1. شبکه هاي کامپيوتري فصل پنجم: لايه شبکه (NetworkLayer)
بخش دوم: مسیریابی سلسله مراتبی، مسیریابی چندپخشی
وحید حقیقت دوست
دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شاهد

2. مسیریابی سلسله مراتبی
Hierarchical Routing

3. Internet-Map

4. مسیر یابی سلسله مراتبی مشکلات ابعاد: مشکلات مدیریتی
با بزرگ شدن انداز ه شبکه، جداول مسیریابی در مسیریابها رشد پیدا میکنند
رشد جداول مسیریابی نه تنها نیازمند حافظه بیشتر برای نگهداری جدول بلکه افزایش زمان جستجو میگردد
از طرف دیگر تبادل جداول مسیریابی پهنای باند زیادی را مصرف خواهد کرد
مشکلات مدیریتی
شبکه اینترنت از شبکه ای از شبکه ها تشکیل شده
مدیر هر شبکه ممکن است بخواهد مسیریابی را در شبکه خودش مدیریت نماید
در مسیریابی سلسله مراتبی بدینصورت عمل میشود که در هر مسیریاب به ازای مجموعه ای از مسیریابها، یک وارده ثبت میشود.

5. Hierarchical Routing
روترهای دروازه
(gateway routers)
روترها، روی ناحیه ها (regions) و ناحیه های مستقل (AS) (autonomous systems) با هم توافق میکنند
روترهای واقع شده در هر AS از پروتکل مسیریابی (routing protocol) یکسان استفاده میکنند. (intra-AS routing protocol)
برای ارتباط هر دو ناحیه با یکدیگر، یک روتر بعنوان روتر دروازه (gateway routers) تعیین میشود
یک روتر خاص در AS
پروتکل مسیریابی درون ناحیه ای (intra-AS routing) را با دیگر روترهای داخل AS اجرا میکند و نتایج آنرا به خارج از ناحیه انتقال میدهد
بادیگر روترهای دروازه پروتکل میان ناحیه ای (inter-AS routing) را اجرا میکند

6. Hierarchical Routing

7. Routing in the Internet
اینترنت به چندین سیستم مستقل (AS) تقسیم شده است
برای مثال: Stanford (32), HP (71), Shahed(12880)
با مراجعه به سایت nic.ir و ثبت query در بخش whois بصورت زیر میتوان به اطلاعات مربوط به AS هر IP که مدنظر است دست یافت:
-h whois.cymru.com -v <IP address>
Ex: -h whois.cymru.com -v
داخل یک AS، مدیر شبکه یک پروتکل درون ناحیه ایInterior Gateway Protocol (IGP) (Intra AS) را انتخاب میکند
برای مثال: RIP (rfc 1058), OSPF (rfc 1247).
بین AS ها، در اینترنت از پروتکل بین ناحیه ای Exterior Gateway Protocol (BGP) (Inter AS) استفاده میکند.
AS ها امروز از Border Gateway Protocol، BGP-4 (rfc 1771) استفاده میکنند

8. مثالی از یافتن AS number دانشگاه شاهد
آپ لینک مخابرات
=ns1.shahed.ac.ir
آپ لینک شرکت مبنا
=ns3.shahed.ac.ir

9. مسیریابیIntra-AS و Inter-AS
C.b
B.a
A.a b
A.c c a a b C a B d
دروازه ها:
مهیا سازی مسیریابی درونی بین مسیریابهای داخل AS (Inter-AS Routing)
مهیا سازی مسیریابی بین مسیریابهای دروازه (Intra-AS Routing ) c A b
Intra-AS
Routing Algorithm
Inter-AS
جدول مسیریابی DL
PHL
To/from B.a and A.a
To/from A.b
Inter/intra-AS routing در دروازه A.c
To/from A.d

10. مسیر یابی درون ناحیه ای (Intra-AS) و بین ناحیه ای (Inter-As)
C.b
Inter-AS routing between A and B
B.a
A.a
Host2 b
A.c c a a b B C a d
Intra-AS routing
within AS B c A b
Intra-AS routing
within AS A
Host1

11. جداول هدایت (Forwarding Tables)
جداول هدایت، توسط الگوریتمهای مسیریابی درون ناحیه ای و بین ناحیه ای تولید میشوند
الگوریتم مسیریابی درون ناحیه ای، وارده های مربوط به مقصدهای داخل ناحیه را تعیین میکند
الگوریتم مسیریابی درون ناحیه ای و بین ناحیه ای هر دو وارده های مربوط به مقصدهای خارج از ناحیه را تعیین میکنند

12. Inter-AS Tasks
AS1 باید:
یاد بگیرد که کدام مقصد ها از طریق AS2 و کدام مقصدها از طریق AS3 قابل دسترس هستند
اطلاعات بدست آمده را برای تمامی روترهای موجود در AS1 ارسال نماید
فرض کنید روتری در AS1 یک دیتاگرام را که مقصدش خارج از AS1 است، دریافت کند:
روتر باید این بسته را برای روتر دروازه (gateway router) ارسال نماید ولی کدامیک از روترهای دروازه؟ 3b 2c 3a 2a 2b
AS3 1a
AS2 1d 1c
AS1 1b

13. مثال: تنظیم جدول هدایت در روتر 1d
فرض کنید AS1 با استفاده از پروتکل درون ناحیه ای یادمیگیرد که زیر شبکه x از طریق AS3 (با استفاده از دروازه 1a) در دسترس است و از طریق AS2 به آن دسترسی وجود ندارد
پروتکل بین ناحیه ای اطلاعات مربوط به دسترسی به تمامی روترهای داخلی را انتشار میدهد
روتر 1d از طریق مسیریابی درون ناحیه ای متوجه میشود که از طریق واسط I کم هزینه ترین مسیر را تا 1a دارد.
وارده (x,I) را در جدول خود اضافه میکند. … x 3b 2c 3a 2a 2b
AS3 1a
AS2 1d 1c
AS1 1b

14. مثال: انتخاب از میان چندین AS
حال فرض کنید که AS1 با استفاده از پروتکل درون ناحیه ای یاد میگیرد که زیر شبکه x از طریق AS3 و AS2 در دسترس است
برای تنظیم جداول هدایت، روتر 1d باید تعیین کند که کدام دروازه باید برای هدایت بسته های مربوط به زیر شبکه x انتخاب شود.
این مورد نیز از وظایف پروتکل مسیریابی بین ناحیه ای میباشد.
مسیریابی سیب زمینی داغ (hot potato routing): بسته را به روتری که نزدیکتر است تحویل میدهیم …
….. x 3b 2c 3a 2a 2b
AS3 1a
AS2 1d 1c
AS1 1b

15. hot potato routing ارسال بسته به روتر دروازه ای که نزدیکتر است
Learn from inter-AS
protocol that subnet
x is reachable via
multiple gateways
Use routing info
from intra-AS
protocol to determine
costs of least-cost
paths to each
of the gateways
Hot potato routing:
Choose the gateway
that has the
smallest least cost
Determine from
forwarding table the
interface I that leads
to least-cost gateway.
Enter (x,I) in
forwarding table

16. مسیر یابی در اینترنت (Routing in the Internet) (RC1812): ملزومات مسیریابهای IP.V4
اینترنت جهانی از تعدادی سیستم مستقلAutonomous Systems (AS) که به هم متصل هستند تشکیل شده است:
AS انتهایی یا AS بن بست (Stub AS): مربوط به شرکتهای کوچک است که یک نقطه اتصال به دیگر AS ها دارد
AS چند گانه (Multihomed AS): مربوط به شرکتهای بزرگ (بدون ترانزیت) میباشد که در آن چندین اتصال به دیگر AS ها دارد ولی امکان تبادل پیام بین دیگر AS ها را ندارد
AS انتقال (Transit AS): چندین AS را به هم متصل میکند.

17. تبادل پیامها در مسیریابی سلسله مراتبی (1)
Transit AS
Transit AS
Stub AS
Stub AS
Multihomed AS
Stub AS
provider
customer
IP traffic

18. پشته پروتکلی TCP/IP ftp http smtp telnet snmp tftp rtp dns …
Transmission Control Pr. (TCP)
User Datagram Pr. (UDP)
Control protocols
Routing protocols …
igmp
icmp
rip
ospf
bgp …
Internet Protocol (IP)
arp
rarp
Ethernet, Wireless, token ring, FDDI, ATM, Frame relay, SNA, X25
ICMP: Internet Control Message Protocol, RFC792
IGMP: Internet Group Management Protocol, RFC 2236

19. پروتکلهای درون و بین ناحیه ای
درون ناحیه ای (Intra-AS): مدیر شبکه در انتخاب الگوریتم مسیریابی مختار است
با عنوان Interior Gateway Protocols (IGP) نیز شناخته میشود
چند پروتکل درون ناحیه عبارتند از:
RIP: Routing Information Protocol (RFCs1058,2453)
از روش بردار فاصله (DV:distance vector) استفاده میکند
اطلاعات مسیریابی بین همسایگان در 30 ثانیه تبادل میشود.
OSPF: Open Shortest Path First (RFC2328) (Open Spec.)
از روش حالت پیوند (LS: Link-State) استفاده میکند.
IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary)
از ورش حالت پیوند استفاده میکند و مخصوص تجهیزات سیسکو میباشد.
بین ناحیه ای (Inter-AS): استاندارد یکتا برای مسیریابی بین AS ها میباشد.
پروتکل BGP : Border Gateway Protocol (RFC1771)

20. Border Gateway Protocol (BGP-4)
BGP از مسیر یابی بردار مسیر (Path vector) استفاده میکند.
BGP، تمامی مسیرها را تبلیغ (advertise) میکند (یک لیست از AS ها)
مثالی از تبلیغ مسیر بصورت زیر است:
“The network /16 can be reached via the path {AS1, AS5, AS13}”.
مسیرهای با چرخه (loop) بصورت محلی شناسایی شده و نادیده گرفته میشوند
سیاستهای محلی، مسیر بهینه را از بین تمامی مسیرها انتخاب میکند
زمانی که یک لینک قطع شود، کل مسیرهایی که از آن لینک استفاده میکردند، نابود میشود

21. ASPATH Attribute AS 1129 AS 1755 AS 12654 AS 1239 AS 7018 AS 3549
/16
AS Path =
Global Access
AS 1755
/16
AS Path =
/16
AS Path =
Ebone
AS 12654
AS 1239
Sprint
Pick shorter AS path
RIPE NCC
RIS project
/16
AS Path =
AS 7018
/16
AS Path =
/16
AS Path = 6341
AT&T
AS 3549
AS 6341
/16
AS Path =
AT&T Research
Global Crossing
/16
Prefix Originated

22. مسیر یابی چند پخشی (Multicast Routing)
برخی از برنامه های کاربردی نیازمند مسیریابی چندپخشی میباشند.
مسائل این حوزه، ساخت درخت، آدرس دهی چندپخشی و نحوه هدایت بسته ها میباشد
مسیر یابی چند پخشی
مبتنی بر بردار فاصله
(DVMRP, PIM-DM)
مبتنی بر حالت پیوند
(MOSPF)
مبتنی بر تکنیک وعده گاه (Rendezvous-based)
(PIM-SM, CBT)

23. درخت های چندپخشی (Multicast Trees) ایده پایهG
Server G
Server G G G G G G G G
چندین تک ارسال
(Multiple unicasts)
یک چندپخشی
(Single multicast)

24. برنامه هایی که به چند پخشی نیاز دارند
یکطرفه، تک فرستنده (one-to-many):
تلویزیون (TV)
یادگیری غیر تعاملی (Non-interactive learning)
به روز رسانی بانک اطلاعاتی (Database update)
انتشار اطلاعات (Information dispersal)
پچها و بروز رسانی های نرم افزار (Software updates/patches)
بیش از دو فرستنده بصورت تعاملی (many-to-many):
کنفرانس تلفنی (Teleconference)
یادگیری تعاملی (Interactive learning)

25. مسیریابی چندپخشی
یک درخت چندپخشی یک درخت پوشا (spanning tree) میباشد که فرستنده در ریشه و تمامی اعضای گروه را در بر میگیرد

26. درخت چند پخشی مثالی از کنفرانس تلفنی
Sender/Speaker
Multicast Group (S1,G) S1
Class D S1 R

27. IP Addresses: Class-full
given notion of “network”, let’s re-examine IP addresses:
“class-full” addressing:
class
format
range to A
Network
Host
N.H.H.H to B 10
Network
Host
N.N.H.H to C
110
Network
Host
N.N.N.H to D
1110
multicast address to E
11110
experimentation
32 bits

28. درخت چندپخشی و آدرس دهی
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، برای آدرسهای IP، پنج کلاس تعریف میشود. یک کلاس مربوط به ترافیک چندپخشی میباشد
تمامی اعضای یک گروه ازآدرس “Class D” که آدرس گروه است را به اشتراک میگذارند
یک ایستگاه انتهایی ممکن است میتواند عضو یک گروه شود
با استفاده از پیامهای IGMP: Internet Group Management Protocol
روترها وضعیت عضویت هر یک از ایستگاه های انتهایی را به گروهها بصورت وضعیت نرم (Soft-State) نگهداری میکنند
در حالت Soft-State وضعیت باید بصورت دوره ای به روز شود
Network
Host
110 A 10 B C D
class to to to to
32 bits
1110
multicast address E to
11110
experimentation
format
range
N.N.N.H
N.N.H.H
N.H.H.H

29. درخت چندپخشی چندین درخت: به ازای هر فرستنده یک درخت R S2
Class D S2 R S2
Sender/Speaker
Multicast Group (S2,G)

30. هدایت چندپخشی، براساس فرستنده
Group
Address
Src
Address
Src
Interface
Dst
Interface G S1 1
2,3 S2 2
1,3 R 2 S1 G 1 3 1 S2 G 2 3