1

شبکه هاي کامپيوتريفصل پنجم:

(NetworkLayerاليه شبکه )بخش دوم: مسیریابی سلسله مراتبی، مسیریابی

چندپخشی

وحید حقیقت دوستدانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شاهد

2

مسیریابی سلسله مراتبی

Hierarchical Routing

3

Internet-Map

4

(1مسیر یابی سلسله مراتبی ):مشکالت ابعاد

،در مسیریابها رشد پیدا میکنندجداول مسیریابی با بزرگ شدن انداز ه شبکه برای نگهداری جدول بلکه حافظه بیشتر رشد جداول مسیریابی نه تنها نیازمند

میگرددزمان جستجو افزایش مسیریابی پهنای باند زیادی را مصرف خواهد کردتبادل جداول از طرف دیگر

مشکالت مدیریتیشبکه 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

(2 )مسیر یابی سلسله مراتبی

( روترها، روی ناحیه هاregions ) با عنوان ناحیه های مستقل

(AS( )autonomous systemsبا هم توافق میکنند )

روترهای واقع شده در هرAS از routingپروتکل مسیریابی )

protocol یکسان استفاده ) intra-AS routingمیکنند. )

protocol) برای ارتباط هر دو ناحیه با

یکدیگر، یک روتر بعنوان روتر ( gateway routersدروازه )

تعیین میشود

یک روتر خاص درAS پروتکل مسیریابی درون

intra-ASناحیه ای )routing را با دیگر )

اجرا ASروترهای داخل میکند و نتایج آنرا به خارج از

ناحیه انتقال میدهد بادیگر روترهای دروازه

پروتکل میان ناحیه ای (inter-AS routing را )

اجرا میکند

روترهای دروازه (gateway routers)

6

Hierarchical Routing

7

Routing in the Internet( اینترنت به چندین سیستم مستقلASتقسیم شده است )

:برای مثالStanford )32(, HP )71(, Shahed)12880( با مراجعه به سایتnic.ir و ثبت query در بخش whois بصورت زیر

که مدنظر است دست یافت: IP هر ASمیتوان به اطالعات مربوط به -h whois.cymru.com -v <IP address> Ex: -h whois.cymru.com -v 178.252.141.2

داخل یکASمدیر شبکه یک پروتکل درون ناحیه ای ،Interior

Gateway Protocol )IGP( )Intra AS(را انتخاب میکند :برای مثالRIP )rfc 1058(, OSPF )rfc 1247(.

بینAS 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

دانشگاه AS numberمثالی از یافتن شاهد

217.218.141.2=ns1.shahed.ac.ir

178.252.141.2=ns3.shahed.ac.ir

آپ لینک مخابرات

آپ لینک شرکت مبنا

9

Inter-AS و Intra-ASمسیریابی

دروازه ها: مهیا سازی مسیریابی درونی

ASبین مسیریابهای داخل )Inter-AS Routing(

مهیا سازی مسیریابی بین Intra-ASمسیریابهای دروازه )

Routing )Inter/intra-AS

routing در A.cدروازه

C

A

B

C.b

A.aA.c

B.a

a b

ad

bc

ac

b

Intra-ASRouting

Algorithm

Inter-ASRouting

Algorithm

جدول مسیریابی

To/from B.a and A.aTo/from A.b

To/from A.d

10

-Inter( و بین ناحیه ای )Intra-ASمسیر یابی درون ناحیه ای )As)

Host2

C

A

B

Intra-AS routingwithin AS A

Intra-AS routingwithin AS B

Host1

ab

ad

bc

ac

b

C.b

A.a

B.aInter-A

S routin

g

between A and

BA.c

11

Forwardingجداول هدایت )Tables)

جداول هدایت، توسط الگوریتمهای مسیریابیدرون ناحیه ای و بین ناحیه ای تولید میشوند

الگوریتم مسیریابی درون ناحیه ای، وارده هایمربوط به مقصدهای داخل ناحیه را تعیین میکند

الگوریتم مسیریابی درون ناحیه ای و بین ناحیه ایهر دو وارده های مربوط به مقصدهای خارج از

ناحیه را تعیین میکنند

12

Inter-AS Tasks

فرض کنید روتری درAS1 یک دیتاگرام را که AS1مقصدش خارج از است، دریافت کند:

روتر باید این بسته را برای gatewayروتر دروازه )

router ارسال نماید ولی )کدامیک از روترهای دروازه؟

AS1 :باید یاد بگیرد که کدام مقصد ها از 1.

و کدام مقصدها از AS2طریق قابل دسترس AS3طریق هستند

اطالعات بدست آمده را برای 2.تمامی روترهای موجود در

AS1ارسال نماید

AS3

AS1

AS2

3a3b

1a1d

1b1c

2a2c

2b

13

1dمثال: تنظیم جدول هدایت در روتر فرض کنیدAS1 با استفاده از پروتکل درون ناحیه ای یادمیگیرد که زیر شبکه x

به AS2( در دسترس است و از طریق 1a )با استفاده از دروازه AS3از طریق آن دسترسی وجود ندارد

پروتکل بین ناحیه ای اطالعات مربوط به دسترسی به تمامی روترهای داخلی راانتشار میدهد

1روترd از طریق مسیریابی درون ناحیه ای متوجه میشود که از طریق واسط I دارد.1aکم هزینه ترین مسیر را تا

وارده(x,I ).را در جدول خود اضافه میکند

x…AS3

AS1

AS2

3a3b

1a1d

1b1c

2a2c

2b

14

ASمثال: انتخاب از میان چندین حال فرض کنید کهAS1 با استفاده از پروتکل درون

و AS3 از طریق xناحیه ای یاد میگیرد که زیر شبکه AS2در دسترس است

1برای تنظیم جداول هدایت، روترd باید تعیین کند که کدام دروازه باید برای هدایت بسته های مربوط به زیر

انتخاب شود.xشبکه .این مورد نیز از وظایف پروتکل مسیریابی بین ناحیه ای میباشد( مسیریابی سیب زمینی داغhot potato routing) بسته را به روتری که :

نزدیکتر است تحویل میدهیم

x

…

AS3

AS1

AS2

3a3b

1a1d

1b1c

2a2c

2b

…..

15

Learn from inter-AS protocol that subnet

x is reachable via multiple gateways

Use routing infofrom 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 fromforwarding table the interface I that leads to least-cost gateway.

Enter )x,I( in forwarding table

hot potato routingارسال بسته به روتر دروازه ای که نزدیکتر است

16

Routing in theمسیر یابی در اینترنت )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 : ها داردASاست که یک نقطه اتصال به دیگر

AS( چند گانه Multihomed AS) مربوط به شرکتهای بزرگ )بدون : ها دارد ولی ASترانزیت( میباشد که در آن چندین اتصال به دیگر

ها را نداردASامکان تبادل پیام بین دیگر AS( انتقال Transit AS) چندین :AS.را به هم متصل میکند

17

تبادل پیامها در مسیریابی سلسله (1مراتبی )

IP trafficprovider customer

Transit AS

Stub AS

Transit AS

Multihomed ASStub ASStub AS

18

TCP/IPپشته پروتکلی

ftp http smtp telnet snmp tftp rtp dns …

Transmission Control Pr. )TCP(

User Datagram Pr. )UDP(

icmp ripigmp

Ethernet, Wireless, token ring, FDDI, ATM, Frame relay, SNA, X25

arp rarp

Internet Protocol (IP)

ospf bgp ……

ICMP: Internet Control Message Protocol, RFC792IGMP: Internet Group Management Protocol, RFC 2236

Control protocols Routing protocols

19

پروتکلهای درون و بین ناحیه ای( درون ناحیه ایIntra-AS:) مدیر شبکه در انتخاب الگوریتم مسیریابی مختار

است با عنوانInterior Gateway Protocols )IGP( نیز شناخته میشود:چند پروتکل درون ناحیه عبارتند از

RIP :Routing Information Protocol )RFCs1058,2453(( از روش بردار فاصلهDV:distance vectorاستفاده میکند ) ثانیه تبادل میشود.30اطالعات مسیریابی بین همسایگان در

OSPF :Open Shortest Path First )RFC2328( )Open Spec.(( از روش حالت پیوندLS: Link-State.استفاده میکند )

IGRP: Interior Gateway Routing Protocol )Cisco proprietary(

.از ورش حالت پیوند استفاده میکند و مخصوص تجهیزات سیسکو میباشد

( بین ناحیه ایInter-AS :) استاندارد یکتا برای مسیریابی بینAS.ها میباشد پروتکلBGP : Border Gateway Protocol )RFC1771(

20

Border Gateway Protocol )BGP-4(

BGPپروتکل حالت پیوند و یا بردار فاصله نمیباشد ،BGP( از مسیر یابی بردار مسیر Path vector استفاده )

میکند.BGP( تمامی مسیرها را تبلیغ ،advertise ( میکند )یک

ها(ASلیست از :مثالی از تبلیغ مسیر بصورت زیر است“The network 171.64.0.0/16 can be reached via the path {AS1,

AS5, AS13}.”

( مسیرهای با چرخهloop بصورت محلی شناسایی شده )و نادیده گرفته میشوند

سیاستهای محلی، مسیر بهینه را از بین تمامی مسیرهاانتخاب میکند

زمانی که یک لینک قطع شود، کل مسیرهایی که از آنلینک استفاده میکردند، نابود میشود

21

ASPATH Attribute

AS 7018135.207.0.0/16AS Path = 6341

AS 1239Sprint

AS 1755Ebone

AT&T

AS 3549Global Crossing

135.207.0.0/16AS Path = 7018 6341

135.207.0.0/16AS Path = 3549 7018 6341

AS 6341

135.207.0.0/16

AT&T Research

Prefix Originated

AS 12654RIPE NCCRIS project

AS 1129Global Access

135.207.0.0/16AS Path = 7018 6341

135.207.0.0/16AS Path = 1239 7018 6341

135.207.0.0/16AS Path = 1755 1239 7018 6341

135.207.0.0/16AS Path = 1129 1755 1239 7018 6341

Pick shorter AS path

22

مسیر یابی چند پخشی

23

IP سرویسهای زیر را ارائه مینماید:)تک پخشی( یک به یکone-to-one )unicast(: )همه پخشی( یک به همهone-to-all )broadcast( :)چند پخشی( یک به چندone-to-several)multicast(

سرویس یک به چند درIP سرویس چند به چند ،(many-to-many.را نیز پشتیبانی میکند )

ارائه IPسرویسهایی که پروتکل میکند

24

(Unicastتک پخشی) در مسیریابی تک پخشی، روتر بسته های دریافتی را در یک

خروجی ارسال میکند

25

(Multicastچند پخشی ) در چند پخشی، روتر ممکن است بسته دریافتی را

در بیش از یک خروجی ارسال کند

26

Multicastمسیر یابی چند پخشی )Routing)

برخی از برنامه های کاربردی نیازمند مسیریابیچندپخشی میباشند.

،آدرس دهی چندپخشی ، ساخت درختمسائل این حوزهمیباشدنحوه هدایت بسته ها و

27

به چه روشهایی میتوان چند پخشی را انجام داد

( چندین تک پخشیMultiple unicast) با استفاده از الیه ارسال یک به یک برای تمامی مقصدها بسته

ارسال میشود

( چندپخشی در الیه کاربردApplication-layer multicast)

هر میزبان بسته را دریافت و برای یک یا چند میزبان دیگر نیزارسال میکند

( چند پخشی در الیه شبکهNetwork multicast)این روش در الیه شبکه تعبیه میشوداطالعات در روترها تکثیر میشوند

28

Multiple)چندین تک پخشی Unicasts)

مقصد تعیین شده ارسال میکند3گره مبدا سه پیام را به هر بسته آدرس مقصد خاص خود را دارد

مبدا

29

Application-layerچندپخشی در الیه کاربرد )multicast)

سیستمهای انتهایی در فرایند چندپخشی مشارکت دارند و یک بستهرا بصورت تک پخشی برای گره های دیگر ارسال مینماید

مثالی از این تکنولوژی شبکه هایP2Pهستند

30

Networkچند پخشی در الیه شبکه )multicast)

روترها بصورت فعال درچندپخشی مشارکت دارند و

بسته ها را روی چندین اینترفیس خود ارسال

میکنند♪

♪

♪ ♪

♪

♪

♪

31

برنامه هایی که به چند پخشی نیاز دارند

( یکطرفه، تک فرستندهone-to-many:)( تلویزیونTV)( یادگیری غیر تعاملیNon-interactive learning)( به روز رسانی بانک اطالعاتیDatabase update)( انتشار اطالعاتInformation dispersal)( پچها و بروز رسانی های نرم افزارSoftware

updates/patches)( بیش از دو فرستنده بصورت تعاملیmany-to-

many :)( کنفرانس تلفنیTeleconference)( یادگیری تعاملیInteractive learning)

32

Multicastدرخت های چندپخشی )Trees)ایده پایه

ServerServerG

G

G

G

G

G

G

G

G

G

چندین تک ارسال(Multiple unicasts)

یک چندپخشی(Single multicast)

33

اتصاالت چند پخشی یک درخت برای اتصال روترها ایجاد میشود. دو روش کلی برای

این منظور وجود دارد:( درخت مشترک در گروهGroup-shared tree در این روش :)

تمامی اعضای گروه از یک درخت مشترک استفاده میکنند.( درخت مبتنی بر گره مبداSource-based tree درختهای :)

مختلفی برای گروه وجود دارد. به ازای هر مبدا یک درخت وجود دارد که مبدا در ریشه درخت است.

♪

♪♪

♪♪

♪

♪

♪

Group- Shared tree

34

:درخت مشترک در گروهminimal spanning )Steiner(center-based trees

:درخت مبتنی بر گره مبداshortest path treesreverse path forwarding

♪

♪

♪

♪♪

♪

♪

♪

Source-based trees

♪, ♪: sources

دسته بندی الگوریتم های مبتنی بر درخت

35

Shortest Path TreeSource-Based

درخت هدایت چند پخشی به ازای هر مبدا ایجادمیشود

از الگوریتم دگسترا استفاده میشود

R1

R2

R3

R4

R5

R6R7

21

6

3 4

5i

♪:router with attachedgroup member

link used for forwarding,i indicates order linkadded by algorithm

Source♪

♪

♪

♪

36

Reverse Path ForwardingSource-

Based

روتر ها براساس دانش بدست آمده از کوتاهترینمسیر مربوط به بسته های تک پخشی استفاده

میکنند هر روتر یک رفتار ساده برای هدایت بسته ها

دارد:بسته چند پخشی از یک مبدا رسید و از همان اگر

اینترفیسی که مربوط به کوتاهترین مسیر به آن مبدا است وارد شد

بسته را روی تمامی اینترفیسهای مربوط به آنگاهگروه در خروجی ارسال کن

از دیتاگرام صرفنظر کندر غیر اینصورت

37

:Reverse Path Forwardingمثال

R1

R2

R3

R4

R5

R6R7

♪:router with attachedgroup member

datagram will not be Forwarded

datagram will be forwarded

Source♪

♪

♪

♪

38

درخت پوشای بهینه استخراج و تمامی اعضایگروه از آن استفاده میکنند

یک مسالهNP-completeاست اطالعات کامل از تمام شبکه مورد نیاز است

Steinerدرخت مشترک بهینه: Tree

39

-centerدرخت مشترک مبتنی بر هسته: based trees

یک درخت مشترک برای تمامی گره ها یک روتر بعنوان روتر مرکزی )هسته( انتخاب

میشود برای اتصال

روتر لبه یک پیام تک پخشیjoin-message به گرههسته ارسال میکند

پیامjoin-message توسط روترهای میانی بررسی شده و در نهایت به هسته تحویل داده میشود

مسیر طی شده توسطjoin-message بعنوان شاخه جدید درخت اضافه میشود.

40

Center-Based Treesمثال

Suppose R6 chosen as center:

R1

R2

R3

R4

R5

R6R7

♪:router with attachedgroup member

path order in which join messages generated

Source♪

♪

♪

♪

P

1

3

2

1

41

درخت چندپخشی و آدرس دهی همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، برای آدرسهایIP پنج کالس ،

تعریف میشود. یک کالس مربوط به ترافیک چندپخشی میباشد “ تمامی اعضای یک گروه ازآدرسClass D که آدرس گروه است را به ”

اشتراک میگذارند یک ایستگاه انتهایی ممکن است میتواند عضو یک گروه شود

با استفاده از پیامهایIGMP: Internet Group Management Protocol روترها وضعیت عضویت هر یک از ایستگاه های انتهایی را به گروهها بصورت وضعیت نرم

(Soft-State نگهداری میکنند ) در حالتSoft-Stateوضعیت باید بصورت دوره ای به روز شود

0 Network Host

110 Network Host

A

10 Network HostB

C

D

class1.0.0.0 to126.255.255.255

128.0.0.0 to191.255.255.255

192.0.0.0 to223.255.255.255

224.0.0.0 to239.255.255.255

32 bits

1110 multicast address

E240.0.0.0 to247.255.255.25511110 experimentation

format range

N.N.N.H

N.N.H.H

N.H.H.H

Multicast Routing Protocols