ottetti 0-3) - AUTHENTICATION( ottetti 4-7) 42 backup designated router neighbor 1 IP address neighbor 2 IP address - Pacchetto Descrizione del Database OSPF Pacchetto Link Status Update usato per costruire la mappa iniziale della rete un router funge da master ed invia la sua descrizione l altro router funge da slave e si limita a confermare la ricezione dei messaggi del master OSPF header zero I MS usato per aggiornare lo stato dei collegamenti OSPF header Number of link status advertisements Link status advertisement 1 43 link checksum database sequence number link type link ID advertising router link sequence number - link age 44 Link age - Link ID Advertising router Link sequence number Link checksum length formato di ciascun advertisement Link type

12 45 Border Gateway Protocol Più diffuso protocollo EGP Sviluppato nell 89 Attualmente arrivato alla versione 4 Utilizza la tecnica path vector Ogni messaggio contiene una lista di percorsi con attributi comuni Generalizzazione della tecnica vector distance 46 Principali Caratteristiche di BGP Progettato per comunicazione tra AS Coordinamento tra rappresentanti dello stesso AS Permette di propagare informazioni di altri AS Utilizza paradigma next-hop Fornisce anche informazioni sul percorso Consente di implementare politiche di routing Basato su TCP (porta 179) Supporta autenticazione Consente l aggregazione delle rotte L idea BGP utilizza i messaggi scambiati tra i border router per costruire un grafo di AS In genere è un albero Ogni AS designa uno o più border router BGP Peer Due border router connessi direttamente sono detti peer ci può essere un peer diverso per ogni AS adiacente I peer svolgono tre funzioni principali Stabiliscono la connessione e concordano i parametri di comunicazione Si scambiano informazioni di raggiungibilità Monitorano periodicamente lo stato degli altri peer 47 48

13 49 Pubblicizzazione delle Rotte BGP consente solo di pubblicizzare delle strade ad altri AS Non associa nessuna metrica ai percorsi Il border router pubblicizza solo quello consentito dalla politica di routing dell AS Non è possibile utilizzare BGP come algoritmo di routing 50 Messaggi BGP Il protocollo prevede quattro tipi di messaggi OPEN Inizializza la connessione UPDATE Aggiornamento delle informazioni di raggiungibilità NOTIFICATION Risposta ad un messaggio errato KEEPALIVE Verifica che il peer sia ancora attivo Esempio Esempio OPEN UPDATE Ritira rotta per N1 UPDATE 51 52

14 53 Header dei Messaggi BGP Tutti i messaggi BGP hanno un header comune MARKER valore concordato tra i peer (inizialmente tutti 1) utilizzato per sincronizzazione ed autenticazione LENGTH lunghezza totale del messaggio in ottetti TYPE identifica il tipo di messaggio 54 Trattativa tra Vicini L operazione basilare di BGP è la scoperta dei peer Un border router diventa un peer se Viene stabilita una connessione TCP con un broder router di un AS vicino Lo scambio di messaggi OPEN consente l autenticazione e la sincronizzazione I messaggi KEEPALIVE mantengono in vita la connessione Se non viaggiano messaggi, TCP non si accorge della caduta di una connessione 55 Messaggio OPEN Usato per scambiarsi identificatori e concordare autenticazione Primo messaggio scambiato dopo la creazione della connessione AUTONOMOUS SYSTEM: Identificatore dell AS sorgente HOLD TIME: Massima attesa per una risposta BGP IDENTIFIER: identificatore del border router (deve essere indirizzo IP) PAR LEN: lunghezza campo parametri opzionali OPTION: utilizzati per autenticazione 56 Scambio di Informazioni di Raggiungibilità Due peer periodicamente si scambiano informazioni di raggiungibilità Nuove rotte Vecchie rotte non più valide Le informazioni di raggiungibilità vengono trasmesse tramite il messaggio UPDATE Diviso in una parte WITHDRAWN percorsi non più disponibili PATH nuovi percorsi Contiene lista delle reti raggiungibili e gli attributi dei percorsi

15 Messaggio UPDATE Attributi di Cammino 57 DESTINATIONS: Indirizzi IP delle reti non più raggiungibili o delle nuove reti specifica sia l indirizzo che la netmask ma in formato compresso un ottetto per la netmask e quattro ottetti per la parte pubblica dell indirizzo IP PATH ATTRIBUTES: attributi di percorso comuni a tutte le nuove reti 58 Insieme di parametri utilizzati per comunicare informazioni aggiuntive sulle rotte Si applicano a tutte le reti contenute nel messaggio UPDATE Utilizzati per implementare politiche di routing Individuare cicli Conoscere la fonte delle informazioni pubblicizzate indicare i prossimi hop del percorso (non solo il primo) Formato degli Attributi Categorie di Attributi 59 Gli attributi di cammino sono una lista di triple (type, length, value) dimensioni variabili type specifica il tipo di attributo length specifica la lunghezza dell attributo value contiene il valore 60 BGP prevede quattro categorie di attributi Well-known mandatory Riconosciuti da tutte le versioni di BGP, se mancano viene segnalato errore Well-known discretionary Riconosciuti ma facoltativi Optional transitive Non riconosciuti da tutti in ogni caso ogni border router ritrasmette l attributo Optional non-transitive Non riconosciuto da tutti. Un border router può evitare di ritrasmetterlo

16 Sistema di Routing tra AS Architettura Attuale di Internet 61 BGP consente solo di pubblicizzare informazioni di raggiungibilità Non ci sono costi associati alle rotte pubblicizzate BGP non è un algoritmo di routing Non garantisce la consistenza delle informazioni nelle tabelle di routing E possibile implementare un sistema di routing tra AS basato su BGP Gli AS si devono fidare uno dell altro e usare la stessa metrica gated implementa un interfaccia tra AS Supporta politiche di routing e varie metriche Può usare IGP su un interfaccia e BGP su un altra 62 L architettura attuale è frutto di un ibrido tra lo schema centralizzato e quello distribuito Gli utenti accedono ad Internet tramite un ISP Ogni ISP organizza i suoi utenti in uno o più AS gestisce autonomamente il routing all interno di ogni AS e, a volte, tra gli AS L ISP ha una rotta prestabilita per tutto il traffico diretto agli altri ISP diretta ad un route server Il route server si interfaccia con il cuore della rete e può recuperare le informazioni di instradamento per ogni possibile destinazione non è rappresentato da un insieme di core routers che conoscono tutte le rotte Il Sistema di Routing con Arbitraggio Utilizzo dell Arbitraggio Il Sistema di Routing con Arbitraggio (Routing Arbiter System) è un meccanismo per coordinare il routing a livello globale utilizzato in Internet per sostituire i core router Il Routing Arbiter è un database distribuito ed autenticato che mantiene tutte le informazioni di raggiungibilità tutti gli aggiornamenti al database devono essere autenticati L architettura di Internet è basata sui Network Access Point (NAP) Punti di interconnessione di tutti gli ISP di un area geografica Ogni NAP ha un route server (RS) che mantiene una copia del Routing Arbiter database Ogni ISP ha un border router localizzato nel NAP il border router usa BGP per comunicare con il route server 63 64

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