12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 1 Сетевой уровень. - презентация

1 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 1 Сетевой уровень

2 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 2 Сетевой уровень Сетевой уровень – граница транспортной подсети Основной задачей сетевого уровня является получение пакетов от всех источников и передача их по назначению. Сервис сетевого уровня разрабатывался в следующих целях: сервис должен быть независимым от технологии передачи, используемой в транспортной подсети и СПД среде; транспортный уровень должен быть независим от числа, типа коммутирующих машин и топологии подсети; адрес в транспортной подсети, доступный на транспортном уровне, должен иметь унифицированную форму по всей сети.

3 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 3 Сетевой уровень Каким же должен быть сетевой уровень: надежным, ориентированным на соединения или не надежным без соединений? –Это вопрос о том где разместить основную вычислительную сложность по обеспечению надлежащего сервиса.

4 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 4

5 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 5

6 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 6

7 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 7 Алгоритмы маршрутизации Алгоритм маршрутизации - часть программного обеспечения сетевого уровня, и отвечает за определение по какой линии отправлять пакет дальше. Алгоритм маршрутизации должен обладать рядом свойств: корректностью, простотой, устойчивостью, стабильностью, справедливостью и оптимальностью. –справедливость и оптимальность часто могут вступать в противоречие друг с другом.

8 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 8

9 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 9 Алгоритмы маршрутизации Критерии оптимизации –Минимизация средней задержки пакета –Максимизация пропускной способности сети –Минимизация числа переходов между маршрутизаторами -скачок (hop) Не адаптивные алгоритмы (статическая маршрутизация) Адаптивные алгоритмы Принцип оптимальности

10 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 10 Дерево захода

11 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 11 Не адаптивные алгоритмы Маршрутизация по наикратчайшему пути Маршрутизация лавиной - ограничение роста числа пакетов в сети Маршрутизация на основе потока

12 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 12

13 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 13

14 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 14 Не адаптивные алгоритмы Маршрутизация по наикратчайшему пути Маршрутизация лавиной - ограничение роста числа пакетов в сети Маршрутизация на основе потока

15 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 15

16 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 16

17 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 17 Адаптивные алгоритмы Маршрутизация по вектору расстояния используется в сети Novell, AppleTalk, Cisco маршрутизаторах (RIP алгоритм). –Проблема бесконечного счетчика –Разделение направлений

18 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 18

19 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 19 Адаптивные алгоритмы Маршрутизация по вектору расстояния используется в сети Novell, AppleTalk, Cisco маршрутизаторах (RIP алгоритм). –Проблема бесконечного счетчика –Разделение направлений

20 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 20 Проблема счетчика до бесконечности

21 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 21

22 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 22 Адаптивные алгоритмы Маршрутизация по состоянию канала Определить своих соседей и их сетевые адреса; Измерить задержку или оценить затраты до каждого соседа; Сформировать пакет, где указаны все данные, полученные на шаге 2; Послать этот пакет всем другим маршрутизаторам; Вычислить наикратчайший маршрут до каждого маршрутизатора.

23 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 23 Определение соседей

24 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 24 Определение затрат

25 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 25 Маршрутизация по состоянию линии Определение соседей Оценка затрат Формирование пакета состояния канала Распространение пакетов состояния каналов. Проблемы: размер поля последовательных номеров пакетов. если маршрутизатор упал и потерял последовательность чисел, то неясно как ее восстановить. если в результате передачи возникнет ошибка, например, вместо 4 получим пакет с номером –Улучшения алгоритма Вычисление нового пути (IS-IS, OSPF)

26 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 26 Формирование пакета состояния канала

27 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 27 Маршрутизация по состоянию линии Определение соседей Оценка затрат Формирование пакета состояния канала Распространение пакетов состояния каналов. Проблемы: размер поля последовательных номеров пакетов. если маршрутизатор упал и потерял последовательность чисел, то неясно как ее восстановить. если в результате передачи возникнет ошибка, например, вместо 4 получим пакет с номером –Улучшения алгоритма Вычисление нового пути (IS-IS, OSPF)

28 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 28

29 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 29 Адаптивные алгоритмы Маршрутизация по состоянию линии Определить своих соседей и их сетевые адреса; Измерить задержку или оценить затраты до каждого соседа; Сформировать пакет, где указаны все данные, полученные на шаге 2; Послать этот пакет всем другим маршрутизаторам; Вычислить наикратчайший маршрут до каждого маршрутизатора.

30 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 30 Иерархическая маршрутизация

31 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 31 Алгоритмы маршруизации Иерархическая маршрутизация Маршрутизация для мобильного узла 1.Периодически агент визитеров рассылает по своей области пакет где указано место его расположения и адрес. 2.Мобильный узел регистрируется у агента визитеров. 3.Агент визитеров обращается через сеть к домашнему агенту. 4.Домашний агент изучает конфиденциальный данные, время связи. Если эти данные соответствуют тому, что есть у домашнего агента об этом пользователе он дает добро на связь. 5.Агент визитеров, получив подтверждение от домашнего агента, регистрирует его.

32 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 32

33 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 33

34 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 34 Маршрутизация при вещании Первый - источник генерирует столько сообщений, сколько получателей. Метод лавины – другое решение. Он слишком сильно расходует пропускную способность. Третий подход – маршрутизация множественной доставки. Здесь каждый пакет должен иметь либо лист рассылки, либо карту рассылки.

35 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 35 Маршрутизация при вещании Четвертый поход основан на использовании дерева связей. Каждый маршрутизатор дублирует пакет вдоль линий, соответствующих дереву связей, кроме той, по которой пакет пришел. Пятый подход основан на неявном использовании дерева связей. (рис.5-20) Маршрутизация при групповой передаче (рис.5-21)

36 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 36

37 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 37

38 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 38 Алгоритмы управления перегрузками явление перегрузки причины возникновения перегрузок управление перегрузками vs управление потоком основные принципы управления перегрузками –управление с открытым контуром –управление с закрытым контуром наблюдение за системой, чтобы определить где и когда начались перегрузки; передача данных в места принятия решения; коррекция настройки функционирования системы.

39 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 39

40 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 40 Алгоритмы управления перегрузками явление перегрузки причины возникновения перегрузок - не сбалансированность ресурсов управление перегрузками vs управление потоком основные принципы управления перегрузками –управление с открытым контуром –управление с закрытым контуром наблюдение за системой, чтобы определить где и когда начались перегрузки; передача данных в места принятия решения; коррекция настройки функционирования системы.

41 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 41 Алгоритмы управления перегрузками явление перегрузки причины возникновения перегрузок управление перегрузками vs управление потоком основные принципы управления перегрузками –управление с открытым контуром –управление с закрытым контуром наблюдение за системой, чтобы определить где и когда начались перегрузки; передача данных в места принятия решения; коррекция настройки функционирования системы.

42 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 42 Алгоритмы управления перегрузками Метрики перегрузки процент пакетов, сброшенных из-за нехватки памяти в буферах; средняя длина очередей в системе; число пакетов, для которых наступил тайм-аут и для которых были сделаны повторные передачи; средняя задержка пакета при доставке и среднее отклонение задержки при доставке пакета.

43 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 43 Алгоритмы управления перегрузками явление перегрузки причины возникновения перегрузок управление перегрузками vs управление потоком основные принципы управления перегрузками –управление с открытым контуром –управление с закрытым контуром наблюдение за системой, чтобы определить где и когда начались перегрузки; передача данных в места принятия решения; коррекция настройки функционирования системы.

44 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 44 Алгоритмы управления перегрузками Решения с открытым контуром делятся : воздействующие на источники и воздействующие на получателей. Решения с закрытым контуром - с явной обратной связью и не явной обратной связью. Явная обратная связь - источнику посылается специальный пакет, который информирует его о перегрузке. Не явная обратная связь - источник сам определяет факт перегрузки на основе своих локальных наблюдений за трафиком

45 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 45 Алгоритмы управления перегрузками Факторы влияющие на перегрузки Формирование трафика –Алгоритм текущего ведра –Алгоритм ведра с маркерами

46 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 46

47 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 47 Алгоритмы управления перегрузками Факторы влияющие на перегрузки Формирование трафика –Алгоритм текущего ведра –Алгоритм ведра с маркерами

48 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 48

49 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 49

50 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 50 Алгоритмы управления перегрузками Факторы влияющие на перегрузки Формирование трафика –Алгоритм текущего ведра –Алгоритм ведра с маркерами

51 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 51

52 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 52 Алгоритм ведра с маркерами Обозначим S - длительность временного увеличения трафика на входе; - скорость поступления маркеров Б/с; M - максимальная скорость входного трафика Б/с; C - емкость корзины в байтах. Тогда C + S = MS. Откуда получаем, что S= C/(M - ). На рис.5-25 (d-e) показан трафик для M = 25MB/sec, = 2MB/sec и C = 250, 500 и 750 KB соответственно.

53 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 53

54 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 54

55 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 55 Управление перегрузками в сетях с виртуальными каналами хост и транспортная среда устанавливают форму трафика (объеме передаваемых данных, качестве сервиса и т.п.). Резервирование необходимых ей ресурсов может происходить постоянно, а может быть сделано только при возникновении перегрузок. Плата за резервирование - недоиспользованная пропускная способность. контроль на входе - если обнаружена перегрузка, все что способствует увеличению трафика запрещено –запрещается создание новых соединений на транспортном уровне; –установка новых виртуальных соединений разрешена, но только при наличии не перегруженных маршрутов.

56 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 56

57 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 57 Управление перегрузками Подавляющие пакеты –отложенное подавление –справедливая очередь с ожиданием –подавление по скачкам Сброс нагрузки –приоритеты у приложений –приложения «вино» vs приложения «молоко»

58 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 58

59 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 59 Управление перегрузками Подавляющие пакеты –отложенное подавление –справедливая очередь с ожиданием –подавление по скачкам

60 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 60

61 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 61 Управление перегрузками Сброс нагрузки –приоритеты у приложений –приложения «вино» vs приложения «молоко»

62 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 62

63 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 63

64 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 64

65 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 65

66 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 66

67 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 67

68 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 68

69 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 69

70 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 70

71 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 71

72 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 72

73 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 73

74 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 74

75 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 75 Internet как сеть множества сетей

76 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 76

77 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 77

78 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 78

79 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 79

80 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 80

81 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 81

82 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 82

83 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 83

84 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 84 OSPF - внутренний протокол маршрутизации шлюзов Автономные системы: протоколы внешних шлюзов vs внутренних шлюзов OSPF - Open Shortest Path First –алгоритм должен быть опубликован в открытой литературе –уметь работать с разными метриками: расстоянием, пропускной способностью, задержкой и т.п. –должен быть динамическим –должен поддерживать разные виды сервиса –должен обеспечивать балансировку нагрузки и при необходимости разделять потоки по разным каналам –маршрутизатору не должен знать параметров всей сети –должна быть усилена безопасность маршрутизаторов – использование маршрутизаторами тунелирования

85 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 85 OSPF - внутренний протокол маршрутизации шлюзов OSPF поддерживает три вида соединений и сетей: –Точка-точка между двумя маршрутизаторами; –Сети с множественным доступом и вещанием (большинство ЛВС); –Сети с множественным доступом без вещания (например, региональные сети с коммутацией пакетов). OSPF различает четыре класса маршрутизаторов: –Внутренний маршрутизатор расположен целиком внутри одной области; –Пограничный маршрутизатор соединяет несколько областей между собой; –Остовной маршрутизатор принадлежит остовной области; –АС пограничный маршрутизатор соединен с маршрутизаторами других АС.

86 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 86

87 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 87 OSPF - внутренний протокол маршрутизации шлюзов В OSPF маршрутизаторы обмениваются данными не с соседними маршрутизаторами, а со смежными маршрутизаторами.

88 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 88

89 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 89 BGP - внешний протокол маршрутизации шлюзов Внутри АС основная цель внутреннего маршрутизатора найти наиболее оптимальный маршрут Между АС надо учитывать уже и ряд политических условий, вызванных политикой конкретной организации, которой принадлежит АС. Например –Трафик от определенных АС не должен проходить через АС организации; –Маршрут, начинающийся в министерстве обороны России, никогда не должен проходит через АС, расположенных на территории Чечни; –Трафик через Украину может проходить, только если нет другого маршрута; –Трафик из или в АС, принадлежащие IBM, никогда не должен проходить через АС, входящие в корпоративную сеть Microsoft.

90 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 90 BGP - внешний протокол маршрутизации шлюзов BGP маршрутизатором сети делятся на три категории. тупиковые сети они никуда не ведут. У них только одна точка соединения с BGP графом. Они не могут использоваться для транзита. Сети с множественными соединениями. Они могут использоваться для транзита, если допускают его. Транзитные сети - такие как опорные, которые предназначены для транзита трафика, возможно с некоторыми ограничениями.

91 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 91

92 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 92 CIDR - бесклассовая маршрутизация внутри домена Европа Северная Америка Центральная и Южная Америка Азия и Тихий Океан каждый регион получил 32 миллиона адресов

93 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 93 IPv6 Расширено адресное пространство: в IPv6 используется 128 разрядный адрес ( увеличивает количество адресов в 2 96 раз, что позволяет иметь 6×10 23 адресов на один квадратный метр поверхности земли!) Улучшен механизм вариантов Автоматическое назначение адресов Улучшена гибкость групповой адресации. Поддержка распределения ресурсов: вместо поля Тип сервиса в IPv4, IPv6 позволяет отмечать пакеты, принадлежащие к конкретному потоку данных, и для которых отправитель требует специальной обработки. заголовокрасширение...расширениеTPDU

94 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 94

95 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 95 IPv6 Hope-by-Hope расширение: этот тип расширения заголовка определяет специальную обработку пакета при маршрутизации и несет информацию, необходимую маршрутизатору для этой обработки. Маршрутизирующее расширение: содержит информацию для маршрутизации от источника. Расширение фрагментации: несет информацию о фрагментации и сборке сообщения. Идентифицирующее расширение: предоставляет информацию, позволяющую убедиться в подлинности отправителя. Расширение о конфиденциальности Расширение для получателя: здесь располагается информация, предназначенная для получателя пакета.

96 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 96 Заключение Cетевой уровень обеспечивает услуги для транспортного уровня. ( виртуальные соединения и дейтаграммы.) Алгоритмы маршрутизации. –Статические алгоритмы, такие как, наикратчайшего пути, лавинообразный, на основе потока. –Динамические алгоритмы, такие как, по вектору расстояния, по состоянию канала. Важными вопросами маршрутизации являются: –Иерархическая маршрутизация –Маршрутизация мобильного узла –Маршрутизация при вещании –Групповая маршрутизация Перегрузки –Методы предотвращающие перегрузки: формирование трафика, спецификации потока, резервирования пропускной способности. –Методы устранение перегрузки: подавляющие пакеты, сброс нагрузки и другие.

97 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 97

98 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 98

99 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 99

100 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 100

101 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 101

102 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 102

103 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 103

104 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 104

105 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 105

106 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 106

107 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 107

108 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 108

109 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 109

110 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 110

111 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 111

112 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 112

113 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 113

114 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 114

115 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 115

116 12 декабря 2013 г.Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 116