De funktie van de netwerklaag - De datalink brengt frames van het ene punt van een transmissiekanaal naar een ander.. De netwerklaag - De netwerklaag brengt pakketten van bron naar bestemming. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 1 Station (host) Knooppunt (router) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 2 Taken van de netwerklaag - Een pad van bron naar bestemming door het subnet zoeken (kennis hebben over de topologie). - Routes zo kiezen dat het netwerk gelijkmatig belast wordt. - Pad zoeken indien bron en bestemming in verschillende (gekoppelde) netwerken liggen. - De problemen door verschillen tussen netwerken oplossen. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag Plaats van de netwerklaag applicatielaag transportlaag netwerklaag datalinklaag fysieke laag media 2 1 host communicerende processen 2 2 1 1 router appl. prot. transp. prot 2 2 2 1 1 1 router host Netwerklaag de laagste laag die zich bezighoudt met transmissie van eind tot eind, zij doet dat echter stapsgewijs. Transportlaag en applicatielaag doen dat direct van eind to eind. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag Koppelvlakken (interfaces ) Koppelvlak tussen transport- en netwerklaag 2 1 host 2 2 1 1 router Koppelvlak tussen computer en subnetwerk communicerende processen appl. prot. transp. prot 2 2 2 1 1 1 router proces proces proces proces host Grens van subnetwerk in2210 Computernetwerken: Netwerklaag.1 Ontwerpaspecten v.d. netwerklaag - De geleverde diensten moeten onafhankelijk zijn van de gebruikte technieken in het subnet - De transportlaag moet afgeschermd zijn voor - het aantal subnetten tussen de eindstations - type van de subnetten - topologie van de subnetten - De netwerkadressen moeten volgens een uniform nummerplan zijn dat zowel LAN s en WAN s beslaat in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 6-1
Twee soorten diensten Verbindingsloos Verbindingsgericht A B A B Bericht 2 1 2 1 verzonden ontvangen 2 1 2 1 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 7 Diensten aan de transportlaag (1) Verbindingsloos - primitieven: N-data.request (zend pakket) N-data.indication (ontvang pakket) - geen stroombeheersing - geen volgordebewaking - complexiteit zit in de stations (transportlaag), niet in de stations. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 8 Verbindingsloze dienst - Beeld dat de gebruikers (transportentiteiten) hebben van het netwerk: gebruiker 1 NSAP gebruiker 2 grens van netwerklaag Verbindingsloze primitieven station A N-data.request N-data.indication N-data.indication N-data.request Netwerklaag Transportlaag Transportlaag station B pakket van 1 naar 2, pakket van 2 naar 1 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 9 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 10 Diensten aan de transportlaag (2) Verbindingsgericht - Opzetten verbinding - Onderhandelen over kwaliteit en kosten van de dienst (bv. snelle of nauwkeurige bezorging) - full-duplex communicatie - pakketten in volgorde afgeleverd - stroombeheersing tussen zender en ontvanger - naar keuze: gegarandeerde bezorging, bevestiging door subnet,prioriteit. - verbreken van de verbinding na afloop - complexiteit zit in het subnet, niet in de stations in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 11 Verbindingsgerichte dienst A Verbinding = kanaal met het karakter van een wachtrij (FIFO) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 12 B -2
Dienstprimitieven verbindingsgericht station A N-connect.request N-connect.confirm N-data.request N-data.indication N-disconnect.request N-connect.indication N-connect.response N-data.indication N-data.request N-disconnect.indication Netwerklaag Transportlaag Transportlaag station B in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 1 Interne organisatie van het subnet - Virtuele circuits (subnet werkt verbindingsgericht) Route door het netwerk wordt bepaald, bufferruimte en transmissiecapaciteit wordt gereserveerd - Datagrammen (subnet werkt verbindingsloos) Pakketten worden zomaar verzonden in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 1 De twee soorten pakketschakelen Virtuele circuits pkt 1 pkt 2 pkt 1 pkt pkt 2 pkt 1 pkt pkt pkt 2 pkt pkt pkt Let op! Een pakket wordt pas weer uitgezonden als het geheel binnen is. Datagrammen pkt 1 pkt 2 pkt 1 pkt pkt 2 pkt 1 pkt pkt pkt 2 pkt pkt pkt in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 1 voorbeeld: datagrammen D A B - Router tabellen (bijvoorbeeld) - router A router B router D A - A A A D B B B - B B C B C D C C D D D D D - in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 16 C voorbeeld Virtual Circuits H2 H1 router A IN UIT H1 1 D 1 H2 1 B 1 A D router B IN UIT A 1 D 1 router D IN UIT A 1 C 1 B 1 C 2 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 17 B C router C IN UIT D 1 H 1 D 2 H 1 H H De twee netwerktechnieken aspect datagram-subnet v.c.-subnet opzetten circuit niet mogelijk vereist adressering elk pakket bevat geheel bron- en doeladres elk pakket bevat kort v.c.-nummer status-informatie over verbinding subnet bevat geen status-informatie Elk v.c. vereist tabelruimte in knooppunten routering elk pakket apart route bepaalt bij opzetten van verb. effect van fout in slechts verlies van alle v.c. s door uitgevallen knooppunt pakketten knooppunt worden afgebroken congestie beheersing moeilijk gemakkelijk; voor elk gemaakt v.c. wordt bufferruimte gemaakt in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 18 -
.2. Routering Eisen: -Eenvoudig -Correct - Robuust - Stabiel - Rechtvaardig - Optimaal Kan tegenstrijdig zijn Kan tegenstrijdig zijn Robuust <-> stabiel Robuust wil zeggen bestand tegen wijzigingen in de toplogie, uitvallende lijnen etc. Stabiel wil zeggen het algoritme is niet steeds zeer snel na elkaar routes aan het wijzigen Robuustheid vraagt snel ingrijpen, dat kan instabiliteit in het netwerk veroorzaken, bijvoorbeeld doorlopend verleggen van routes. (pakketten kunnen in het ergste geval gaan zwerven door het netwerk of zelfs rondjes afleggen.) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 19 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 20 Rechtvaardig <-> optimaal Optimaliseren naar bijvoorbeeld - Totale doorvoer - Gemiddelde vertraging Kan op zich ook tegenstrijdig zijn - Optimale totale doorvoer kan onrechtvaardig zijn voor sommige gebruikers: A A B B C C X X Optimaliteitspricipe (1) Het optimaliteitsprincipe - Als J ligt op het optimale pad van I naar K, dan is het optimale pad van J naar K, onderdeel van het optimale pad van I naar K - Een Sink tree van een bestemming X is een verzameling van optimale routes naar X. Hierbij is X de root van de boom. Voorang geven aan A-A, B-B en C-C is goed voor de prestatie van het netwerk als geheel, maar niet voor X-X. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 21 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 22 Optimaliteitsprincipe (2).2.2 Shortest path routing (1) - Doel: kortste paden van een router naar alle andere routers bepalen. Een netwerk Een sinktree voor B (niet uniek) - metriek ( lengtemaat ) te kiezen, b.v. - aantal hops - afstand in km s - gemiddelde vertraging -kosten - Algoritme van Dijkstra in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 2 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 2 -
Shortest path routing (2) - gaat uit van een graaf, iedere tak heeft een lengte - kies een beginknoop - iedere knoop bevat afstand tot beginknoop - aanvankelijk een tijdelijke waarde - later definitieve waarde - begin bij beginknoop - geeft buurknopen tijdelijke waarde (geef hierbij ook de vorige knoop op de bijbehorende route aan) - knoop met minimale afstand krijgt definitieve waarde - ga verder bij de knoop met de laagste definitieve waarde, etc in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 2 Shortest path routing () in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 26.2. Flooding - principe: ieder pakket wordt uitgezonden over iedere uitgaande lijn - duplicaten verminderen door - hop count - sequence nummers - variant: selective flooding - pakketten alleen uitzenden over uitgaande lijnen die ongeveer de goede kant uitgaan - toepassingen van flooding b.v. - militaire systemen - gedistribueerde databases - radio netwerken - vergelijking met andere algoritmen in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 27.2. Distance Vector Routing (1) - ook aangeduid als: Bellman-Ford of Ford-Fulkerson, in (vroege) Internet: R - Iedere router bevat een tabel met voor iedere mogelijke bestemming (router) een entry, deze entry bevat: - te nemen uitgaande lijn voor die bestemming - geschatte afstand naar die bestemming - Onderhoud van de tabel: - iedere router kent de afstand tot zijn buren - Iedere T seconden zendt iedere router zijn volledige tabel naar zijn buren - Een router die zo n tabel ontvangt, werkt zijn tabel bij en houdt hierbij rekening met de afstand naar de buur van wie hij de tabel ontving in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 28 Distance Vector Routing (2) Distance Vector Routing () Count to infinity in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 29 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 0 -
Link State Routing (1) 1.Ontdek buren Hello pakket 2. Meet afstand naar de buren Echo pakket vraag: wel/geen rekening houden met de load - voor: betere spreiding van verkeer mogelijk - tegen: oscillaties mogelijk. maak link-state pakketten, met - bron - sequencenummer - age - lijst van buren plus afstand in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 1 Link state routing (2) Link-state pakketten in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 2 Link State Routing (). Verstuur de link-state pakketten naar iedere andere router in het netwerk - basis: flooding - iedere router bepaalt op grond van bron en sequencenummer of een link-state pakket wordt doorgestuurd. - mogelijke probleem: - fout in een sequencenummer - oplossing d.m.v. age - alle pakketten bevestigen Link State Routing () in2210 Computernetwerken: Netwerklaag in2210 Computernetwerken: Netwerklaag Link State Routing (). Bereken nieuwe route - Dijkstra s shortest path algoritme - benodigd geheugen - bij n routers met gemiddeld k buren, van orde nk - problemen: - geheugengrootte - rekentijd - falende routers.2.6 Hierarchische routering (1) nodig bij grote aantallen routers - routers verdelen in 2 of meer niveaus - b.v. 2 niveaus, router heeft een tabel met entries - voor individuele routers in de eigen regio - voor andere regio s (een regio staat dan voor de verzameling van alle routers in die regio) - b.v. niveaus, router heeft tabel met entries voor - individuele routers in eigen regio (niveau ) - andere regios in eigen niveau 2 gebied - andere niveau 1 gebieden in2210 Computernetwerken: Netwerklaag in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 6-6
Hierarchische Routering (2).2.7 Broadcast Routing (1) methodes: - pakket naar iedere individuele bestemming - flooding - multidestination routing - sink tree (of andere spanning tree) - reverse path forwarding: - Als een pakket binnenkomt via de lijn die normaal wordt gebruikt als uitgang naar de bron, dan wordt het pakket doorgegeven aan alle uitgangen behalve die waarover het is binnengekomen in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 7 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 8 Broadcast Routing (2) a. Een net b. sink tree c. tree gebouwd met reverse path forwarding in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 9.2.8 Multicast Routing (1) - Bij Multicast verzending wordt een bericht naar een groep gestuurd. - groepmanagement nodig: creëren, wijzigen, verwijderen van groepen (geen routeringsprobleem) - Routers moeten op de hoogte zijn, van welke hosts bij welke groepen horen. - Iedere router berekent een spanning tree die alle routers omvat - Bij multicast pakket: - Eerste router raadpleegt zijn spanning tree - snoeit alle takken waaraan geen hosts van die groep - multicast pakketten worden langs gesnoeide boom gezonden in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 0 Multicast Routing (2).2.9 Routeren bij mobiele stations bron 2 1 data 1 1 data 2 1 data 2 1 adres RA TA RA 1 data Bestemm. TA = thuisagent (home agent) RA = reisagent (foreign agent) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 1 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 2-7
.2.10 Routering in Ad-hoc netwerken (1) - In ad-hoc netwerken routers ook mobiel, b.v - militaire toepassingen - rampen - topologie verandert voortdurend - AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) algoritme, - route wordt bepaald als er behoefte aan is. Routering in Ad-hoc Netwerken (2) - Netwerk gerepresenteerd door graaf - tak betekent rechtstreekse communicatie mogelijk - iedere node heeft een tabel, met o.a. - bestemming en via welke buur deze te bereiken - als bestemming niet in tabel - broadcast Route Request pakket in2210 Computernetwerken: Netwerklaag in2210 Computernetwerken: Netwerklaag Routering in Ad hoc netwerken () - Bij ontvangst van Route Request pakket - als duplicaat, dan negeren - als recente route bekend: antwoorden anders hopcount verhogen en opnieuw broadcasten, informatie bewaren in reverse routing tabel - Als Route Request bij bestemming, dan Route Reply via reverse routing terug naar aanvragen. tussenliggende stations nemen gegevens ook over. Routering in Ad-hoc netwerken () in2210 Computernetwerken: Netwerklaag in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 6 Routering in Ad-hoc Netwerken () Onderhoud van de tabellen: - periodiek HELLO pakketten - routes die niet meer bestaan (omdat de buur niet meer bestaat) worden verwijderd. Laatste slide voor het tentamen van Computernetwerken I, de rest van de netwerklaag is onderdeel van het tentamen computernetwerken II in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 7 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 8-8
. Congestie (1) Bij congestie stort de capaciteit van het netwerk in als de belasting toeneemt in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 9 Oorzaken congestie - Aanbod aan pakketten > verwerkingscapac. router - geheugen te klein - processor capaciteit te laag - Aanbod aan pakketten > capac. uitgaande lijnen van een router - Lokale congestie: aantal pakketten naar router > uit router - Subnetcongestie: aantal pakketten naar subnet > uit subnet in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 0 Congestie- en stroombeheersing Vaak worden stroombeheersing en congestie met elkaar verward. - Stroombeheersing is afstemmen van de snelheid van de zender op de snelheid van de ontvanger - Soms wordt stroombeheersing gebruikt om congestie te bestrijden. - Knooppunten in het netwerk zenden berichten naar zenders om ze te laten stoppen met zenden. Congestiebeh. zonder terugkoppeling (open loop) Beslissen zonder de toestand in de rest van het netwerk in acht te nemen. - Ruim ontwerp; - Wanneer nieuw verkeer aannemen; - Wanneer en welke pakketten weggooien; - Dienstregelingen op diverse plaatsen in het net. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 1 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 2 Congestiebeheersing met terugkoppeling (closed loop) - Bewaken van het net op congestie; - Info doorgeven naar de aangrijppunten in het net; - Correctie van de werking van het netwerk om het probleem te verhelpen. - Stabiliteit vaak niet eenvoudig Terugkoppeling mogelijk: - Expliciet: Pakketten met opdrachten naar de bron sturen - Impliciet: De bron lijdt congestie af uit lokale waarnemingen in2210 Computernetwerken: Netwerklaag Congestie preventie (open loop) Alle lagen hebben invloed - Data Link laag - flow control policy (windowsize) - retransmissie policy (timer waarde, selective repeat vs. go back n) - Netwerk laag - VC s of datagrammen (VC s beter beheersbaar) - packet queueing (input queue en/of output queue) - packet discard policy (wanneer en welke ) - routeringsalgoritme - packet lifetime in2210 Computernetwerken: Netwerklaag -9
.. Congestion control in VC s (closed loop) Verschillende mogelijkheden: - toegangsbeheersing: bij congestie geen nieuwe VC s meer toestaan - nieuwe VC s om probleemgebieden heen leiden - contract tussen host en subnet over te de zenden hoeveelheden en Quality of Service (QoS).. congestion control bij DGs (en VC s) (Closed loop) - router houdt bezetting uitgaande lijn bij: u - u te bepalen door op vaste intervallen te kijken of de lijn bezet is (f=1) of niet (f=0) - u te berekenen als exponentieel gemiddelde: u nieuw = au oud + (1-a)f - als u > drempelwaarde: congestie, dus actie! in2210 Computernetwerken: Netwerklaag in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 6 acties bij congestie (1) - router zet waarschuwingsbit in header, ontvanger copieert deze in ack bericht, zender zendt minder - router blijft waarschuwingsbits zetten, tot congestie over is - zender kan pas meer gaan zenden als geen enkele router problemen heeft - choke pakketten van router naar afzender - Bij ontvangst van choke pakket zendt zender minder gedurende een vast interval - als na het interval geen choke pakket meer volgt, kan zender de snelheid weer opvoeren in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 7 acties bij congestie (2) - hop-by-hop choke pakketten - voor lange afstand - hebben ook invloed op de routers die zij passeren - geeft snel verlichting op de plaats van congestie (ten koste van plaatsen eerder op de route) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 8 1 2 6 acties bij congestie (2a) A B C D A B C D choke choke choke 7 choke pakket voor bron choke choke choke hop-by-hop choke pakket in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 9 acties bij congestie () - load shedding : router gooit pakketten weg wanneer hij het niet aankan. - Keuze: oude pakketten of nieuwe pakketten - bij file transfer: oud is belangrijker dan jong ( wijn ) - bij multimedia: jong is belangrijker dan oud ( melk ) - keuze soms alleen te maken door applicatie voorbeeld: videocompressie - pakket met compleet frame - pakketten met verschilframes compleet frame is belangrijker dan verschilframe. Aan te geven door applicatie: markering van pakketten nodig. (b.v. priority) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 60-10
acties bij congestion () - Random Early Detection pakketten weggooien vóór de congestie een feit is. - Als de queuelengte een drempel overschrijdt, beginnen met weggooien (random) - verder niets doen - zender krijgt time-out en beschouwt dit als een teken dat er congestie is Jitter Control (1) - Jitter = variatie in delay (transmissietijd + propagatietijd + tijd in routers) - moet laag zijn bij real-time video en audio - methode: routers verifiëren of pakket op schema is. - bij voorsprong even vertragen - bij achterstand prioriteit geven - effecten van Jitter ook te voorkomen door te bufferen bij de ontvanger in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 61 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 62 Jitter control (2). Quality of Service (QoS) - Verschillende applicaties vereisen verschillende QoS, vergelijk b.v. multimedia en file transfer - een flow = stroom van pakketten van een bron naar een bestemming - eisen aan flow bepaald door applicatie, parameters: - betrouwbaarheid -delay - jitter - bandbreedte in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 6 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 6 Quality of Service (2) Flow Categorieën (ingedeeld naar QoS, zoals gedefinieerd in ATM) - Constante bit rate (b.v telefoon) - Real-time variabele bit rate (b.v. video conferencing) - Non-real-time variabele bit rate (b.v. films via Internet) - Available bit rate (file transfer) Striktheid van de eisen voor verschillende toepassingen in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 6 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 66-11
..2 Technieken (1) 1. Overdimensioneren (voorbeeld: telefoon) 2. Buffering vergroot delay, vermindert jitter. traffic shaping - het regelen van de verkeersintensiteit (rate) - service level agreement: - als de klant (zender) zich hieraan houdt, garandeert het net tijdige aflevering - controleren d.m.v traffic policing - makkelijker bij VC s dan bij datagrammen in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 67 technieken (2). Lekkende emmer (Leaky Bucket) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 68 Technieken () - lekkende emmer geschikt als host-netwerk interface - eenvoudig implementeerbaar voor ATM (vaste cel grootte) - bij variabele lengte pakketten, per keer een aantal bytes in plaats van één pakket 2 MB/s gedurende 0 ms 0 Time (msec) 00 2 MB/s gedurende 00 ms 0 Time (msec) 00 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 69 Technieken (). Token emmer (Token bucket) - genereert iedere T seconde een token - verzenden van pakket kost een token - de token voorraad van een emmer is gelimiteerd - dit maakt het mogelijk de output te starten met een burst, gevolgd door een flow van lagere omvang 2 MB/s gedurende 11 ms 2 MB/s gedurende 62 s 0 00 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 70 Technieken () 6. Resourses reserveren - route voor flow nodig, daarop te reserveren: - bandbreedte - geheugenruimte (buffers) - processor capaciteit - als: = processing capaciteit (packets/s) = gemiddeld aanbod (packet/s) dan ( =bezettingsgraad) 1 1 1 1 1 T = = = µ λ µ λ 1 µ 1 ρ µ in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 71 Technieken(6) 7. Toelatingsbeheersing - Router beslist of hij een flow wel of niet accepteert - flow specificatie nodig (set parameters), b.v. (RFC2210 en 2211) - Token bucket rate - Token bucket size - piek data rate - minimum pakket grootte - maximum pakket grootte in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 72-12
Technieken (7) 8. packet scheduling - Om te voorkomen dat één flow de router monpoliseert. b.v. fair queueing - per uitvoerlijn meerdere queues (één per flow) - als lijn vrij, op Round-Robin basis pakketten zenden - probleem: flow met grote pakketten, krijgt meer bandbreedte - oplossing: byte voor byte RR simuleren - probleem: sommige servers hebben meer bandbreedte nodig: (b.v video server) - oplossing: weighted fair queueing in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 7.. Integrated services - streaming multimedia (b.v. Internet TV) - flow-based algorithms - multicast RSVP (Resource reservation Protocol), voor - verschillende zenders - verschillende groepen ontvangers -principe: - vanuit iedere zender bestaat een spanning tree - ontvanger vraagt flow, moet eerst reserveringsbericht sturen. (d.m.v. reverse path forwarding) - pad wordt gereserveerd, waar mogelijk gedeeld. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 7 Integrated Services (2) Integrated Services () Spanning tree van host 1 Spanning tree van host 2 host vraagt kanaal naar host 1 host vraagt ook kanaal naar host 2 host vraagt kanaal naar host 1 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 7 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 76.. Differentiated services Eenvoudiger dan flow-based algorithms principe: - Routers binnen één domein kennen een aantal service classes met regels voor doorsturen (forwarding rules) - service class blijkt uit Type-of-service veld in header - gestandaardiseerde service classes: - expedited forwarding - assured forwarding - priority classes, discard probabilities.. Label Switching - Pakket voorzien van een extra label - routing baseren op label (lijkt op VC s) - namen: label switching, tag switching, MPLS (Multi Protocol Label Switching) - label onafhankelijk van inhoud van de header - headers kunnen betrekking hebben op verschillende protocollen - groepen met hetzelfde label horen bij dezelfde FEC (Forwarding Equivalence Class) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 77 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 78-1
. internetworking Vijf soorten relais Indeling naar OSI-laag waarop gekoppeld wordt: CSMA/CD-LAN B Tokenring R R Tokenbus Station (DTE, host) R X.2 WAN Brug (laag 2) R Router (laag ) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 79 B R IBM-WAN CSMA/CD-LAN - Laag 1 repeater - Laag 2 brug - Laag router of multiprotocol-router - Laag transport gateway - Laag applicatie gateway in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 80 Repeater (koppelen op laag 1) Brug (koppelen op laag 2) 2 1 kabel a 1 kabel b 2 1 LLC MACa 1a LAN a MACa 1a LLC MACb 1b LAN b LLC MACb 1b Koppelt kabelsegmenten. Leest signalen in, reconstrueert de bits en zendt ze door. Compenseert verzwakking van het signaal bij lange lijn. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 81 Koppelt LAN s. Leest frames (DL-PDU s) in, slaat ze op en zendt ze door. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 82 Routers (koppelen op laag ) 2a 1a subnet a 2a 1a subnet b Koppelt netwerken met een zelfde netwerkprotocol en gedeelde adresruimte. Leest pakketten (N-PDU s) in, slaat ze op en zendt ze door. 2b 1b in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 8 2b 1b Multiprotocol-routers (koppelen op laag ) a 2a 1a subnet a relais a b 2a 2b 1a 1b subnet b Koppelt netwerken met een verschillend netwerkprot. Leest pakketten (N-PDU s) in, slaat ze op, zet ze om en zendt ze door. (relais: omzetten, adressen vertalen, doorzenden en routeren) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 8 b 2b 1b -1
Transport gateway (koppelen op laag ) Applicatie gateway (koppelen op laag ) a 2a 1a a b 2a 2b 1a 1b b 2b 1b a a 2a 1a a b a b 2a 2b 1a 1b b b 2b 1b subnet a subnet b subnet a subnet b Koppelt netwerken die verschillend transportprotocol hebben. Leest T-PDU s in, slaat ze op en zendt ze door. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 8 Leest A-PDU s in, slaat ze op en zendt ze door (evt. na conversie). Bijv. doorgeven van E-post tussen netwerken die niet een gezamenlijk netwerk- of transportprotocol hebben. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 86 Vormen van internetworking - Geconcateneerde Virtual Circuits - internet VC bestaat uit aaneenschakeling van subnet VC s en VC s via multiprotocol routers (gateways) - werkt het best bij subnetten met ongeveer gelijke eigenschappen - Voor en nadelen als bij subnet VC s - Verbindingsloos - datagrammen kunnen via verschillende subnetten worden overgebracht - voor en nadelen als bij subnet datagrammen in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 87 Concatenated VC s in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 88 Verbindingsloos internetwerken Tunneling van b.v. een -pakket Het -pakket wordt getransporteerd over het WAN in een pakket dat hoort bij het protocol van het betreffende WAN. LLC LLC MAC MAC 2a 1 1 1a ethernet host router 2a 2b 1a 1b WAN router LLC LLC 2b MAC MAC 1b 1 1 ethernet router host in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 89 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 90-1
Tunneling van een -pakket (PDU-s) L L Internetpakket 2 22 2 L Kop en staart van LLC+MAC 2 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 91 2 L L Kop van netwerkprotocol Kop en staart van DL-prot. internet routering twee niveaus - Binnen netwerk: Interior gateway protocol netwerk vaak aangeduid als Autonoom Systeem, kan zelf zijn routeringsalgortime kiezen - Tussen netwerken: exterior gateway protocol - iedere multiprotocol router R kan direct communiceren met alle routers verbonden met netwerken verbonden met X - internetwerk routing heeft ook te maken met politiek. Verschillende landen, verschillende wetten en regimes. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 92 Fragmentatie (1) - Fragmentatie nodig wanneeer verschillende netwerken verschillende maximum pakketgrootte hebben. - Gateway splitst te groot pakket in fragmenten - vraag: wanneer reassembleren? - Na passeren van het eerste netwerk (transparante fragmentatie) nadeel: overhead, misschien weer fragmenteren bij volgen netwerk In de eindbestemmings host (niet transparant ) nadeel: iedere host moet kunnen reassembleren in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 9 Fragmentatie (2) in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 9 tijd Fragmentatie () Probleem bij reassembleren in de eindhost: - fragmentnummering, en hoe om te gaan met ontbrekende fragmenten HOST A.1.1.2.2. route door een net met max fragmentsize 12 retransmissie, route gaat door een net met max fragment 26. Oplossing: fragmenteren altijd met zelfde fragmentsize, klein genoeg voor ieder netwerk in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 9.2 HOST B.1.1 en.2 zijn samen niet het pakket.6 De netwerk laag in het Internet - Backbones (ruggegraten) - snelle knooppunten - snelle lijnen (momenteel 1 of 622 Mbit/s en hoger) - Autonome systemen (AS s) - Regionale of nationale netwerken -LAN s in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 96-16
Internetprotocol () is het netwerkprotocol op alle routers van de netwerken. Internet Protocol versie (v) 2 bits Version IHL Type of service Total length 2 1 2 2 1 1 subnet a 2 2 1 1 2 2 1 1 subnet b 2 1 Identification Fragment offset D M F F Time to live Protocol Header checksum Source address Destination address Options (0 or more words) host router router router host in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 97 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 98 Type of service veld D T R Precedence (prioriteit 0.. 7, 0 normaal 7 besturingspakket) Delay Throughput Reliability ongebruikt in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 99 Options veld - Security - Geeft aan hoe geheim het bericht is. Wordt in de praktijk genegeerd. - Strict source routing - Geeft het complete te volgen pad - Loose source routing - Geeft een aantal routers die in die volgorde aangedaan moeten worden - Record route - Adres van routers die aangedaan zijn wordt aan het Options veld toegevoegd - Timestamp - Adres + tijdstip van routers die aangedaan zijn wordt toegevoegd in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 100.6.2 adressen (1) klasse 7 2 A0 1 16 B10 21 8 C 110 28 D 1110 27 E 11110 # # netw. hosts 128 16 M 168 6 K 209712 26 multicasting reserved for future use adressen (2) - adressen meestal weergegeven in groepen van 1 tot decimalen, b.v. 10.161.18.218 - Speciale adressen - alleen nullen, betekent: dit netwerk of deze host - alleen enen voor host adres betekent broadcast in het aangegevn netwerk - 127.xx.yy.zz betekent loopback - netwerkadressen worden uitgegeven door het ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers ), deze delegeert weer aan regionale organisaties in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 101 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 102-17
adressen () Subnetting Binnen een netwerk subnetten te definiëren - alleen intern zichtbaar - subnet gedefinieerd door subnet mask voorbeeld (in hex) tudelft, netwerk adres 10.161 82 A1 mogelijk subnet mask 2.2.20.00 FF FF F0 00 (alternative notatie: /20) Stel inkomend adres: 10.161.18.218 82 A1 9E DA AND met subnetmask geeft 10.161.9.0 82 A1 90 00 subnet in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 10 adressen () CIDR CIDR = Classless InterDomain Routing - adressen toegewezen in blokken ipv volledige netwerken - netwerk aanduiden met beginadres/k ( /k is subnet mask, k is aantal 1-bits links, gevolgd door 0-bits) - entry in routertable bevat netwerk adres = subnet mask - op te zoeken adres wordt geand met subnetmask, er is een hit wanneer resultaat klopt met begin adres - meerdere hits bij een inkomend pakket zijn mogelijk, de hit met de grootste waarde van k, is de juiste in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 10 adressen () NAT NAT = Network Adress Translation - Is oplossing voor gebrek aan adressen voor Internet Service Providers. - Idee: - verschillende grote klanten, gebruiken intern ieder dezelfde adresgroepen. (deze groepen zijn voor dit doel aangewezen) - naar buiten (naar de ISP) heeft de klant maar een adres. - bij binnenkomst en verlaten van het klant-netwerk vindt vertaling plaats in NAT-box in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 10 adressen (6) NAT (vervolg) company address = 198.60.2.12 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 106 adressen(7) NAT (vervolg) - vraag: hoe weet NAT box voor welk intern adres een antwoord bestemd is? - oplossing: misbruik poortnummerveld in TCP en UDP headers - vervang bij uitgaand pakket sourcepoort door een index in een vertaaltabel. - entry in vertaaltabel bevat oorspronkelijke adres van source en poortnummer - pas ook CRC in TCP of UDP header aan! - Bij ontvangst van een pakket, vertaal naar intern adres met behulp van poortnummer en vertaaltabel in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 107.6. Internet Control Protocollen - ICMP (Internet Control Message Protocol) - t.b.v rapportage en testen - ARP (Address Resolution Protocol) voor het vinden van Ethernet-adressen bij -adres - RARP (Reverse Address Resolution Protocol) - voor het vinden van het Internet-adres bij een Ethernet-adres - BOOTP voor bepalen van -adres - DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) voor het krijgen van een adres in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 108-18
Internet Message Control Protocol (ICMP) - rapporteert over events in het netwerk - de belangrijkste berichttypen: in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 109 Address Resolution Protocol (ARP) Bepaalt Ethernet adres bij -adres Probleem Pakket komt in juiste router op grond van -adres (2 bits, bepaald door Internet structuur) Moet via Ethernet adres naar goede machine (8 bits, bepaald door fabrikant Ethernetkaart) Werkwijze router doet broadcast in LAN: Wie heeft dit -adres? Het juiste station meldt zich en geeft zijn Ethernet adres in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 110 Reverse Address Resolution Protocol Starten van een werkstation zonder vaste schijf - Werkstation broadcasts een pakket met Ethernetadres en vraagt om zijn -adres - Een server met RARP erop zendt -adres naar werkstation DHCP Kan dynamisch adressen toewijzen, maakt gebruik van DHCP server en DHCP relay agents Voordeel: - Zelfde memory image in al werkstations op subnet Nadeel: - Broadcast op eigen subnetwerk (allemaal enen) => Elk subnetwerk heeft een server nodig met RARP in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 111 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 112.6. OSPF (1) OSPF (Open Shortest Path First) is de Interior Gateway Routing protocol standaard voor Internet - werkt binnen een Autonoom Systeem (AS) - AS verdeeld in areas - iedere AS heeft een backbone - iedere area binnen een AS verbonden met de backbone - vier soorten routers - internal routers (binnen een area) - area border routers (tussen areas) - backbone routers (op de backbone) - AS boundary routers (naar andere AS s OSPF (2) - gebruikt link state routing - op basis van informatie uitwisseling met adjacent routers - adjacent routers omvatten per LAN één designated router in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 11 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 11-19
OSPF ().6. BGP BGP (Border Gateway Protocol) is de Exterior Gateway Routing Protocol voor Internet - hebben te maken met politiek: Welke AS s vermijden? Welke AS s bij voorkeur nemen? argumenten b.v. veiligheid, wetgeving, concurrentie - in feite een distance vector routing algoritme, maar nu wordt niet de afstand informatie uitgewisseld, maar volledige routes. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 11 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 116.6.8 Internet Protocol versie 6 In de toekomst: - Sterke uitbreiding aangesloten stations - Wellicht elke TV in de toekomst Internet station => Huidige v gebrek aan adressen - Veel draadloze mobile stations => v, de huidige versie, is daarvoor niet goed uitgerust. in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 117 Belangrijkste doelen v6 1. Ondersteunen van miljarden stations 2. Omvang van de routeringstabellen verkleinen. Vereenvoudigen van om routers sneller te maken. Betere beveiliging. Meer aandacht voor type dienst (vooral tijdgebonden data) 6. Betere ondersteuning multicasting 7. Mobiliteit zonder verandering van adres 8. Mogelijkheid van ontwikkeling van het protocol in de toekomst 9. Nog jarenlang samengaan van het oude en het nieuwe protocol in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 118 Veranderingen t.o.v. v 1. Langere adressen Vaste v6-header 2 bits 2. eenvoudigere header (7 ipv. 1 velden) Version Priority Flow label. Betere ondersteuning van options (enkele oude standaardvelden zijn nu opties). Beveiliging Payload length Next header Source address Hop limit. Meer mogelijkheid voor specificeren van de soort dienst (type of service ) Destination address in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 119 in2210 Computernetwerken: Netwerklaag 120-20