Capa Red Algoritmos de Enrutamiento

Capa Red
Algoritmos de Enrutamiento
Prof. Wílmer Pereira
Universidad Católica Andrés Bello
Prof. Wílmer Pereira
Diploma de Estudios Avanzados
en Gestión de la Comunicaciones
y Tecnología de la Información
Servicios de redes
No Orientado Conexión vs Orientado Conexión
Por inestabilidad
vs
Calidad de servicio
no hay controles
IP
Universidad Católica Andrés Bello
vs
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ATM
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en Gestión de la Comunicaciones
y Tecnología de la Información
Principios de enrutamiento
Encaminamiento
Encaminamientode
depaquetes,
paquetes,
desde
desdeuna
unalínea
líneade
deentrada
entradaaauna
unade
desalida,
salida,
considerando
considerandocambios
cambiosde
detopología
topologíayytráfico
tráfico
Tolerante a fallas (continua funcionando aún con caídas)
Estable (debe equilibrarse)
Justo y óptimo (i.e. equilibrio entre maximizar tasa
de transmisión y minimizar retardos)
Simplicidad
Estáticos o no adaptativos (inundación, ruta más corta, ...)
Dinámicos o adaptativos (vector distancia, estado del enlace, ...)
Importante es construir el árbol sumidero (sin ciclos)
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Enrutamiento por la ruta mas corta
Métricas:
Métricas:
Saltos,
Saltos,Tiempo
Tiempoen
encolas
colasde
deespera,
espera,
Tráfico,
Tráfico,Velocidad
Velocidadde
detransmisión
transmisión......
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y Tecnología de la Información
Inundación
Mucho ancho de banda
Colocar contador de saltos en el encabezado del paquete
y disminuir en cada router (inicializado al diámetro de la red)
Cada paquete lleva un número de secuencias y se evitan
duplicados
Inundación selectiva (debe conocer a priori algo de la topología)
Usar árbol expandido es una buena opción
Aplicaciones
Tolerancia a fallas
Modificación de bases de datos distribuidas en paralelo
Detección del camino óptimo para métrica
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Vector Distancia
(RIP)
Cada
Cadarouter
routercon
contabla
tablade
delalamejor
mejordistancia
distanciaalaldestino
destino
por
porintercambio
intercambiode
deinformación
informacióncon
consus
susvecinos
vecinosinmediatos
inmediatos
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Problemas de Vector Distancia
Problema de la cuenta hasta infinito:
Las buenas noticias se propagan bien y las malas muy lentamente
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Enrutamiento por estado del enlace
(OSPF)
(1) Descubrir a sus vecinos inmediato (HELLO o ping)
(2) Medir el retardo o costos a cada uno de esos vecinos (colas?)
(3) Construir un paquete que indique lo que acaba de aprender
(4) Enviar a todos los demás routers (inundación usando seq.)
(5) Cada router calcula la ruta más corta (Dijsktra)
La edad sirve para borrar entradas
de la tabla de enrutamiento. Esto
evita problema de números de
secuencia fuera de orden (caída
de router) o alterados
Problemas:
•Información incorrecta de las líneas
•Memoria de los routers agotada
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Enrutamiento Jerárquico
Debido
Debidoalalcrecimiento
crecimientode
delalared
redes
esconveniente
convenientejerarquizarla
jerarquizarla
((sistema
sistematelefónico)
telefónico)en
enregiones,
regiones,zonas,
zonas,grupos,
grupos,etc
etc
Ejemplo: red a 720 routers con tablas:
Sin jerarquía:
24 regiones de 30 routers:
8 zonas con 9 regiones a 10 routers:
720
30+23 = 53
10+8+7 = 25
Número de niveles óptimos es para n enrutadores ln n
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Estrategias por Difusion
(1) Enviar a todos los destinos explícitamente (muy costoso)
(2) Política multidestino:
Cada paquete tiene una lista de los destinos
El router copia y envía por la línea que use alguno de los destinos
Después de muchos saltos, el paquete tendrá sólo un destino …
(3) Construir un árbol de expansión (se logra fácilmente con EE)
(4) Reenvío por ruta invertida
Al llegar paquete de difusión,
Si viene por el puerto de origen, reenviar a todas las salidas
Si viene por otro puerto diferente, suponer que es duplicado
Ventajas:
Sencillo
No requiere árbol de expansión ni lista de destino
No usa mecanismo de detención (contadores) como la inundación
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Enrutamiento por multidifusión
Difusión
Difusiónen
engrupos
gruposnuméricamente
numéricamentegrandes
grandes(no
(nopunto
puntoaapunto)
punto)
pero
peropequeños
pequeñosen
encomparación
comparacióncon
conlalared
red(no
(nodifusión)
difusión)
Como unirse a un grupo no compete al algoritmo de enrutamiento
Generar árboles expandidos de cada grupo y los almacena cada router
Muchos árboles por cada router
Construir un solo árbol de núcleo (la raíz es la mitad del grupo)
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Direccionamiento por multidifusión
28 bits para grupos => 250 millones de grupos
Hay grupos temporales y permanentes
224.0.0.1 Todos en la LAN
224.0.0.2 Todo router de la LAN
224.0.0.5 Todo router OSPF de la LAN
224.0.0.6 Todo router designado de la LAN
Cada host debe unirse explícitamente a cada grupo
Los router deben ser especiales. Cada minuto le pregunta
a los host de la LAN (224.0.0.1) a cuales grupos están
adscritos
Crea árboles de ruta invertida para cubrir todos los miembros
del grupo con su mejor esfuerzo (sin garantías)
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Enrutamiento con IP móvil
Tipos de nodos:
Estacionarios (fijos)
Migratorios (fijos móviles)
Ambulantes (en movimiento)
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El área foránea puede ser una
LAN o una celda inalámbrica
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Algoritmo de IP móvil
Periódicamente cada agente foráneo difunde un paquete.
Sin embargo también es posible que un móvil pregunte
por algún agente foráneo
El móvil se registra con el agente foráneo e intercambia
información de seguridad
El agente foráneo contacta al agente base e intercambia la
información de seguridad
El agente base indica al agente foráneo que proceda
El agente foráneo indica al móvil que está registrado
El enrutamiento puede hacerse pasando por el agente base aunque
es más eficiente que la comunicación sea directa entre nodos
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Enrutamiento ad hoc
Nodos
Nodosmóviles
móvilesyyrouters
routersmóviles
móviles......
No
Nohay
haytopología
topologíafija
fijani
nivecinos
vecinosconocidos
conocidos......
AODV (Vector distancia ad hoc bajo demanda)
Limitaciones:
Los enlaces pueden ser asimétricos
A
B
Estar en el radio de acción, no significa estar
conectado (interferencias)
Se envían paquetes de route request y route reply
Se calculan árboles sumideros
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Descubrimiento de ruta en redes ad-hoc
Solicitud de ruta (route request):
Se busca en la tabla de historia, si es duplicado descartar sino
agregar a la tabla de historia
Respuesta de ruta (route reply):
Si el receptor conoce el destino, le indica al solicitante que puede pasar
a través de él (si es más reciente es decir número de secuencia mayor)
Ruta desconocida:
Incrementa número de saltos y vuelve a difundir. Además aprovecha
esta información para construir el árbol sumidero.
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Mantenimiento de ruta en redes ad hoc
En el camino de regreso se inspeccionan los paquetes y se actualizan las
tablas de enrutamiento local
Si no se conoce esa ruta
El número de secuencia mayor que la ruta conocida (más reciente)
La nueva ruta es más corta
Con el tiempo de vida se difunde menos y puede ser variable
Difunde periódicamente HELLO para ver vecinos activos
Route Request
Route Reply
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Enrutamiento Peer to Peer
Sistema
Sistemadistribuido
distribuidocon
connodos
nodossimétricos
simétricospara
paracompartir
compartir
información
información(multimedia),
(multimedia),cómputo
cómputo(Seti
(SetiatatHome)
Home)oo
comunicación
comunicación(messenger)
(messenger)
Breve Historia:
Napster aparece en 1999 y cerrado en Jul/2001 por centralizado
RIIA (Recording Industry Association of America) defiende
a los músicos y lograron cerrar e-Donkey
En sep/2003, RIAA demandó a 261 personas entre ellos una
niña de 12 años que acabó condenada a pagar 2000 dólares !!!
Ante esto surgió P2P anónimo o F2F (friend to friend) de redes
cerradas con firma digital pero ... terrorismo y pornografía infantil
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Algoritmo Peer to Peer: CHORD
n usuarios y cada uno guarda archivos e índices
El identificador del usuario se extrae del hash del IP
(id de 160 bits con SHA-1), 2160 nodos posibles con su sucesor
El hash de cada recurso es la clave y junto con el propietario,
es guardado por el nodo sucesor de clave
Así sucesor(clave) tiene la dirección IP del nodo que tiene
el recurso … la idea es evitar la búsqueda secuencial …
Tablas de finger
[hash(recurso), sucesor(hash(recurso))]
Tabla pequeña con nodos cercanos
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Anillo de usuarios y recursos
Actualización dinámica por nodos que ingresan o abandonan el anillo
Si nodo abandona notifica a sucesor y predecesor y entregan claves.
Si se cae se descubre en las actualizaciones automáticas de las tablas de finger
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Otros algoritmos peer2peer
Pastry
Kandelia
Koorde
Ideal
CAN
Tapestry ...
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Protocolos de Router en Internet
Protocolos de Puerta de Enlace interior IGP
Dentro de los sistemas autónomos (OSPF)
Protocolos de Puerta de Enlace Exterior EGP
Entre sistemas autónomos (BGP)
Criterios de diseño de OSPF (Open Shortest Path First):
Código abierto
Diferentes tipos de métricas: distancia, retardo, congestión, etc
Enrutamiento por tipo de servicio (poco utilizado)
Algoritmo de adaptación dinámica a los cambios de topología
Realizar balanceo de cargas
Considerar jerarquía
Consideraciones mínimas de seguridad (VPN)
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Características de OSPF
Utiliza estado del enlace con una base de datos distribuida y
definiendo un sistema autónomo compuesto de áreas
Construye un grafo con pesos, buscando caminos más cortos
mediante el algoritmo de Dijsktra
El sistema autónomo conecta sus áreas gracias a la red dorsal
esto implica una arquitectura tipo estrella
Los routers pueden ser:
Internos de área
Límite de área
De red dorsal
Fronterizo del sistema autónomo
Designado
El router designado reduce el tráfico ya que tiene la información
común a todos los demás routers (se contempla un respaldo)
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Arquitectura OSPF
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Mensajes OSPF
hello
al inicializarse un router para conocer sus vecinos
link state update
informa a los routers adyacentes de su tabla
database description
entrega todos los números de secuencia de su tabla
de estados del enlace
link state request
solicita información del estado del enlace
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BGP (Border Gateway Protocol)
Permite la comunicación entre sistemas autonomos y
es necesario sólo para los proveedores del servicio internacional
respetando políticas ...
Ejemplo de políticas:
No incluir a Irak en una ruta que pase por USA
No usar router de USA para tráfico canadiense
No pasar por Microsotf cuando se comunican centros IBM ...
Características:
Los routers se configuran manualmente
Se dividen por conectividad en:
Redes terminales
Redes multiconectadas
Redes de tránsito
Usa algoritmo de vector ruta (parecido a vector distancia)
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Ejemplo BGP
Evita el problema de cuenta a infinito típico de
protocolos como vector distancia
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