Cap. 4: Capa de red. Algoritmo Distance Vector. Ejemplo Bellman-Ford

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1 Cap. 4: Capa de red 4. Introducción 4.2 circuitos virtuales datagramas 4.3 dentro de un router 4.4 IP: Internet Protocol formato de datagramas direccionamiento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de enrutamiento Link state Distance Vector Enrutamiento jerárquico 4.6 Enrutamiento en Internet RIP OSPF GP 4.7 roadcast multicast Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-80 Algoritmo Distance Vector Ecuación de ellman-ford (programación dinámica) Se define d () := costo del camino de menor costo de a Luego d () = min {c(,v) + d v () } v donde min se calcula entre todos los vecinos v de Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-8 Ejemplo ellman-ford 2 u Se cumple, 5 d 3 v () = 5, d () = 3, d w () = 3 v w 5 2 La ecuación de -F dice: 3 2 d u () = min { c(u,v) + d v (), c(u,) + d (), c(u,w) + d w () } = min {2 + 5, + 3, 5 + 3} = 4 El nodo que logra el mínimo es el net hop en el camino más corto tabla de forwarding Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-82

2 Tabla (vector) de distancias: ejemplo 7 A D (C,D) E D (A,D) E D (A,) E E 8 2 C D = c(e,d) + min {D (C,w)} w D = 2+2 = 4 2 = c(e,d) + min {D (A,w)} w D = 2+3 = 5 loop! = c(e,) + min {D (A,w)} w = 8+6 = 4 loop! destination via D () A E D destination A C D Int. Redes de Computadores-Capa de Red Tabla de distancias -> forwarding destination via D E () A D Outgoing link to use, cost A 4 5 A A, destination C destination C D,5 D,4 D 4 2 D D,4 Tabla de distancias Tabla de forwarding Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-84 Algoritmo Distance Vector D () = estimación del menor costo de a Nodo conoce el costo a cada vecino v: c (,v) Nodo mantiene el distance vector D = [D (): є N ] Nodo también mantiene el vector de distancia hacia sus vecinos Para cada vecino v, mantiene D v = [D v (): є N ] Int. Redes de Computadores-Capa de Red

3 Algoritmo Distance Vector Idea básica: Cada cierto tiempo, cada nodo envía su estimación de distance vector a sus vecinos Asincrónico Cuando un nodo recibe una nueva estimación del DV de su vecino, actualia su propio DV usando la ecuación de -F: D () min v {c(,v) + D v ()} para cada nodo N ajo condiciones naturales, la estimaación D () converge al menor costo d () Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-86 Algoritmo Distance Vector Iterativo, asincrónico: cada iteración local causada por: cambio en el costo de enlaces local mensaje de actualiación del DV de un vecino Distribuido: cada nodo notifica a sus vecinos solo cuando cambia su DV vecinos notifican luego a sus vecinos si es necesario Cada nodo: espera por (cambio en costo local o actualiación de los vecinos) recalcula estimación si cambió el DV para cualquier destino, notifica a sus vecinos Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-87 Algoritmo Distance Vector en todos los nodos, X: Initialiation: 2 for all destinations in N: 3 D () = c(x,) /* if is not a neighbor c(x,) = */ X 4 for each neighbor w 5 D () = for all destinations in N X 5 for each neighbor w 6 send distance vector D = [D (): in N] to w X X 7 9 loop 0 wait (until I see a link cost change to some neighbor w or until I receive DV update neighbor w) 2 3 for each in N: 4 D () = min {c(x,v) + D ()} X X 5 6 if D () changed for an destination X 7 send distance vector D X= [D X(): in N] to w 8 9 forever Int. Redes de Computadores-Capa de Red

4 D () = min{c(,) + D (), c(,) + D ()} = min{2+0, 7+} = 2 node table node table 2 0 node table D () = min{c(,) + D (), c(,) + D ()} = min{2+, 7+0} = time Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-89 D () = min{c(,) + D (), c(,) + D ()} = min{2+0, 7+} = 2 D () = min{c(,) + D (), c(,) + D ()} node table = min{2+, 7+0} = node table node table time Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-90 Distance Vector: cambios en los costos Cambia el costo de un enlace: nodo detecta el cambio actualia información de routing, recalcula distance vector si cambia DV, notifica a vecinos 4 50 las buenas noticias viajan rápido En tiempo t 0, detecta el cambio de costo, actualia su DV, e informa a sus vecinos. En tiempo t, recibe la actualiación desde, actualia su tabla. Calcula el nuevo cost mínimo a, envía su DV a los vecinos. En tiempo t 2, recibe la actualiación desde, actualia su tabla de distancias. El costo mínimo de no cambia, entonces no envía ninguna actualiación Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-9 4

5 Distance Vector: cambios en los costos Cambia el costo de un enlace: buenas noticias viajan rápido malas noticias viajan lento - problema count to infinit! 44 iteraciones para que se estabilice el algoritmo Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-92 Distance Vector: cambios en los costos Poisoned reverse : Si Z encamina a través de Y para llegar a X : Z avisa a Y que su distancia a X es infinito (luego Y no encaminará a X via Z) esto resuelve el problema de count to infinit? algoritmo termina Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-93 Comparación entre algoritmos LS DV Compejidad de mensajes LS: con n nodos, E enlaces, O (ne) mensajes enviados DV: intercambio eclusivamente entre vecinos tiempo de convergencia variable Convergencia LS: algoritmo O(n 2 ) requiere O(nE) mensajes puede tener oscilaciones DV: el tiempo de convergencia varía puede haber routing loops problema de count-toinfinit Robuste: que pasa si un router funciona mal? LS: cada nodo puede publicar costo de enlace incorrecto cada nodo calcula solamente su propia tabla DV: Un nodo puede publicar incorrectamente el costo del camino Cada nodo usa las tablas de los otros el error se propaga en la red Int. Redes de Computadores-Capa de Red

6 Cap. 4: Capa de red 4. Introducción 4.2 circuitos virtuales datagramas 4.3 dentro de un router 4.4 IP: Internet Protocol formato de datagramas direccionamiento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de enrutamiento Link state Distance Vector Enrutamiento jerárquico 4.6 Enrutamiento en Internet RIP OSPF GP 4.7 roadcast multicast Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-95 Enrutamiento Jerárquico Hasta ahora hemos visto una idealiación routers idénticos red plana no sucede en la práctica escala: 00+ millones de destinos: no es posible almacenar todos los destinos en las tablas de routing! Los intercambios de información inundarían los enlaces! autonomía administrativa internet = red de redes cada administrador quiere tener control de su propia red Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-96 Enrutamiento Jerárquico agrupamiento de routers en regiones, autonomous sstems (AS) routers dentro de un AS corren el mismo protocolo de routing intra-as routing protocol routers en ASs diferentes pueden usar protocolos de routing diferentes gatewa router Enlace(s) directo(s) a router(s) en otro(s) AS(s) Int. Redes de Computadores-Capa de Red

7 Interconeión de ASs 3c 3a 3b AS3 a c d b Intra-AS Routing algorithm AS Forwarding table Inter-AS Routing algorithm 2c 2a 2b AS2 la tabla de forwarding se configura usando los protocolos de routing intra- e inter-as intra-as configuran entradas para destinos internos inter-as & intra-as configuran entradas para destinos eternos Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-98 Tareas inter-as supongamos que un router en AS recibe un datagrama destinado fuera de AS: el router debe encaminar el paquete a un gatewa, pero cual? AS debe:. aprender que destinos son alcanables por AS2, cuales por AS3 2. Propagar esta información en AS Trabajo del routing inter-as! 3c 3a 3b AS3 a c d b AS 2c 2a 2b AS2 Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-99 Ejemplo: configuración de la tabla de forwarding en router d supongamos que AS sabe (via protocolo inter-as) que la subred es alcanable via AS3 (gatewa c) pero no via AS2. el protocolo inter-as protocol propaga información de alcanabilidad a los routers internos. Usando esta información, el router d determina que su interfa I está en el camino de menor costo a c. instala la entrada (,I) en su tabla de forwarding 3c 3a 3b AS3 a c d b AS 2c 2a 2b AS2 Int. Redes de Computadores-Capa de Red

8 Ejemplo: elegir entre múltiples ASs supongamos ahora que AS sabe que la subred es alacanable via AS3 via AS2, usando el protocolo inter-as. para configurar la tabla de forwarding, el router d debe determinar que gatewa usar para encaminar paquetes destinados a. Esto también es trabajo del routing inter-as! 3c 3a 3b AS3 c a d b AS 2c 2a 2b AS2 Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-0 Ejemplo: elegir entre múltiples ASs supongamos ahora que AS sabe que la subred es alacanable via AS3 via AS2, usando el protocolo inter-as. para configurar la tabla de forwarding, el router d debe determinar que gatewa usar para encaminar paquetes destinados a. Esto también es trabajo del routing inter-as! hot potato routing : envía el paquete por el más cercano de los dos gatewas. Learn inter-as protocol that subnet is reachable via multiple gatewas Use routing info intra-as protocol to determine costs of least-cost paths to each of the gatewas Hot potato routing: Choose the gatewa that has the smallest least cost Determine forwarding table the interface I that leads to least-cost gatewa. Enter (,I) in forwarding table Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-02 Cap. 4: Capa de red 4. Introducción 4.2 circuitos virtuales datagramas 4.3 dentro de un router 4.4 IP: Internet Protocol formato de datagramas direccionamiento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de enrutamiento Link state Distance Vector Enrutamiento jerárquico 4.6 Enrutamiento en Internet RIP OSPF GP 4.7 roadcast multicast Int. Redes de Computadores-Capa de Red

9 Routing intra-as a.k.a. Interior Gatewa Protocols (IGP) los más comunes: RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First IGRP: Interior Gatewa Routing Protocol (propietario de Cisco) Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-04 Cap. 4: Capa de red 4. Introducción 4.2 circuitos virtuales datagramas 4.3 dentro de un router 4.4 IP: Internet Protocol formato de datagramas direccionamiento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de enrutamiento Link state Distance Vector Enrutamiento jerárquico 4.6 Enrutamiento en Internet RIP OSPF GP 4.7 roadcast multicast Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-05 RIP ( Routing Information Protocol) algoritmo distance vector incluido en la distribución de SD-UNIX en 982 métrica de distance: # of hops (má = 5 hops) del router A a subredes: u A C D v w destino hops u v 2 w Int. Redes de Computadores-Capa de Red

10 RIP advertisements distance vectors: intercambiados entre vecinos cada 30 segs. via Response Message (también llamado advertisement) cada advertisement: lista de hasta 25 subredes destino dentro del AS Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-07 RIP: Ejemplo w A D C Destination Network Net Router Num. of hops to dest. w A Routing/Forwarding table in D Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-08 RIP: Ejemplo Dest Net hops w - - C Advertisement A to D w A D C Destination Network Net Router Num. of hops to dest. w A 2 2 A Routing/Forwarding table in D Int. Redes de Computadores-Capa de Red

11 RIP: Link Failure & Recover Si no se recibe un advertisement pasados 80 segs. --> vecino/enlace es declarado muerto se invalidan las rutas via este vecino se envían nuevos advertisements a vecinos que a su ve envían nuevos advertisements (si ha cambios en las tablas) Fallo en enlace se propaga a toda la red, rápidamente (?) poison reverse usado para prevenir loops (pingpong); distamcia infinita = 6 hops) Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-0 RIP: procesamiento de la tabla La tabla de enrutamiento de RIP es gestionada por un proceso de capa de aplicación, llamado route-d (daemon) los advertisements se envían en paquetes UDP routed routed Transprt (UDP) network (IP) link phsical forwarding table forwarding table Transprt (UDP) network (IP) link phsical Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4- Cap. 4: Capa de red 4. Introducción 4.2 circuitos virtuales datagramas 4.3 dentro de un router 4.4 IP: Internet Protocol formato de datagramas direccionamiento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de enrutamiento Link state Distance Vector Enrutamiento jerárquico 4.6 Enrutamiento en Internet RIP OSPF GP 4.7 roadcast multicast Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-2

12 OSPF (Open Shortest Path First) open : disponible públicamente usa algoritmo Link State diseminación de paquetes LS mapa de la topología en cada nodo Cómputo de rutas usando el algoritmo de Dijkstra advertisement de OSPF transporta una entrada para cada router vecino los advertisements son diseminados a todo el AS (via flooding) los mensajes OSPF son transportados directamente sobre IP (en lugar de TCP or UDP) Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-3 Carácterísticas avanadas de OSPF (no en RIP) seguridad: todos los mensajes OSPF son autenticados (para prevenir intrusiones maliciosas) se admiten múltiples caminos de igual costo (solo uno en RIP) para cada enlace, métricas de costo diferentes según TOS (ej., el costo de un enlace satelital se configura bjo para best effort; alto para tiempo real) Soporte integrado uni multicast: Multicast OSPF (MOSPF) usa la misma base de datos de topología que OSPF OSPF jerárquico en dominios grandes. Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-4 OSPF Jerárquico Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-5 2

13 OSPF Jerárquico jerarquía de dos niveles: área local, backbone. Link-state advertisements solo en el área cada nodo conoce la topología detallada del área, pero solo resúmenes de las subredes en otras áreas. area border routers: sumarian distancias a redes en el área propia, lo publican hacia los otros Area order routers. backbone routers: OSPF limitado al backbone. boundar routers: conectan con otros ASs (gatewas o routers de borde). Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-6 Cap. 4: Capa de red 4. Introducción 4.2 circuitos virtuales datagramas 4.3 dentro de un router 4.4 IP: Internet Protocol formato de datagramas direccionamiento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de enrutamiento Link state Distance Vector Enrutamiento jerárquico 4.6 Enrutamiento en Internet RIP OSPF GP 4.7 roadcast multicast Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-7 Inter-AS routing en Internet: GP GP (order Gatewa Protocol): estándar de facto GP provee mecanismos para:. Obtener información de alcanabilidad de subredes de los ASs vecinos. 2. Propaga información de alcanabilidad a los routers internos del AS. 3. Determina que rutas son buenas basadas en la información de alcanabilidad las políticas de enrutamiento. permite informar la alcanabilidad de subredes al resto de Internet: aquí esto Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-8 3

14 GP: conceptos básicos pares de routers (GP peers) intercambian información de routing sobre coneiones TCP semi-permanentes: sesiones GP Las sesiones GP no se corresponden necesariamente con enlaces físicos. cuando AS2 publica un prefijo a AS: AS2 promete encaminar datagramas para ese prefijo. AS2 puede agregar prefijos es sus publicaciones 3c 3a 3b AS3 a AS c d egp session igp session 2c 2a 2b AS2 b Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-9 Distribución de la información de alcanabilidad AS3 envía la información de alcanabilidad a AS usando una sesión egp entre 3a c. c puede usar igp para distribuir la información de prefijos a los routers en AS b puede re-publicar la información hacia AS2 usando la sesión egp b-2a Cuando un router aprende un prefijo nuevo, crea una entrada para este prefijo en la tabla de forwarding. 3c 3a 3b AS3 a AS c d egp session igp session 2c 2a 2b AS2 b Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-20 Path attributes & rutas GP Las publicaciones de prefijos incluen atributos GP. prefjo + atributos = rutas dos atributos importantes: AS-PATH: contiene la lista de ASs que ha atravesado la publicación de un prefijo: ej., AS 67, AS 7 NEXT-HOP: indica el router específico en el próimo AS (pues puede haber múltiples enlaces entre ASs). Cuando un router de borde recibe una publicación, usa su import polic para aceptar/rechaar. Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-2 4

15 GP route selection un router puede aprender más de una ruta para un prefijo dado: se necesita un proceso de selección. reglas de eliminación:. atributo local preference : política de decisión 2. shortest AS-PATH 3. closest NEXT-HOP router: hot potato routing 4. criterios adicionales Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-22 Mensajes GP los mensajes GP se intercambian usando TCP. mensajes GP: OPEN: abre coneión TCP con peer autentica al que envía UPDATE: publica nuevos caminos (o da de baja otros) KEEPALIVE: mantiene la coneión viva en ausencia de UPDATES; se usa también como ACK del OPEN NOTIFICATION: reporta errores en mensaje previo; también se usa para cerrar coneión Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-23 GP routing polic X W A C Y referencia: red del proveedor red del cliente A,,C son redes de proveedores X,W,Y son clientes X es dual-homed: conectado a dos proveedores X no permite enrutar desde via X hacia C luego X no va a publicar a un ruta hacia C Int. Redes de Computadores-Capa de Red

16 GP routing polic W A C X referencia: red del proveedor cliente A publica camino AW a publica camino AW a X debería publicar camino AW a C? Y No! no tiene retorno por enrutar CAW dado que ni W ni C son sus clientes quiere forar que C enrute hacia w via A quiere enrutar solo desde/hacia sus clientes! Int. Redes de Computadores-Capa de Red 4-25 Por qué Intra- e Inter-AS routing? Polic: Inter-AS: los administradores quieren controlar como se enruta su tráfico, quien usa el AS como tránsito. Intra-AS: administración única, no se necesitan políticas Escala: enrutamiento jerárquico reduce el tamaño de las tablas de la información de actualiación de enrutamiento Performance: Intra-AS: enfocado en performance Inter-AS: políticas son más importantes que performance Int. Redes de Computadores-Capa de Red