Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II1 Systeme II – 6te Vorlesung Lehrstuhl für...

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Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Syst eme II 1 Systeme II – 6te Vorlesung Lehrstuhl für Kommunikationssysteme Institut für Informatik / Technische Fakultät Universität Freiburg 2009
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II1 Systeme II 6te Vorlesung Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme Institut fr Informatik / Technische Fakultt Universitt Freiburg 2009
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II2 Letzte Vorlesung Dynamisches IP-Routing Dezentraler Algorithmus, Distance Vector -Arbeitet lokal in jedem Router -Verbreitet lokale Information im Netzwerk Eigenschaften: Gute Nachrichten verbreiten sich schnell Neue Verbindung wird schnell verffentlicht Schlechte Nachrichten verbreiten sich langsam Verbindung fllt aus, Nachbarn erhhen wechselseitig ihre Entfernung -> Count to Infinity-Problem
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II3 Letzte Vorlesung Versuche zur Lsung des Count-to- Infinity-Problems Split-Horizon Poison-Reverse Bedingt erfolgreich Implementierung von Distance Vector mit einfacher Hop- Count-Metrik RIP (II) Regelmige Updates/Keep-Alive per Advertisment-Paketen (UDP, ziemlich unsicher) Falls keine Updates empfangen, Ungltig-Erklren von Routen nach gewisser Zeit
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II4 Internet Protocol zentraler Ansatz Dezentraler Ansatz in der letzten Vorlesung Jeder Router verschafft sich eigenes Bild des Netzes Tabellen werden anhand dieser Informationen aktualisiert Einige Nachteile, die innerhalb des Ansatzes nicht lsbar Alternative: Zentraler Algorithmus, z.B. Link State -Einer/jeder kennt alle Information, muss diese erfahren Wieder zentrales Problem: Optimale Bestimmung der Weglngen zwischen einzelnen Knoten im Netz
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II5 Das Krzeste-Wege-Problem
  • Folie 6
  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II6 Krzestes Wege Routing Shortest Path - oft eingesetztes Routing-Prinzip, da einfach zu verstehen und umzusetzen Idee: Generieren eines Graphen des (Teil-)Netzes, wobei jeder Knoten einen Router und jeder Verbindungsstrich einen Link reprsentiert Zur Ermittlung einer Route zwischen zwei gegebenen Knoten muss der Algorithmus nur den krzesten Weg im Graphen bestimmen Dabei spielt jedoch die Metrik fr die Bestimmung des krzesten Weges eine Rolle -Zahl der Hops (Router-Durchgnge) -Physikalische Entfernung, Bandbreite, Verzgerung,... -(Finanz.) Kosten, durchschnittliche Warteschlangenlnge,...
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II7 Krzestes Wege Routing Konvention: Fettgedruckte Zahlen stehen fr Knoten, die kleineren normal gesetzten fr die abstrakten Kosten eines Teilwegs Das impliziert Unterschiede: So hat die Hop-Count-Metrik identische Kosten fr 1-2-3 und 1-2-5 Geografisch gesehen ist aber 1-2-5 deutlich krzer (wenn man von korrekter Skalierung ausgeht)
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II8 Krzestes Wege Routing Alternative Metriken knnen bspw. durch regelmige Messungen bestimmt werden Metrik-Kombinationen mglich Lediglich geeignete Abbildung auf Pfadkosten-Wert zur Verwendung in Algorithmus notwendig Ein zentraler Algorithmus zur Bestimmung des krzesten Pfads ist Dijkstra's: Jeder Knoten wird durch ein Tupel aus Entfernung von der Quelle und dem vorherigen Knoten bezeichnet, initial ist dieses Label leer Whrend der Algorithmus voranschreitet, knnen sich Label ndern, um bessere Wege zu reflektieren
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II9 Krzestes Wege Routing Dijkstra's Algorithmus: Das Beispiel sucht den krzesten Weg von Punkt 1 (links) zu Punkt 4 (rechts) Man interpretiere die Wegelngen beispielsweise geografisch Gestartet wird in 1, der krzeste Weg ist offensichtlich der zu Punkt 2, der entsprechend markiert wird
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II10 Krzestes Wege Routing Die beiden Nachbarn von 1 (2 und 7) wurden betrachtet und 2 ausgewhlt, das wird entsprechend wiederholt Bisherige Pfadlnge wird mit bercksichtigt (aufaddiert) Die betroffenen Knoten werden entsprechend markiert, hier die Knoten 3 und 5 Knoten werden bei Bedarf neu beschriftet, wenn sich bessere (krzere Pfade) ergeben
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II11 Krzestes Wege Routing Weitere Knoten werden markiert (6) Knoten knnen mehrfach besucht werden (z.B. 7) Im Schritt von Knoten 5 muss der Knoten 7 neu beschriftet werden (6,1) -> (5,5)
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II12 Krzestes Wege Routing Der Weg via 2, 3, 5 ist um 1 krzer als der direkte von Knoten 1 Nchste Schritt zeigt, dass der Weg via 7 zu Knoten 8 lnger ausfllt als via 5 ber 6 zu Knoten 8 Nun sind die meisten Knoten beschriftet...
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II13 Krzestes Wege Routing Der letzte Schritt zeigt, dass Knoten 8 mit (9,7) -> (8,6) umbeschriftet wurde Es gibt eine bessere Route zu Knoten 8 1 2 5 7 8 (4 Hops mit Pfadkosten von 9) 1 2 5 6 8 (4 Hops mit Pfadkosten von 8)
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II14 Krzestes Wege Routing Zur Ermittlung des vollen Pfads startet man vom Ziel und arbeitet sich rckwrts anhand der Label (zweiter Eintrag) vor Am Ende kommt ein Pfad 1 2 5 6 8 4 heraus Achtung: Die ermittelte Route ist optimal in Pfadkosten und nicht in Hops
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  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II15 Krzestes Wege Routing Dijkstra's krzester Weg Der einfache Hop-Count wrde eine Route von 1 2 3 4 bevorzugen (Pfadkosten von 12 sind deutlich hher) oder 1 7 8 4 (selbe Pfadkosten) Wre damit 2 Einheiten hher als die vorher bestimmte Route
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  • 16 Krzeste Wege mit Edsger Wybe Dijkstra Dijkstras Krzeste-Wege- Algorithmus kann mit Laufzeit (|E| + |V| log |V|) implementiert werden
  • Folie 17
  • 17 Link-State Protocol Link State Router tauschen Information mittels Link State Packets (LSP) aus Jeder verwendet einen eigenen Krzeste-Wege- Algorithmus zu Anpassung der Routing-Tabelle LSP enthlt ID des LSP erzeugenden Knotens Kosten dieses Knotens zu jedem direkten Nachbarn Sequenznr. (SEQNO) TTL-Feld fr dieses Feld (time to live)
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  • 18 Systeme II Sommer 2008 Link-State Protocol Verlssliches Fluten (Reliable Flooding) Die aktuellen LSP jedes Knoten werden gespeichert Weiterleitung der LSP zu allen Nachbarn -bis auf den Knoten der diese ausgeliefert hat Periodisches Erzeugen neuer LSPs -mit steigender SEQNOs Verringern der TTL bei jedem Weiterleiten
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  • 19 Bellman-Ford Bei negativen Kantengewichten versagt Dijkstras Algorithmus Bellman-Ford lst dies in Laufzeit O(|V| |E|)
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  • 20 Systeme II Sommer 2008 Die Grenzen des flachen Routing Link State Routing bentigt O(g n) Eintrge fr n Router mit maximalen Grad g Jeder Knoten muss an jeden anderen seine Informationen senden Distance Vector bentigt O(g n) Eintrge kann Schleifen einrichten Konvergenzzeit steigt mit Netzwerkgre Im Internet gibt es mehr als 10 6 Router damit sind diese so genannten flachen Verfahren nicht einsetzbar Lsung: Hierarchisches Routing
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  • 21 Systeme II Sommer 2008 AS, Intra-AS und Inter-AS Autonomous System (AS) liefert ein zwei Schichten-Modell des Routing im Internet Beispiele fr AS: -uni-freiburg.de Intra-AS-Routing (Interior Gateway Protocol) ist Routing innerhalb der AS z.B. RIP, OSPF, IGRP,... Inter-AS-Routing (Exterior Gateway Protocol) bergabepunkte sind Gateways ist vollkommen dezentrales Routing Jeder kann seine Optimierungskriterien vorgeben z.B. EGP (frher), BGP
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  • 22 Systeme II Sommer 2008 Typen autonomer Systeme Stub-AS Nur eine Verbindung zu anderen AS Multihomed AS Verbindungen zu anderen ASen weigert sich aber Verkehr fr andere zu befrdern Transit AS Mehrere Verbindungen Leitet fremde Nachrichten durch (z.B. ISP) Backbone service provider 2Backbone service provider 1 Consumer ISP 1 Consumer ISP 2 Large company Small company 1 Small company 2 Peering point 22
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  • 23 Systeme II Sommer 2008 Intra-AS OSPF (Open Shortest Path First) open = ffentlich verfgbar Link-State-Algorithmus LS Paket-Verbreitung Topologie wird in jedem Knoten abgebildet Routenberechnung mit Dijkstras Algorithmus OSPF-Advertisment per TCP, erhht Sicherheit (security) werden in die gesamte AS geflutet Mehrere Wege gleicher Kosten mglich
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  • 24 Intra-AS: Hierarchisches OSPF Fr groe Netzwerke zwei Ebenen: Lokales Gebiet und Rckgrat (backbone) -Lokal: Link-state advertisement -Jeder Knoten berechnet nur Richtung zu den Netzen in anderen lokalen Gebieten
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  • 25 Intra-AS: Hierarchisches OSPF Local Area Border Router: Fassen die Distanzen in das eigene lokale Gebiet zusammen Bieten diese den anderen Area Border Routern an (per Advertisement) Backbone Routers verwenden OSPF beschrnkt auf das Rckgrat (backbone) Boundary Routers: verbinden zu anderen AS
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  • 26 Systeme II Sommer 2008 Intra-AS: IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) CISCO-Protokoll, Nachfolger von RIP (1980er) Distance-Vector-Protokoll, wie RIP Hold time Split Horizon Poison Reverse Verschiedene Kostenmetriken Delay, Bandwidth, Reliability, Load etc. Verwendet TCP fr den Austausch von Routing Updates
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  • 27 Inter-AS-Routing Inter-AS-Routing ist schwierig... Organisationen knnen Durchleitung von Nachrichten verweigern Politische Anforderungen -Weiterleitung durch andere Lnder? -Politische Systeme, verschiedene Modelle des Internet-Betriebs
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  • 28 Inter-AS-Routing Inter-AS-Routing ist schwierig... Routing-Metriken der verschiedenen autonomen Systeme sind oftmals nicht vergleichbar -Wegeoptimierung unmglich! -Inter-AS-Routing versucht wenigstens Erreichbarkeit der Knoten zu ermglichen Gre: momentan mssen Inter-Domain-Router mehr als 140.000 Netzwerke kennen
  • Folie 29
  • 29 Inter-AS: BGPv4 BGP Border Gateway Protocol Ist faktisch der Standard Path-Vector-Protocol hnlich wie Distance Vector Protocol -es werden aber ganze Pfade zum Ziel gespeichert jeder Border Gateway teilt all seinen Nachbarn (peers) den gesamten Pfad (Folge von ASen) zum Ziel mit (advertisement) (per TCP)
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  • 30 Inter-AS: BGPv4 Falls Gateway X den Pfad zum Peer-Gateway W sendet dann kann W den Pfad whlen oder auch nicht Optimierungskriterien: -Kosten, Politik, etc. Falls W den Pfad von X whlt, dann publiziert er -Path(W,Z) = (W, Path (X,Z)) Anmerkung X kann den eingehenden Verkehr kontrollieren durch Senden von Advertisements Sehr kompliziertes Protokoll
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  • 31 Systeme II Sommer 2008 BGP-Routing Tabellengre 1990-2002 http://www.mcvax.org/~jhma/routing/bgp-hist.html
  • Folie 32
  • Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II32 Informatik IIIWinter 2007/08Informatik IIIWinter 2007/08 Rechnernetze und TelematikAlbert-Ludwig-Universitt FreiburgChristian SchindelhauerRechnernetze und TelematikAlbert-Ludwig-Universitt FreiburgChristian Schindelhauer Ende der sechsten Vorlesung Vorerst Abschluss von IP als Protokoll der Vermittlungsschicht (OSI Layer 3) wird in spteren Vorlesungen nochmal theoretisch kurz aufgenommen... Nun Schichtenmodell von oben... Nchste Vorlesung am Mittag an diesem Ort, gleiche Zeit: Neuer Themenbereich Ausgewhlte Protokolle der Applikationsschicht (Start mit DNS, dann WWW, Email) An theoretischen bungszettel #2 denken, neuer bungszettel am Mittwoch Alle relevanten Informationen auf der Webseite zur Vorlesung: http://www.ks.uni- freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28 http://www.ks.uni- freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28 Vorbereitung: Lesen der entsprechenden Kapitel zur Applikationsschicht in der angegebenen Literatur!