4. Reititys (Routing) Verkkokerroksen tehtävänä on toimittaa data (paketit) lähettäjän koneelta vastaanottajan koneelle Välissä voi olla hyvin monimutkainen.

Esitys aiheesta: "4. Reititys (Routing) Verkkokerroksen tehtävänä on toimittaa data (paketit) lähettäjän koneelta vastaanottajan koneelle Välissä voi olla hyvin monimutkainen."— Esityksen transkriptio:

1 4. Reititys (Routing) Verkkokerroksen tehtävänä on toimittaa data (paketit) lähettäjän koneelta vastaanottajan koneelle Välissä voi olla hyvin monimutkainen monista erilaisista aliverkoista koostuva verkko. Internet, jossa miljoonia reitittimiä ja yli sata miljoonaa konetta, eri yritysten omistuksessa : 100. miljoonas ‘host’ Miten tämä saadaan aikaiseksi? 1/1/2019

2 Reititys Verkkokerroksen tärkein tehtävä (hajautettu) päätöksenteko
yhteydellinen: alussa yhteydetön: jatkuvasti jatkuvaa muutosta, vikoja ja virheitä rikkoutuvat komponentit, muuttuva topologia tästä huolimatta reitityksen toimittava ristiriitaisia vaatimuksia optimaalisuus /reiluus (fairness) suorituskyky mean packet delay, network throughput 1/1/2019

3 Koneilla ja reitittimillä yksikäsitteiset verkko-osoitteet
IP-osoite: verkko ja koneen osoite verkossa NAT (Network Address Translation) Muuttuvassa verkossa pystyttävä selvittämään kulloinkin parhaat reitit reititysalgoritmi, reititysprotokolla Reititin ohjaa reitillä eteenpäin reititystaulu (routing table)

4 Reititysalgoritmit mukautuva / mukautumaton (adaptive / nonadaptive)
dynaaminen /staattinen mittaukseen perustuva vai ‘kirjanpitopohjainen’ suuri ero aikaskaalassa (sekunteja, minuutteja <=> päiviä, ihminen muuttaa) optimaaliset reitit kaikista lähteistä annettuun kohteeseen => puu, jonka juurena kohde Ongelmia: reitittimien tietojen hankita verkko elää=> reitittimien tietojen ylläpito? 1/1/2019

5 Reititysalgoritmeja Dijkstran reititysalgoritmi (Shortest Path Routing) yleisesti käytetty tulvitus (flooding) satunnainen (‘kuuma peruna’, hot potato) vuopohjainen reititys (Flow-Based Routing) network flow problem ratkaistaan matemaattisesti 1/1/2019

6 Vuopohjainen reititys (Flow-Based Routing)
viive = jonotusaika + siirtoaika etsitään pienin mahdollinen viive koko verkolle tunnettava verkon topologia kapasiteettimatriisi eri linkkien kapasiteetti liikennematriisi eri solmujen välinen liikenne alustava reititys 1/1/2019

7 lasketaan T = 1/( mC -l ) (jonoteoriasta)
kunkin linjan kuormitus li keskim. pakettien määrä kullakin linjalla mCi keskim. pakettikoko = 1/m . (esim. 800 bittiä) keskim viive kullekin linjalle T = 1/( mC -l ) (jonoteoriasta) 1/m = keskim. paketin koko bitteinä C = kapasiteetti bps l = keskim. pakettivirta (kuormitus) paketteina sekunnissa

8 eri reititysalgoritmien vertailu
koko verkon viive painotettu keskiarvo eri linkkien viipeistä painotuksena linkin osuus koko liikenteestä eri reititysalgoritmien vertailu lasketaan erikseen kaikille reititysvaihtoehdoille mahdollinen, vaikka raskas valitaan ‘paras’ edellyttää kuormituksen pysyvän melko samanlaisena ei oikein sovellu koko ajan muuttuvaan verkkoon

9 Piirikytkentäisten verkkojen reititys
lyhyin polku (Shortest path first) (ABD tai ACD) vähiten kuormitettu polku (Least loaded path) (ABCD) eniten vapaita piirejä omaava polku (Maximum free circuit) (ABD) 35/70 5/20 19/20 1/19 6/20 B D A C A/B B = linkin kapasiteetti A= siitä käytössä oleva osuus, esim. piirien määränä 1/1/2019

10 Piirikytkentäisissä verkoissa
kaikki reitittimet tietävät kaikkien linkkien tilan linkkitilatyyppinen reititys tietojen oikeellisuus ja ajantasaisuus tärkeää 37/70 D B 2/19 5/20 10/10 6/20 A C 19/20

11 Yleisesti käytetyt reititysalgoritmit
Etäisyysvektorireititys (Distance Vector Routing) ARPA-verkon alkuperäinen reititysalgoritmi Internetin RIP-algoritmi Ciscon IGRP ja EIGRP (mm. useita eri kustannusmittoja) linkkitilareititys (Link State Routing) ARPA-verkon reititysalgoritmi vuodesta 1979 Internetin OSPF-algoritmi ISO:n IS-IS 1/1/2019

12 Etäisyysvektorireititys
Solmut vaihtavat informaatiota vain naapuriensa kanssa Eri solmuilla eri näkemys verkosta hyvät uutiset etenevät nopeasti, huonot hitaasti count- to-infinity, simple split horizon : ei ilmoita naapurille sen kautta meneviä parhaita reittejä Split horizon with poisoned reverse" ilmoittaa, mutta merkitsee ne äärettömiksi. 1/1/2019

13 x ratkaisu ei toimi aina Linkki CD katkeaa, B A ja B ilmoittavat C:lle
ettei D:hen pääse C päättelee, että D:tä ei voi saavuttaa Kuitenkin A kuulee B:ltä, että sillä on etäisyys 2 D:hen => oma etäisyys 3 B A C x D 1/1/2019

14 Reititysprotokollia RIP etäisyysvektorireititys RIPv1 RIPv2 RIPng
autonomisen alueen sisäinen protokolla naapurit vaihtavat reititystietoja keskenään Counting to Infitity Split Horizon Triggered Updates RIPv1 RIPv2 RIPng 1/1/2019

15 RIP (RFC 1058) joka linkillä kustannus 1
hyppyjä: 1-15 hyppyä maksimi 15 => korkeintaan 15 hypyn matka mahdollinen reititystietojen vaihto naapureiden kanssa RIP response message (advertisement) yleislähetyksenä (broadcast), jos mahdollista n. 30 s välein. Jos naapuri ei lähettele 180 s sisällä, linkin oletetaan olevan poikki. UDP-protokollaa käyttäen RIP on toteutettu sovelluskerroksen prosessina ja siis sovelluskerroksen protokolla, joka käyttää UDP-porttia 520 sanomien lähettämiseen ja vastaanottoon 1/1/2019

16 RIP-sanoman otsake Command version 0 RIP-entry IP address metric
Address family identif. = IP address metric 0 …..… … …………… … … RIP-entry Command = sanoman tyyppi: 1= pyyntö (request), 2 = vastaus (response) Address family identifier = peruja UNIX-BSD:ssä käytetystä osoitustavasta; ajatuksena toteuttaa RIP muihin osoitusmuotoihin (esim. X.25, XNS) metric = kustannus hyppyinä ; max. = 16 eli ääretön 1/1/2019

17 RIP:n toiminta Normaalisti lähetetään vastauksia 30 sekunnin välein
kun omassa taulussa muutoksia ei heti, kun oma taulu muuttuu; vasta 1-5 sekunnin kuluttua Reititin käsittelee saamansa vastaukset yhden kerrallaan Kohteen osoite etäisyysmitta seuraava reititin äsken päivitetty useita ajastimia U(ppdated) …… … …… … …... 1/1/2019

18 Yhdessä sanomassa korkeintaan 25 alkion tiedot
tarvittaessa useita peräkkäisiä sanomia Reititystietopyyntö, kun reititin aloittaa toimintansa koko reititystaulun sisältö osoitteena (default osoite) ja kustannuksena ‘ääretön’ normaali operaatio tietyt reitit kyselyssä ilmoitettuihin osoitteisiin lähinnä vikojen selvittämisessä 1/1/2019

19 RIP-2 (RFC 2453) tehokkaampi koodaus aliverkkoreititys autentikointi
ei turhien nollakenttien lähettämistä aliverkkoreititys RIP-1: aliverkot eivät näy ulospäin RIP-2: aliverkkomaski osoitteen mukana => CIDR autentikointi RIP-1 luotti porttiin 520, jota sai käyttää vain etuoikeutettu käyttäjä RIP-2: ensimmäinen alkio voi olla autentikointisegementti Next Hop, monilähetys RIP-1: yleislähetys 1/1/2019

20 RIP-2-sanoman otsake Command version Routing Domain IP address
Address family identif Route Tag/ AuthenticationType IP address Subnet Mask Next Hop metric 0 …..… … …………… … … (?) RIP-entry …. 1/1/2019

21 RIPng (RFC 2080) ja muita parannuksia
RIP-protokollan käyttö IPv6:n kanssa parannetut turvapiirteet IPv6 turvapiirteet pitemmät IP-osoitteet päivitysten kuittaukset useiden eri kustannusmittojen käyttö “count-to-infinity”-ongelma ‘source-tracing’-algoritmi, joka etsii silmukat 1/1/2019

22 Linkkitilareititys Globaali reititysalgoritmi
Kullakin reitittimellä käytössään koko verkon informaatio tästä lasketaan hajautetusti tai keskitetysti parhaat reitit monimutkainen algoritmi => paljon laajempi standardi 1/1/2019

23 Linkkitilareititys (Link State Routing)
reitittimen tehtävät selvitettävä naapurit ja niiden osoitteet mitattava etäisyys / kustannus naapureihin koottava tietopaketti ko. tiedoista lähetttävä tietopaketti kaikille reitittimille laskettava lyhin reitti kaikkiin muihin reitittimiin kyseessä maailman laajuinen verkko kaikki häiriöt sattuvat joskus ja jossain vikasietoisuus 1/1/2019

24 väärin toimiva reititin
ongelmia väärin toimiva reititin kertoo vääriä tietoja ei välitä tietopaketteja väärentää tietopaketteja laskee reitit väärin isossa verkossa aina joku toimii väärin tavoitteena rajata ongelmat pienelle alueelle 1/1/2019

25 OSPF (Open Shortest Path First)
linkkitilaprotokolla tavoitteet: avoin (eli julkinen) erilaisia eäisyysmittoja dynaaminen algoritmi myös palvelutyyppiin perustava reititys kyettävä kuorman tasoittamiseen ja usean reitin käyttämiseen hierarkkinen reititys suojauspiirteitä myös tunneloinnilla yhdistetyt reitittimet 1/1/2019

26 eri reitit voivat olla ‘yhtä pitkiä’
=> liikenne voidaan reitittää usean reitin yli => kuormituksen tasapainoitus eikä välttämättä kaikkia paketteja lähetetä samaa reittiä osa parasta reittiä osa toiseksi parasta lopputulos voi olla parempi 1/1/2019

27 OSPF:n käyttöalueet: kahden reitittimen välinen kaksipisteyhteys
monen reitittimen yleislähetysverkot esim. useimmat lähiverkot (LAN) monen reitittimen verkot, joissa ei ole yleislähetystä useimmat laajaverkot (WAN) 1/1/2019

28 Verkosta tehdään malli (suunnattu verkko)
reitittimet ja verkot solmuina, niiden väliset linjat kaarina kaarilla kustannuksina etäisyys, kustannus, luotettavuus multiaccess-verkkoa vastaa oma solmu, josta kustannus reitittimeen on nolla mallilla lasketaan lyhyin reitti kaikkien reititinparien välille eri etäisyysmitoille omat reitit 1/1/2019

29 OSPF:n toiminta reititystietojen vaihto
linkkitilaviestejä säännöllisin väliajoin ja topologian muuttuessa viestit tulvitetaan, viestit numeroidaan, viestit kuitataan viestit ohjataan valitulle (designed) välittäjäreitittimelle kommunikoi LAN:n tai alueen muiden reitittimien kanssa; kerää tiedot ja välittää ne eteenpäin jokainen reititin ei lähetä jokaiselle, vaan omalle välittäjäreitittimelleen vähentää viestien määrää: n(n-1)/2 ==> 2(n-1), jos n =20, niin 20*19/2 = 190 ja 2*19 = 38! 1/1/2019

30 Välittäjäreititin Välittäjä valitaan Hello-protokollalla
välittäjäreititin vähentää tulvituspaketteja riittää ensin lähettää monilähetyksenä välittäjäreitittimille osoite => kaikille välittäjäreitittimille tarvittaessa välittäjäreititin monilähettää kaikille OSPF-reitittimille ( ) Entä, kun välittäjäreititin kaatuu? valitaan myös varavälittäjä, joka vastaanottaa monilähetyspaketteja, mutta ei vastaa mihinkään välittäjän kaatuminen havaitaan Hello-protokollalla 1/1/2019

31 OSPF-sanomat hello link state update link state ack
naapurien selvillesaaminen link state update omien linkkikustannusten lähettäminen link state ack vastaanotettujen linkkikustannusten kuittaus database description tietokannan ajantasaisuuden selvittäminen link state request toisen linkkikustannusten kysyminen 1/1/2019

32 Hello-paketti OSPF packet header, type = 1 (hello) Network mask
Hello interval options priority Dead interval Designated router Backup designated router Neighbor 1/1/2019

33 Hello-paketin kentät Network mask = liitäntäkortin aliverkkomaski
Hello interval = hello-sanomien lähetysväli Options: T-bitti => TOS-reitityskykyinen E-bitti = ulkoisten reittien vastaanotto ja lähetys Priority: reitittimen prioriteetti 0-255 välittäjäksi korkeimman prioriteetin reititin; jos sama arvo usealla, niin suurin ID-numero valitaan Dead interval jos tässä ajassa ei tule hello-sanomaa, merkitään ‘kuolleiden’ listaan 1/1/2019

34 Hello-paketin kentät jatkuvat
Designated router Backup desigated router reititin ilmoittaa haluavansa toimia välittäjäreitittimenä tai varavälittäjäreitittimenä valintaa suoritetaan jatkuvasti ja joka hello-sanomassa reititin muistaa, ketkä ilmoittautuneet välittäjiksi 1/1/2019

35 Hierarkkinen reititys
reitityksen skaalautuvuus isossa verkossa runsaasti reitittimiä reititystaulut suuria reittien laskeminen raskasta tietopaketit kuluttavat linjakapasiteettia hierarkiaa jaetaan verkko ja sen reitittimet autonomisiin osiin AS (autonomous system) yritysten ja organisaatioiden omat verkot “A set of routers and networks under the same administration.” Kullakin AS:llä on oma 16-bittinen AS-numero. 1/1/2019

36 Hierarkkisen reitityksen ongelmat
reitin pituus kasvaa aina ei voida käyttää optimaalista reittiä yleensä siedettävä hierarkiatasojen määrä suorituskyky hallinto 1/1/2019

37 Internet koostuu autonomisista systeemeistä AS (autonomous system), jotka yhdistetty runkolinja-alueella. AS 3 AS 5 AS 1 AS 0 AS 2 AS 4

38 Yhden AS:n sisällä AS:ien välillä
reitittimet käyttävät samaa reititysprotokollaa (intra-AS protocol) OSPF, RIP,… kukin reititin tuntee kaikki muut tämän AS:n reitittimet ja saa niiltä reititystietoja tietää mikä reititin tai mitkä reitittimet (gateway router) hoitavat liikenteen muihin AS:iin AS:n yhdysreitittimet AS:ien välillä yhdysreitittimet vaihtavat reititystietoja eri AS:ien välillä käytäen toisenlaista reititysprotokollaa (inter-AS protocol) esim. BGP (Border Gateway Protocol)

39 AS:ien alueet Monet AS:t ovat usein hyvin laajoja
=> voidaan jakaa alueiksi (areas) verkko tai verkkojoukko alueen ulkopuolella sen topologia ei näy jokainen alue laskee omat reititystietonsa sama algoritmi, mutta eri kopio ja eri tilatiedot jokaisessa AS:ssä runkolinja-alue alue 0 kaikki alueet kiinni runkolinjassa ja liikenne alueelta toiselle käy aina runkolinjan kautta 1/1/2019

40 Iso AS voi koostua useasta alueesta.

41 4 reititintyyppiä sisäinen reititin alueen reunareititin
alueen sisäisiä alueen reunareititin sekä alueessa että runkolinjassa runkolinjareititin runkolinjaan kuuluvia AS:n yhdysreititin runkolinjan reitin, joka on yhteydessä muiden AS:ien reitittimiin 1/1/2019

42 AS-yhdysreititin Alueen reunareititin Runkolinjareitittimiä Area 3 Area 2 Area 1 Alueiden sisäisiä reitittimiä

43 toiminnassa tarvitaan kolmenlaisia reittejä
alueen sisäisiä reititin itse tietää lyhyimmän reitin alueiden välisiä alueiden väliset reitit kulkevat aina runkolinjaa pitkin reititin tietää lyhyimmän reitin runkolinjaan runkolinjan reitittimet tietävät reitin AS:n jokaiseen alueeseen AS:ien välisiä Näistä huolehtivat AS-yhdysreitittimet esim. BGP-protokollalla AS-yhdysreitittimet tietävät reitin muihin AS:iin yleensä AS-runkolinjan kautta

44 Reitittimien toiminta
Alueen sisällä kaikilla reitittimillä sama linkkitilatietokanta sama lyhimmän polun algoritmi reititin laskee lyhimmän polun kaikkiin muihin alueen reitittimiin Alueiden välillä reitittimillä on useita kopioita samasta reititysalgoritmista yksi kutakin aluettaan varten 1/1/2019

45 AS:ien välillä AS:eissä voidaan käyttää erilaisia reititysprotokollia
linkkitilareititystä tai etäisyysvektorireititystä eri metriikat erilaiset tavat kerätä ja vaihtaa tietoja tarvitaan jokin yhteinen reititysptotokolla, jolla yhdysreitittimet voivat vaihtaa reititystietoja esim. BGP 1/1/2019

46 Reitittimien toiminta
reititin kertoo tulvittamalla alueensa kaikille muille reitittimille naapurinsa kustannustiedot (kolme erilaista) joko suoraan tai välittäjäreitittimien avulla muodostaa etäisyysverkon ja laskee lyhimmät reitit alueensa /alueittensa sisällä 1/1/2019

47 runkoverkon reititin lisäksi
saa alueiden reunareitittimiltä tietoja, joista laskee parhaat reitit runkoverkon reitittimistä kaikkiin muihin reitittimiin palauttaa tiedot reunareitittimille, jotka levittävät ne alueensa sisäisille reitittimille alueen sisäinen reititin reititys alueen sisällä alueiden välillä => sopiva runkoverkon reititin 1/1/2019

48 AS:n rajareititin vaihtaa reititystietoja muiden AS:ien rajareitittimien kanssa välittää muille reitittimille AS:ien välillä käyttää BGP-reititystä 1/1/2019

49 Hierarkkinen reititystietojen vaihto
B:n viereiset reitittimet: kaikki L2:n reitittimet, A ja C A:n vierekkäiset reitittimet: kaikki L1: n reitittimet, B ja D L2 L1 B A Hierarkkinen reititystietojen vaihto A, B, C ja D välittäjäreittimiä C D L3 C: osa L3:n reititti- mistä, D ja B D: loput L3:n reitittimistä, C ja A

50 E on AS-yhdysreititin, joka tietää reitit muihin AS:iin
ra mittaa etäisyydet naapureihinsa rb:hen ja rd:hen ja lähettää tiedot A:lle E L2 L1 rb ra B A rc rd re A saa myös tiedot muiden alueiden etäisyyksistä B:ltä ja D:ltä ==> ra:lle => ra tietää kumpaa reititintä rb vai rd tulee kulloinkin käyttää A saa tiedot etäisyyksistä kaikilta L1:n reitittimiltä ja välittää tiedot muille => ra osaa laskea etäisyydet muihin L1:n reitittimiin C D L3

51 Internet on kokoelma ‘itsenäisiä’ aliverkkoja eli autonomisia järjestelmiä (AS, Autonomous System) yli 700 AS:ää 1994 joita yhdistää runkolinjat AS:n sisällä IGP (Interior Gateway Protocol) OSPF tai RIP alueiden välillä EGP (Exterior Gateway Protocol) BGP (Border Gateway Protocol) 1/1/2019

52 BGP (Border Gateway Protocol) (RFC 1771)
AS:ien välillä otettava huomioon eri AS:ien politiikat AS:ien sisällä tärkeintä tehokkuus AS:ien välillä toimintapolitiikka kieltoja tai suosituksia reitittää tiettyjen AS:ien kautta politiikat manuaalisesti BGP-reitittimiin hyvin erilaisia sääntöjä: politiikka, turvallisuus, taloudellisuus ‘Kanadasta Kanadaan ei saa lähettää USA:n kautta.’ ‘AS xyz ei hyväksy transit-liikennettä.’ ‘Pentagonista lähteviä paketteja ei reititetä Irakin kautta.’ ‘Viikonloppuisin käytetään reittiä abc.’ 1/1/2019

53 BGP (jatkuu) pohjimmiltaan etäisyysvektoriprotokolla
polkuvektori tallettaa kunkin reitin koko polun ei kustannustietoja, vaan polulla olevat AS:t havaitaan mahdolliset silmukat! kertoo naapureilleen käyttämänsä reitin hylkää itsensä kautta kulkevat reitit, jotta ei synny silmukoita keino välittää reitti-informaatioita ei määrää, kuinka reiteistä valitaan oikea reitti kukin AS voi valita reittinsä, miten haluaa 1/1/2019

54 BGP näkee verkon joukkona AS:iä
jokaisella AS:lla oma tunnus reitittimellä on reititystaulussaan reittejä sen tuntemiin AS:iin esim. AS X:ään , Y:hyn ja Z:aan B D F X B G I K X F C A H P Y S Y E C A Z 1/1/2019

55 BGP-sanomat OPEN ‘esittelysanoma’: tunnus + autentikointitiedot (vrt. OSPF:n Hello) ja ajastintietoja KEEPALIVE lähettäjä ‘elossa’, mutta sillä ei ole mitään lähetettävää toimii myös kuittauksena OPEN-sanamalle UPDATE ilmoitetaan uusia reittejä ja poistetaan vanhoja NOTIFICATION ilmoitus virheestä ilmoitus BGP-istunnon lopettamisesta 1/1/2019

56 Sanomien lähettämiseen käytetään TCP:tä
ruuhkavalvonta, hidas aloitus sanomille korkea prioriteetti muutospäivitykset = lähetetään vain muutokset Reittien valinta arvioidaan reitit: ‘local preferance’ -metric kielletyt AS:t epävarmat tai saavuttamattomat yhteydet polun AS:ien määrä jne. valitaan sopivin reitti ilmoitetaan paras reitti AS:n muille reitittimille

57 Monilähetysreititys Paketti lähetetään usealle vastaanottajalle Miksi?
Monet sovellukset hyötyvät ohjelmistopäivitykset WWW-välimuistien päivitykset etäopetus, virtuaalikoulu videoiden, äänitteiden lähetys interaktiiviset pelit Mitä hyötyä? Nopeus, tehokkuus 1/1/2019

58 paketti monelle vastaanottajalle
useita kaksipistelähetyksiä: kaikille oma paketti tulvitus multidestination routing: kohteet lueteltu paketissa, reititin kopioi kaikkiin tarpeellisiin ulosmenoihin lähettäjän virittävä puu (spanning tree) ei silmukoita yhteinen tai jokaiselle lähettäjälle oma puu reverse path -algoritmi (käänteinen polku) estimoi virittävää puuta

59 Monilähetys Monilähetysryhmä Monilähetyksen reitittäminen
ryhmäosoite (Luokan D osoite) vastaanottajaryhmän hallinta ryhmien muodostus, poistaminen vastaanottajien lisääminen, poistaminen Monilähetyksen reitittäminen reitittimet tietävät ketkä kuuluvat mihinkin ryhmään laskevat lyhimmät reitit vastaanottajiin ohjaavat reititystaulujensa avulla paketit vastaanottajille 1/1/2019

60 IGMP (Internet Group Management Protocol) (RFC 2236)
Monilähetysryhmien hallinta IGMP isäntäkoneen ja sen lähimmän reitittimen välillä isäntäkone ilmoittaa itsensä jäseneksi tiettyyn ryhmään isäntäkone poistaa itsensä ryhmästä monilähetysreititysalgoritmi reitittimien välillä monilähetysten koordinoimiseksi esim. PIM, DVMRP, MOSPF huom! ryhmän isäntäkoneiden välillä ei ole mitään protokollaa eivät tiedä, ketkä muut kuuluvat ryhmään 1/1/2019

61 D-osoitteet monilähetykset D-osoitetta käyttäen pysyviä ryhmiä
28 bittiä => yli 250 miljoonaa ryhmäosoitetta perilletoimitus ‘best effort’ pysyviä ryhmiä kaikki lähiverkossa kaikki reitittimet lähiverkossa kaikki OSPF-reitittimet lähiverkossa kaikki ‘designated’ OSPF-reitittimet lähiverkossa tilapäisiä ryhmiä 1/1/2019

62 IGMP:n toimintaperiaate
kysely/vastaus monilähetysreitittimet kyselevät noin minuutin välein kysyvät kaikilta koneiltaan, mihin ryhmiin kuuluvat osoitteella koneet vastaavat ilmoittamalla kaikkien niiden ryhmien D-osoitteet, joihin jokin niiden sovellus on liittynyt kysely vastaus router host 1/1/2019

63 IGMP-sanomat Kyselyillä maksimivastausaika Membership query
general: mihin ryhmiin kuuluvia? specific: onko tiettyyn ryhmään kuuluvia? Kyselyillä maksimivastausaika Membership report kone haluaa liittyä tai on liittynyt ilmoitettuun ryhmään Leave group kone ilmoittaa poistuvansa ryhmästä vapaaehtoinen! Jos ei vastaa kyselyihin, ei ole enää mukana => jäsenyyden voimassaololle aikaraja 1/1/2019

64 IGMP-sanoma Type max. response checksum time Multicast Group Address
Type = mikä sanoma kyseessä max. response time = maksimivastausaika kyselyissä Checksum = taskistussumma Multicast Group Address = monilähetysryhmän osoite 1/1/2019

65 Maksimivastausaika? => vastausten määrä pienenee
Optimointia varten, esim. LAN-verkoissa, joissa kaikki kuulevat kaikki sanomat reititin haluaa tietää vain onko kukaan sen LANin koneista kiinnostunut tietystä ryhmästä ei sitä ketkä koneista haluavat ryhmän jäseniksi ei edes montako sen koneista on tietyn ryhmän jäseninä koneet vastaavat satunnaisen ajan kuluttua jos joku muu kone jo vastannut, ei enää vastaa => vastausten määrä pienenee 1/1/2019

66 Internetin monilähetyspalvelumalli
Kone ilmoittaa omalle reitittimelleen haluavansa liittyvä tiettyyn ryhmään IGMP:n membership_report-sanomalla Reitittimet alkavat välittää koneelle tämän ryhmän viestejä vastaanottajavetoinen (receiver-driven) Lähettäjä ei pidä kirjaa ryhmän jäsenistä eikä tiedä kenelle kaikille viesti menee. Kuka tahansa voi toimia lähettäjänä eri lähettäjien sanomat tulevat sekaisin Monilähetysosoitteita ei koordinoida verkkotasolla eri ryhmille voidaan valita sama osoite 1/1/2019

67 Monilähetysreititys (multicast routing)
Ongelma: Reitittimien on kyettävä rakentamaan ‘optimaaliset’ reitit ryhmän kaikille vastaanottajille kun mikä tahansa kone voi toimia lähettäjänä ryhmään voi kuulua eri määrä vastaanottajia lähes kaikki isäntäkoneet vain muutama isäntäkone ryhmän jäsennyys voi olla hyvin dynaamista Tavoitteena on löytää mahdollisimman optimaalinen linkkipuu, joka yhdistää kaikki ryhmän jäsenet sanomien reititys puun linkkejä pitkin 1/1/2019

68 A, B, E ja F: reitittimillä ryhmän jäseniä A
C C ja D: reitittimillä ei ole ryhmän jäseniä D F E 1/1/2019

69 Monireitityspuun rakentaminen
Kaksi erilaista lähestymistapaa yksi puu koko ryhmälle (group shared tree) kuka tahansa toimii lähettäjänä, niin reitityksessä käytetään samaa puuta jokaiselle lähettäjälle oma puu (source-based tree) jos ryhmässä on n jäsentä, niin muodostetaan n eri puuta jokaisen lähettäjän sanomat reititetään sen oman linkkipuun avulla 1/1/2019

70 Yksi puu koko ryhmälle A, B, E ja F: reitittimillä ryhmän jäseniä A B
C C ja D: reitittimillä ei ole ryhmän jäseniä D F E reitityslinkki 1/1/2019

71 Eri lähettäjille omat puut
A, B, E ja F :reitittimillä ryhmän jäseniä A B C ja D: reitittimillä ei ole ryhmän jäseniä C D A:n lähettäessä B:n lähettäessä F E 1/1/2019

72 Reititys käyttäen yhtä puuta koko ryhmälle
Löydettävä puu, joka yhdistää kaikki ryhmän reitittimet mukana myös muita reitittimiä puun kustannus on sen linkkien kustannusten summa pienimmän kustannuksen puu NP-täydellinen ongelma (Steiner tree problem) suht.koht. hyviä heuristisia ratkaisuja on ei ole käytössä Internetissä tiedettävä kaikki kaikki linkkikustannukset kustannusten muuttuessa laskettava uudelleen jo muutenkin laskettujen kustannusten hyödyntäminen 1/1/2019

73 Pienimmän kustannuksen monilähetyspuu
A, B, E ja F: reitittimillä ryhmän jäseniä A 4 3 2 B C 1 C ja D: reitittimillä ei ole ryhmän jäseniä 2 2 D F 1 E 1 1/1/2019

74 Keskuspohjainen reititys (Center-based routing)
Ryhmän puun keskuksena on jokin solmu, johon muut myöhemmin liittyvät ensin saadaan selville keskussolmu muut liittyvät siihen JOIN-sanomilla yksilähetyksiä keskussolmulle Miten keskussolmu valitaan? Voidaan valita siten, että puu on melko lähellä optimia 1/1/2019

75 Keskuspohjainen monilähetyspuu
A, B, E ja F: reitittimillä ryhmän jäseniä A 4 C ja D: reitittimillä ei ole ryhmän jäseniä 3 3. 2 B C 1 2. 2 2 D F 1 1 E G 1. 1/1/2019

76 Jokaiselle lähettäjälle oma puu
Tavallisessa reitityksessä jo yleensä lasketaan pienimmän kustannuksen puu lähettäjältä muihin solmuihin Dijkstra => reititystaulu least unicast-cost path tree Reverse path forwarding “Älä turhaan lähetä tänne” (pruning) paljon puita N lähettäjää => N puuta reitityksessä käytetty puu valitaan lähettäjän mukaan 1/1/2019

77 Reverse path forwarding -algoritmi
idea tuliko paketti portista, josta normaalisti lähetetään paketin aloittaneelle solmulle? jos tuli, paketti kopioidaan kaikkiin muihin portteihin jos ei tullut paketti tuhotaan kaksoiskappaleena edut tehokas ja helppo toteuttaa ei tarvitse tuntea virittävää puuta ei ylim. yleisrasitetta (kohdelista, lisäbittejä) tulvitus päättyy itsestään 1/1/2019

78 Monilähetysreititys Internetissä
DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) (RFC 1075) kullekin lähteelle oma puu käyttäen ‘reverse path forwarding’-menetelmää ja karsimista (pruning) ja lisäämistä (graft) etäisyysvetrori algoritmin avulla kukin reititin laskee lyhyimmän polun jokaiseen mahdolliseen lähteeseen ja tallettaa linkin (next hop) tieto puussa ‘alavirtaan’ sijaitsevista reitittimistä, jotta tiedetään, milloin haara voidaan karsia kun kaikki reitittimet ilmoittavat, etteivät enää ole kiinnostuneita 1/1/2019

79 Muita MOSPF (Multicast Open Shortest Path First) (RFC 1584)
OSPF:ää käyttävissä AS:issä linkkitilailmoituksissa myös tieto monilähetysryhmien jäsennyydestä kaikki reitittimet tietävät, mihin monilähetysryhmii muiden reittimien isäntäkoneet kuuluvat voivat laskea kullekin lähteelle oman ennaltakarsitun lyhyimmän polun puun kullekin monilähetysryhmälle 1/1/2019

80 Muita monilähetysprotokollia
CBT (Core-based Trees) (RFC 2201, RFC 2189) PIM (Protocol Independent Multicast) (RFC 2362) dense mode ~ DVMRP tulvita ja karsi sparse mode ~ CBT JOIN-sanomia, jotka ohjataan yksilähetyksenä keskussolmuun polullaolevat reitittimet monilähetysmoodiin keskussolmu lähettää monilähetyksenä muille yksi puu <=> lähettäjälle oma puu 1/1/2019

81 Liikkuvien isäntäkoneiden reititys
liikkuva kone (mobile host) kotiosoite (home address, home location) kotiagentti (home agent) tietää, missä omat liikkuvat ovat kun ilmaantuu vieraalle alueelle, se rekisteröityy vierasagentti (foreign agent) hoitaa alueelle tulleet vieraat liikkuvat 1/1/2019

82 Liikkuvien isäntäkoneiden reititys
liikkuva kone (mobile host) kotiosoite (home address, home location) kotiagentti (home agent) tietää, missä omat liikkuvat ovat kun ilmaantuu vieraalle alueelle, se rekisteröityy vierasagentti (foreign agent) hoitaa alueelle tulleet vieraat liikkuvat 1/1/2019

83 kotiagentti tarkistaa tiedot
mm aikaleima ja jos kaikki kunnossa, tallettaa sijaintipaikan kun vierasagentti saa kuittauksen kotiagentilta, se merkitsee liikkuvan xyz vieraakseen ja ilmoittaa liikkuvalle rekisteröinnin onnistuneen Kun paketti lähetetään liikkuvalle, se ohjautuu osoitteen perusteella kotialueelle kotiagentti tietää nykyisen sijainnin ja ohjaa paketin sinne uusi osoite lähettäjälle? lähettäjä lähettää paketit suoraan ko. vierasagentille välitettäväksi xyz:lle 1/1/2019

84 Mobile IP koneen osoite riippuu verkosta, jossa kone sijaitsee
kun kone siirtyy toiseen verkkoon tilapäisesti, osoite ei ole enää voimassa koneelle uusi osoite tässä verkossa? kaikille koneille verkosta riippumaton osoite? 1/1/2019

85 kotiagentti / vierasagentti
toiminta: kotiagentti / vierasagentti kotiosoite (home address) vierasosoite (care-of address) kun koneelle tulee paketti se tulee ensin reitittimelle reititin kysyy vastaanottajan LAN-osoitetta ARP:illa kotiagentti vastaa omalla osoitteellaan ja saa paketin kotiagentti lähettää tunneloinnilla vierasosoitteeseen (yleensä vierasagentin oma osoite) vierasagentti kysyy ARP:lla vierailijan LAN-osoitetta 1/1/2019

86 IP-otsakkeen kentät jatkuvat
Time to live rajoittaa paketin elinaikaa maksimi 255 sekuntia vähenee joka hypyllä reitittimestä toiseen myös odottaessaan reitittimessä (ei yleensä) paketti hävitetään, kun laskuri menee nollille Protocol mille kuljetuskerrokselle kuuluu esim. TCP- tai UDP-siirtoon kuuluva 1/1/2019

87 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
muuttaa lähiverkko-osoitteen IP- osoitteeksi käynnistettäessä levytön työasema asema kysyy IP-osoitettaan yleislähetyksenä “Lähiverkko-osoitteeni on xxxxx..xx. Mikä on IP- osoiteeni?” RARP-palvelin vastaa kertomalla laitteen IP- osoitteen => kaikille laitteille voidaan käyttää samaa aloitustiedostoa 1/1/2019

88 reititin ei välitä RARP-viestejä
joka verkossa oltava oma RARP-palvelin käytetään BOOTP-protokollaa käyttää UDP-viestejä, jotka reititin välittää toisiin verkkoihin lisäinformaatiota tiedostopalvelimen IP-osoite oletusreitittimen IP-osoite aliverkkomaski 1/1/2019

89 5.3 Ruuhkan valvonta yleistä ruuhkan valvonnasta ruuhkan estäminen
liikenteen tasoittaminen vuotava ämpäri, vuoromerkkiämpäri liikennevirran määrittely ruuhkan säätely kuorman rajoittaminen pääsyvalvonta, hidastuspaketit kuorman purkaminen pakettien tuhoaminen 1/1/2019

90 Yleistä ruuhkasta suorituskyvyn rajat
palvelijaketju (reititin, linkki, reititin, …) ketjun maksimiteho korkeintaan hitaimman palvelijan teho suoritusteho: sanoma/aikayksikkö hitain palvelija on pullonkaula jos hitainta tehostetaan => missä / mikä on uusi pullonkaula? 1/1/2019

91 l1 l2 m l3 => ruuhkaa jos ==> C1 C2 C3 C4 ==> 1/1/2019

92 ruuhkan valvonta <=> vuon valvonta
verkon selvittävä tarjotusta kuormasta globaali ongelma monta lähettäjää, monta vastaanottajaa vuonvalvonta lähettäjä ei saa lähettää enempää kuin vastaanottaja pystyy käsittelemään kaksipisteyhteys suora palaute vastaanottajalta lähettäjälle 1/1/2019

93 ‘open-loop’ control järjestelmä suunnitellaan sellaiseksi, ettei ruuhkaa synny uuden asiakkaan hyväksyminen pakettien hävittäminen skedulointiperiaatteet järjestelmän tila ei vaikuta päätöksentekoon 1/1/2019

94 ‘closed-loop’ control
palautesilmukka (feed back loop) seurataan järjestelmän tilaa puskurien täyttöaste uudelleenlähetysten lukumäärät, viipeet, viipeiden vaihtelu ongelman havaitsija ilmoittaa pakettien alkuperäiselle lähettäjälle, kaikille reitittimet aktiivisesti kyselevät nopeampi reagointi mahdollista 1/1/2019

95 lähetyskäyttäytymisen muuttaminen ruuhkan vähentämiseksi
liian hidas reagointi => ruuhka kasvaa liian nopea reagointi => heiluriliikettä 1/1/2019

96 Toiminnan säätö ruuhkatilanteessa
lisää kapasiteettia kiintiön nostaminen varajärjestelmän käyttö vähennä kuormaa ei uusia käyttäjiä, huonompi palvelu, jne sopii hyvin virtuaalipiireihin virtuaalipiirit =>verkkokerroksella datasähkeet => kuljetuskerroksella 1/1/2019

97 Ruuhkanestopolitiikat
siirtoyhteyskerros uudelleenlähetyspolitiikka epäjärjestyksessä saapuneiden talletuspolitiikka kuittauspolitiikka, vuon valvontapolitiikka, verkkokerros virtuaalipiiri <=> tietosähke pakettien jonotuspolitiikka pakettien poistamispolitiikka reititysalgoritmi pakettien elinikä 1/1/2019

98 kuljetuskerros uudelleenlähetyspolitiikka
epäjärjestyksessä saapuneiden talletuspolitiikka kuittauspolitiikka vuon valvontapolitiikka ajastinaikojen asetukset 1/1/2019

99 Liikenteen tasoitus (traffic shaping)
liikenne tyypillisesti purskeista aiheuttaa ruuhkaisuutta tasoitetaan liikennevirtaa puskurilla puskuri toimii jonona vuotava ämpäri vuoromerkkiämpäri liikennevirran määrittely määrittelee asiakkaan oikeudet ja velvollisuudet 1/1/2019

100 Vuotava ämpäri (leaky bucket)
purskeisuutta tasoittaa iso puskuri, josta liikenne valuu tasaisesti ‘vuotava ämpäri’ yksi tavu / yksi paketti lähtee jossain aikayksikössä, jos on lähetettävää jos datapurske mahtuu puskuriin, se aikanaan pääsee matkaan äärellinen jono yläraja saapumistiheydelle 1/1/2019

101 Vuoromerkkiämpäri (Token bucket)
lähettäminen vaatii vuoromerkin vuoromerkkejä generoituu tasaisella nopeudella jos ei lähetettävää, merkkejä jää säästöön korkeintaan niin paljon kuin ämpäriin mahtuu => sallii rajoitetut ‘minipurskeet’ joustavampi kuin vuotava ämpäri purskeet voivat aiheuttaa ruuhkaa => vuotava ämpäri vuoromerkkiämpärin perään 1/1/2019

102 Liikenteen määrittely (flow specification)
sovitaan liikennevirrasta yhteyttä muodostettaessa asiakas esittää kuorma- ja palvelutoiveet palvelija: ok/ ei käy/ vastaehdotus pyydetty palvelu pakettien katoamisen sietokyky (loss sensitivity): missä määrin asiakas sietää pakettien tuhoamista viiveherkkyys (delay, delay variation) takuu: onko toive vai ehdoton vaatimus asiakas ei aina tiedä mitä todella haluaa 1/1/2019

103 Virtuaalikanavan ruuhkanvalvonta
pääsynvalvonta (admission control) jos ruuhkaa, ei uusia virtuaalikanavia uusi kanava ok, jos kiertää ruuhka-alueen virtuaalikanavaa avattaessa sovitaan liikennekuormituksesta ja palvelun laadusta verkosta varataan tarvittavat resurssit resurssien varaus milloin varataan, paljonko varataan liikenne on purskeista turha varaus tuhlaa resursseja 1/1/2019

104 hidastuspaketti (choke packet)
voidaan käyttää kaikenlaisissa verkoissa reititin tarkkailee kuormitusta ulosmenolinjojen käyttöastetta jonopituuksia esim Unew = aUold + (1-a)f a kuinka nopeasti aikaisempi historia unohtuu f kuormitettu vai ei ( o tai 1) 1/1/2019

105 jos liikaa kuormaa, reititin huolestuu
lähettäjälle hidastuspaketti lähettäjä hidastaa lähetystään vähentää ensin puoleen ja sitten taas puoleen perustuu vapaaehtoisuuteen reilu jonotus useita kynnysarvoja lievä, vakava, erittäin vakava varoitus muita ruuhkan ‘mittoja’ jonon pituus puskurikäyttö 1/1/2019

106 Hidastuspaketin ongelmia:
lähettäjän hidastus vapaaehtoista reilu jonotus: kullakin lähettäjällä oma jono jokaiseen ulosmenolinjaan A B C Lähetetään vuorotellen eri jonoista. 1/1/2019

107 Hidastuspaketin vaikutuksen hitaus pitkillä linjoilla Ratkaisu:
ei pelkästään lähettäjälle myös välissä olevat reitittimet alkavat hidastaa 1/1/2019

108 Kuorman kevennys (Load Shedding)
tuhotaan paketteja => kuorma kevenee reititin täyttyy: mitä paketteja tuhotaan? reititin 13 12 11 10 9 8 7 6 FTP: tuhotaan 8 => paketit 8-11 uudelleen tuhotaan 11 => paketti 11 uudelleen video: ? 1/1/2019

109 riippuu sovelluksesta
viini: vanha parempi kuin uusi maito: uusi parempi kuin vanha eriarvoiset paketit perusdata/muutokset teksti / kuva käyttäjä ilmoittaa prioriteetin arvokkaita ei tuhota prioriteetin käytön valvonta: hinta/sallitun lähetysmäärän ylittävät paketit paketti tuhottu, entä sanoma mitä tehdään ko. sanomalle 1/1/2019

110 reitittimet tietävät ketkä kuuluvat mihinkin ryhmään
reititin laskee virittävän puun puusta poistetaan linjat, jotka eivät johda ryhmään kuuluviin solmuihin skaalautuu huonosti 1/1/2019

111 reititin laskee virittävän puun
puusta poistetaan linjat, jotka eivät johda ryhmään kuuluviin solmuihin skaalautuu huonosti 1/1/2019