Direccionamiento y enrutamiento en Internet. Avi Freedman Ravi Sundaram

Transcripción

1 Direccionamiento y enrutamiento en Internet Avi Freedman Ravi Sundaram

2 Esquema Orígenes de Internet Protocolos y paquetes Direccionamiento - IPv4 frente a IPv6 Enrutamiento visión global BGP - modelo BGP - convergencia y dificultades

3 Introducción Internet es una RED de redes tanto desde el punto de vista lógico como físico. Millones de ordenadores son capaces de comunicarse entre sí en tiempo real. Almacenamiento y envío basados en paquetes. Direccionamiento modo de identificar ordenadores. Enrutamiento transmisión de paquetes desde un origen hasta un destino.

4 Orígenes Experimento académico realizado en la década de los 60, financiado por ARPA - Advanced Research Projects Agency, conocida ahora como DARPA. Diciembre de 1969 se activó la primera red de 4 nodos, utilizando para ello una conexión de 56 kbps surge el protocolo IP surge TCP, ARPANET se divide en MILNET e Internet Internet consta de 200 ordenadores.

5 Orígenes 1984 nacen los grupos de noticias surge el DNS y, motivado por el correo electrónico, sustituye a la tabla de host surge el gusano, creado por el CERT ordenadores en Internet, con readaptación del protocolo TCP para evitar congestionamiento tráfico comercial aún prohibido en el backbone de Internet fin de la prohibición comercial, nace la www.

6 Orígenes Mayo de 1993 última petición de la NSFNET para NAPs privados vbns sustituye a NSFNET un servicio de backbone de alto rendimiento que conecta ciertas universidades y centros de investigación a una velocidad de 155 Mbps e incluso más, contrato otorgado a MCI (reemplazado por Abilene 10 Gbps?) millones de hosts.

7 Observaciones Crecimiento sin precedentes. Control descentralizado desafíos y oportunidades. Rendimiento. Fiabilidad. Contabilidad. Seguridad. Directorio. Argumentos finales sobre el diseño del sistema. ACM Trans on Comp systems, noviembre de 1984, págs

8 Protocolos FTP SMTP DNS SNMP TCP UDP ICMP IP

9 Paquetes De 46 a 1500 bytes Cabecera Ethernet IP Cabecera TCP/UDP Datos de la aplicación Cola Ethernet

10 Direccionamiento Direcciones de 32 bits - a.b.c.d millones de direcciones posibles. 250 millones de hosts aproximados. IPv4 basado en RFC791 en 1981.

11 Direccionamiento Clasificación en el pasado: Class A - primeros 8 bits fijos. Class B - primeros 16 bits fijos. Class C - primeros 24 bits fijos. CIDR Enrutamiento de interdominio sin clases. a.b.c.d/m - primeros bits m fijos. p.ej /29 = a Regla de enrutamiento de correspondencia más concreta.

12 Direccionamiento Cuestiones relacionadas con IPv4. Reducción del espacio de direcciones. Control realizado por el registro central. Ninguna consideración sobre redes/enrutamiento. Ninguna consideración de seguridad. Ninguna consideración en cuanto a calidad de servicio (QoS). Esto quedaría resumido como escalabilidad, seguridad y calidad de servicio (QoS).

13 Direccionamiento IPv6 o IPng 128 bits jerárquico (basado en la red); seguro (usa IPSec); calidad de servicio (bits repartidos para el etiquetado de flujos).

14 Direccionamiento La migración tendrá lugar de 4 a 6. Escalabilidad - CIDR/NAT (no antes del 2010). Seguridad - IPSec y nivel de aplicación. Calidad de servicio nivel de aplicación.

15 Enrutamiento Internet colección de sistemas autónomos. Sistema autónomo (AS) conjunto de enrutadores que comparten la misma política de enrutamiento, los enrutadores de un AS son parecidos a las oficinas de correo de un país. Protocolo de enrutamiento colección de reglas para el envío de paquetes.

16 Enrutamiento Distancia (ruta)- protocolos de vector. Las actualizaciones de enrutamiento incluyen vector de distancias (rutas); Cada nodo posee un árbol de ruta más corta (basado en una política). Ejemplos: RIP, BGP4

17 Enrutamiento Protocolos de estados de conexión. Las actualizaciones de enrutamiento incluyen estados de conexión y otras actualizaciones; Cada nodo contiene un grafo completo; Ejemplo: OSPF

18 Localización de rutas ~]$ traceroute traceroute to arachne.berkeley.edu ( ), 30 hops max, 40 byte packets ( ) ms ms ms 2 corp2-primary.kendall.akamai.com ( ) ms ms ms 3 akafire.kendall.akamai.com ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 6 serial4-0-2.hsipaccess1.boston1.level3.net ( ) ms ms ms 7 unknown.level3.net ( ) ms ms ms 8 so mp2.sanjose1.level3.net ( ) ms ms m 9 gige9-1.hsipaccess1.sanjose1.level3.net ( ) ms ms m 10 unknown.level3.net ( ) ms ms m 11 ucb-gw--qsv-juniper.calren2.net ( ) ms ms m 12 vlan196.inr-201-eva.berkeley.edu ( ) ms ms m 13 vlan209.inr-203-eva.berkeley.edu ( ) ms ms m 14 arachne.berkeley.edu ( ) ms ms ms

19 BGP - modelo Modelado como una colección de sistemas autónomos con relaciones no jerárquicas entre sí. Se puede considerar como un grafo G=(V,E) con sistemas autónomos representados por los vértices v en V, y por relaciones no jerárquicas por extremidades e en E

20 BGP- Protocolo de puerta de enlace en el borde Protocolo vector-ruta cada vértice mantiene un árbol de camino más corto, arraigado en sí mismo. más corto combinación de política y distancia basada en métrica. Cada sistema autónomo selecciona sus rutas basadas en su propia política, junto a las mejores rutas de sus vecinos.

21 BGP modelo idealizado Internet está modelada como un grafo no dirigido G=(V,E), donde V corresponde a los sistemas autónomos y E a las relaciones no jerárquicas. Cada vértice asimila un conjunto de avisos de ruta de sus vecinos. Un aviso de ruta es un registro con los siguientes atributos: nlri: información sobre accesibilidad de capa de red, ej as_path: lista ordenada de vértices, comenzando con el próximo salto, ej loc_pref: preferencia local con dlp usado para representar un valor por defecto.

22 BGP modelo idealizado Cada vértice selecciona la mejor ruta para un determinado destino. Si posee muchas rutas r_1, r_2 r_k con el mismo destino, es decir, r_i.nlri = r_j.nlri, éste selecciona la primera con base en la más alta local-pref, luego con base en el as_path más corto, con vínculos rotos arbitrariamente. Transformaciones de ruta: - Las preferencias locales no son comunicadas. - Sin bucles: v nunca acepta rutas r donde v ε r.as_path. - El conjunto de rutas seleccionadas en v se pasa a los vecinos de v con v colgando de as_path. - Política de importación y exportación.

23 BGP modelo idealizado Política de importación y exportación. Exportar Importar Verdadero=> aceptar 17 ε as_path => rechazar Si todas las reglas de importación y exportación fuesen verdadero => aceptar, BGP quedaría reducido a un puro protocolo de vector de distancia.

24 BGP modelo idealizado Comportamiento dinámico. Informalmente, un sistema BGP S = <G, Policy(G), S0>, compuesto de un grafo AS G= (V,E), posee una política de importación y exportación para cada v_j en V, y un estado inicial S0 = (c0_1,c0_2, c)_n), donde c0_j es el destino originado por v_j. Si v_j se activa, obtendrá avisos de ruta de sus vecinos más próximos y seleccionará sus mejores rutas.

25 BGP cuestión de convergencia Grafo de estado. - Grafo dirigido de todos los estados con S_j => S_k, si existe un v cuya activación provoque el cambio. - Se dice que un estado S es final si S => S en la activación de cualquier v. - Se dice que un sistema BGP se puede solventar si posee un estado final. - Se dice que un sistema BGP es convergente si termina en un estado final independientemente de la secuencia de activación.

26 BGP - cuestión de convergencia Es posible que la política configurada localmente de modo correcto provoque anomalías globales de enrutamiento? Puede el protocolo divergir, es decir, puede hacer que una colección de sistemas autónomos intercambien mensajes continuamente sin llegar a converger?

27 BGP - cuestión de convergencia Es un sistema BGP divergente en la práctica? Existen historias terroríficas sobre redes que se han configurado accidentalmente para absorber todo el tráfico, pero que no dan pruebas de trampas a gran escala. Sin embargo, se dan muchos y frecuentes casos de convergencia retrasada hasta 50 minutos. En Labovitz, C., Ahuja, A., Bose, A. y Jahanian, F., Delayed Internet Routing Convergence, Proceedings of Sigcomm, 2000, págs , los autores realizan experimentos en los que apartan una ruta y la sustituyen por otra, para ver cuánto tiempo antes descarga en Internet, mientras es observada desde varios puntos con ventaja.

28 BGP - cuestión de convergencia Además de las varias anomalías específicas del fabricante, la principal razón para que se dé una convergencia larga, es que los protocolos de vector de ruta consideren múltiples rutas de una longitud determinada, a diferencia de los protocolos de vector de distancia, que tienen en cuenta sólo una ruta de una longitud específica. En la referencia anteriormente mencionada, los autores construyen un ejemplo en el que se tiene en cuenta cada ruta libre de bucles en toda la red, pues, dado que existe un número exponencial de dichas rutas, cabe esperar que la convergencia se retrase.

29 BGP - cuestión de convergencia El siguiente ejemplo ha sido tomado de: Varadhan, K., Govindan, R. y Estrin D. Persistent route oscillations ISI TR

30 BGP - cuestión de convergencia dest DISPOSITIVO CON PROBLEMA Todas las reglas son en mod. 3 Reglas de exportación: nlri=dest => aceptar Reglas de importación: si i+1 => i entonces nlri=dest y as_path=[i+1,0] => loc_pref = dlp +1; nlri=d => loc_pref=dlp si i-1 => I entonces nlri=dest => aceptar

31 BGP - cuestión de convergencia dest DISPOSITIVO CON PROBLEMA Tiene solución el DISPOSITIVO CON PROBLEMA?

35 BGP - cuestión de convergencia Tiene solución el DISPOSITIVO CON PROBLEMA? - Para que un DISPOSITIVO CON PROBLEMA tenga solución, debe tener un estado final. - En el caso de sistemas de un único destino, es fácil observar que en un estado final, el grafo inducido por as_path en cada vértice para un destino, es un árbol orientado hacia el destino, y que este estado final se puede alcanzar al activar todos los nodos del árbol, siguiendo un orden de primer ancho. - El DISPOSITIVO CON PROBLEMA no posee un estado final, y esto se puede comprobar observando los 6 árboles arraigados en 0, y verificando que ninguno de ellos funciona.

36 BGP - cuestión de convergencia Los siguientes resultados se han tomado de: Griffin, T. y Wilfong, G., An Analysis of BGP Convergence Properties Proceedings of Sigcomm 99, págs

37 BGP - otro problema ACCESIBILIDAD: dado un sistema S, los vértices v y w, y el destino d originado por w, existe un estado final en el que d se pueda alcanzar desde v? ACCESIBILIDAD está en NP Pf (función programada): se considera un estado final, y se verifica la accesibilidad (y la finalidad). Para mostrar que la ACCESIBILIDAD es un problema NP-difícil, demostramos una reducción a partir de 3- SAT.

38 La ACCESIBILIDAD es NP-difícil Ejemplo de 3-SAT: (x1 V x2 V x3) y (x1 V x2 V x3 ) x1 x2 xn w z C1 C2 Cm d X1 X2 Xn

39 La ACCESIBILIDAD es NP-difícil X1=verdadero; x2=falso; x3=falso x1 x2 xn w z C1 C2 Cm d X1 X2 Xn

40 La ACCESIBILIDAD es NP-difícil Política de exportación: verdadero => aceptar. Política de importación: asegura que sólo uno de xj o xj está en el atributo as_path de una ruta hacia d, y una vez que la ruta se haya escogido, es obligatorio un bloqueo. Ejemplo: xj Æ xj : nlri=d => loc_pref = dlp + 1; xj-1 Æ xj : nlri=d & xj-1 no en as_path => loc_pref = dlp; Para la cláusula Cj = xk V xl V xm: xk en as_path o xl en as_path o xm en as_path => loc_pref = dlp.

41 La ACCESIBILIDAD es NP-difícil Se puede satisfacer => ACCESIBLE Pf (función programada): se activa por las erratas que se definen como verdaderas. ACCESIBLE => se puede satisfacer Pf (función programada): Proviene superficialmente del modo en el que la política funciona para garantizar una única ruta.

42 Otros problemas e implicaciones ASIMETRÍA SOLVENCIA ROBUSTEZ RADB (base de datos de arbitraje de enrutamiento) y verificación centralizada.

43 Investigación Considere un protocolo de vector de ruta como BGP en cada paso, un nodo obtiene información de sus vecinos y utiliza su política (local) para actualizar su tabla de rutas. Una topología y una colección de políticas se pueden satisfacer si existe un estado en el que las actualizaciones no cambien. Se dice que un sistema converge si éste alcanza dicho estado. El problema consiste en probar y caracterizar el comportamiento de estos sistemas, es decir, cuándo divergen, y si pueden converger en más de un estado que se pueda satisfacer. Referencia: /p277-griffin/

44 Preguntas?