Сетевой уровень. (Лекция 9)

Основные составляющие

Протокол IP – работает на всех компьютерах в цепочке передачи.

IP-адреса

IP-адрес - 4-байтовое число (32 разряда)
Например, 192.168.10.153
Он присваивается каждому интерфейсу
Считается, что

Устаревшее разделение сетей на классы

Бесклассовая адресация

Иерархия IP-адресов

Зарезервированные адреса

255.255.255.255 – широковещательный
127.0.0.0 / 8 – петля обратной связи
10.0.0.0 /

Принципы передачи данных по протоколу IP

Таблица маршрутизации route print

Network Destination Netmask Gateway Interface Metric
0.0.0.0 0.0.0.0 195.208.237.1

Домашнее задание

Формат IP-дейтаграммы

Служебные протоколы. ICMP

Internet Control Message Protocol — межсетевой протокол управляющих сообщений
Передача информации

Служебные протоколы. DHCP

DHCP - протокол динамического конфигурирования узлов
позволяет компьютерам автоматически получать

Принципы работы DHCP

Компьютер отправляет широковещательный UDP – пакет: «Кто может назначить

Решение проблемы нехватки IP-адресов (NAT)

Hole punching

Маршрутизация

Маршрутизация (англ. routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях

Иерархическая маршрутизация

Вся сеть разбивается на вложенные подсети
Внутри каждой автономной подсети используются

Идея
Каждый узел хранит вектор расстояний, содержащий расстояния до подсетей и направления
Если

Обновление вектора расстояний

Update(x,y,z)
d := c(x,z) + d(z,y) # Расстояние от x до

Алгоритм Беллмана-Форда

Цикл
Для каждого узла x
Для каждого узла z
Для каждого направления y
d(x,y)

Lecture 10: 2-10-2005

Исходные векторы

A

E

F

C

D

B

2

3

6

4

1

1

1

3

Lecture 10: 2-10-2005

Итерация №1

A

E

F

C

D

B

2

3

6

4

1

1

1

3

Lecture 10: 2-10-2005

Итерация №2

A

E

F

C

D

B

2

3

6

4

1

1

1

3

Неустойчивая работа при изменении конфигурации

OSPF: Алгоритм состояния связей

Каждый узел хранит копию графа сети
Узлы обмениваются информацией

Алгоритм Дейкстры

Дано:
Граф с источником s и весами дуг c(u,v)
Требуется:
вычислить кратчайший

Алгоритм Дейкстры

Множества узлов
«Готово»
До них уже найдены кратчайшие пути
«просматриваем»
соседи узлов из «готово»
«пока

Алгоритм Дейкстры: начало

A

E

F

C

D

B

2

3

6

3

1

1

2

3

Источник s

Длина путей на
текущей итерации

готово

просматриваем

пока не дошли

Алгоритм Дейкстры: начало

Рассчитываем d(v) для v из просматриваемого множества, остальным приписываем

Алгоритм Дейкстры: один шаг

Находим узел с минимальным d(v) во множестве просматриваемых
Добавляем этот

Алгоритм Дейкстры: повторяем

A

C

2

3

6

3

1

1

2

3

F

B

D

E

готово

просматриваем

пока не дошли

Источник s

Алгоритм Дейкстры

2

6

3

1

1

2

3

A

C

3

D

B

E

F

готово

просматриваем

пока не дошли

Источник s

Алгоритм Дейкстры

Зеленым отмечено дерево кратчайших путей

2

6

3

1

1

2

3

A

C

3

D

B

E

F

Источник s

BGP: внешняя маршрутизация

Магистральные провайдеры
Verison
Retn.net
ТрансТелеКом
Golden telecom
…..

BGP: внешняя маршрутизация

ISP предоставляют услуги связи только своим клиентам
ISP обычно запрещают транзитный

BGP: внешняя маршрутизация

K1

K2

K3

K4

П1

П2

П3

П4

П5

BGP: автономные системы (AS)

Автономная система – набор связанных сетей, использующих единую

Граф AС – это фактор-граф интернета

BGP: внешняя маршрутизация

Таблица маршрутизации BGP

Домашнее задание

Скачайте и просмотрите BGP-маршрутную таблицу для MSK-IX http://www.msk-ix.ru/download/lg/msk_ipv4.txt.gz
Информацию об автономных

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы

Устройство маршрутизатора

Основная задача маршрутизатора - получение дейтаграммы и отправка ее

Методы коммутации

Мультипротокольная коммутация по меткам

Multi-Protocol Label Switching (MPLS)

Обзор MPLS

Используется для ускорения маршрутизации пакетов (RFC 3031)
Идея: вместо номера сети

Формат MPLS-заголовка

20-битная метка
CoS – поле, описывающее класс обслуживания пакета
S: индикатор конца

MPLS-маршрутизация

Входной LSR(Label switching router) MPLS-домена присваивает пакетам метки, определяющие их дальнейший

MPLS-маршрутизация

Маршрут коммутации по меткам (Label Switched Path) - это последовательность устройств

Forwarding Equivalence Class

Входной маршрутизатор присваивает метки на основе Forwarding Equivalence Classes

Пример

1

2

3

1

2

1

2

3

3

50

40

Протокол IPv6

Протокол IPv6

IPv4 → IPv6
адрес – 16 байт
причины перехода на Ipv6
недостаточность объёма

Рост адресного пространства

IPv6: адреса

записываются в виде 8 двухбайтных чисел:
2001:0db8:0049:0000:ab00:0000:0000:0102
сокращения записи:
2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab
2001:0db8:0000:0000:0000::1428:57ab
2001:0db8:0:0:0:0:1428:57ab
2001:0db8:0:0::1428:57ab
2001:0db8::1428:57ab
2001:db8::1428:57ab

IPv6: типы адресов

Типы:
unicast
anycast
multicast
Зарезервированные адреса
:: ↔ 0.0.0.0
::1 ↔ 127.0.0.1
2002:ab:cd::/16 ↔ a.b.c.d

IPv6: метки потоков

Поток - это последовательность пакетов, посылаемых отправителем определённому адресату
Метки

Формат заголовка IPv6

Переход с IPv4 на IPv6

Взаимодействие IPv6 и IPv4
решения:
туннелирование (6to4, Teredo)

Туннелирование

Групповая рассылка

Multicasting

Приложения

Телерадиовещание
Распространение ПО
Видеоконференции со многими участниками
Многопользовательские игры

Архитектура группового вещания

Hosts

Routers

Протокол
взаимодействия
хостов и роутеров (IGMP)

протоколы групповой
маршрутизации

Групповые адреса

Архитектура группового вещания (RFC1112)

Каждая группа имеет один IP-адрес
Количество компьютеров в группе

Групповые адреса

IP-адреса класса D
224.0.0.0 – 239.255.255.255
Как происходит присвоение таких адресов?
Общеизвестные -

IP Multicast API

Отправка – обычная (порт, sendto)
Получение – две новых функции
Join

IGMP - Internet Group Management Protocol

Протокол взаимодействия хостов и роутеров
Каждый

IGMP: присоединение к группе

Пример : R присоединяется к группе 224.2.0.1
R посылает

IGMP: выход из группы

Пример : R покидает группу 224.2.0.1
R отправляет IGMP

Как работает IGMP

Среди маршрутизаторов, подсоединенных к одним и тем же хостам

Как работает IGMP

Когда время ожидания закончилось, хост отправляет пакет Membership Report

Как работает IGMP

Заметим, что лавины широковещательных ответов не возникает, так как

Контроль зоны группового вещания – маленькие TTL

Маршрутизация группового трафика

Цель – построить дерево распространения данных от источника ко всем