Ryhmn kokoonpano ja panostus Kntjt Ilari Sahi Roman

Ryhmän kokoonpano ja panostus Kääntäjät: Ilari Sahi Roman Hyvönen Markus Kyläheiko Jere Lehtinen Antti Termonen Ville Hartikainen Sami Arho Saku Arho Laadunvaloja: Joel Salminen

Chapter 4: network layer chapter goals: understand principles behind network layer services: network layer service models forwarding versus routing how a router works routing (path selection) broadcast, multicast instantiation, implementation in the Internet Network Layer 4 -2

Luku 4: verkkokerros Kappaleen tavoitteet: Ymmärtää verkkokerroksen palveluiden takana olevat periaatteet: Verkkokerroksen palvelumallit Edelleenlähetys vastaan reititys Miten reititin toimii Reititys (reitin valinta) Lähetys, ryhmälähetys Ilmentöitymän luominen, toteutus internetissä Network Layer 4 -3

Chapter 4: outline 4. 1 introduction 4. 2 virtual circuit and datagram networks 4. 3 what’s inside a router 4. 4 IP: Internet Protocol – – datagram format IPv 4 addressing ICMP IPv 6 4. 5 routing algorithms – link state – distance vector – hierarchical routing 4. 6 routing in the Internet – RIP – OSPF – BGP 4. 7 broadcast and multicast routing Network Layer 4 -4

Luku 4: pääpiirteet 4. 1 Esittely 4. 2 Näennäispiiri ja datagrammi verkot 4. 3 Mitä on reitittimen sisällä 4. 4 IP: Internet Protokolla – datagrammi formaatti – IPv 4 osoittaminen – ICMP (Internet Control Message Protocol) – IPv 6 4. 5 Reititys algoritmit – Linkin tila – Etäisyys vektori – Hierarkkinen reititys 4. 6 Reititys internetissä – RIP (Routing Information Protocol) – OSPF (Open Shortest Path First) – BGP (Border Gateway Protocol) 4. 7 Lähetyksen ja ryhmälähetyksen reitittäminen Network Layer 4 -5

Network layer • transport segment from sending to receiving host • on sending side encapsulates segments into datagrams • on receiving side, delivers segments to transport layer • network layer protocols in every host, router • router examines header fields in all IP datagrams passing through it Network Layer application transport network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical 4 -6

Verkkokerros • kuljettaa segmentti lähettävältä vastaanottavalle hostille • Lähettäjän puolella tiivistetään segmentit datagrammeiksi • Vastaanottajan puolella toimitetaan segmentit kuljetuskerrokselle • Verkkokerroksen protokollat jokaisessa hostissa, reititin • Reititin tutkii otsikkokentät jokaisessa siitä kulkevasta IP datagrammista Network Layer application transport network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical 4 -7

Two key network-layer functions analogy: • forwarding: move packets from router’s routing: process of input to appropriate planning trip from router output source to dest forwarding: process Network Layer 4 -8 • routing: determine route taken by packets from source to dest. of getting through single interchange – routing algorithms

Kaksi avain verkkotason funktiot analogia: • Edelleenlähetys: siirretään paketit reitittimen syötöstä oikeaan ulostuloon • Reititys: Määritetään reitti, jonka paketit kulkevat lähteestä määränpäähän. reititys: Matkan Edelleenlähetys: suunnittelemisen prosessi lähteestä määränpäähän Prosessi yhden vaihdon aikaansaamiseksi – Reititys algoritmit Network Layer 4 -9

Interplay between routing and forwardi routing algorithm determines end-path through network local forwarding table header value output link forwarding table determines local forwarding at this router 0100 0101 0111 1001 3 2 2 1 value in arriving packet’s header 0111 1 3 2 Network Layer 4 -10

Reitityksen ja edelleenlähetyksen välinen vuorovaik Reititysalgoritmi määrittää päästäpäähän mentävän reitin verkossa routing algorithm Edelleenlähetystaulu määrää paikallisen edelleenlähetyksen kyseisessä reitittimessä local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 3 2 2 1 Saapuvan paketin otsikossa oleva arvo 0111 1 3 2 Network Layer 4 -11

Connection setup • 3 rd important function in some network architectures: – ATM, frame relay, X. 25 • before datagrams flow, two end hosts and intervening routers establish virtual connection – routers get involved • network vs transport layer connection service: – network: between two hosts (may also involve intervening routers in case of VCs) – transport: between two processes Network Layer 4 -12

Yhteyden muodostaminen • Kolmanneksi tärkein toiminnallisuus joissain verkkoarkkitehtuureissa: – ATM (Asynchronous Transfer Mode), kehyksen välitys, X. 25 • Ennen kuin datagrammit virtaavat kaksi päätylaitetta ja välissä olevat reitittimet luovat näennäisyhteyden – Reitittimet osallistuvat • Verkko- vastaan kuljetuskerros yhdistämispalvelu: – verkko: Kahden hostin välinen (saattaa myös sisällyttää välissä olevia reitittimiä VC (virtuaalipiiri) tapauksissa) – kuljetus: Kahden prosessin välillä Network Layer 4 -13

Network service model Q: What service model for “channel” transporting datagrams from sender to receiver? example services for a example services for flow of datagrams: individual datagrams: guaranteed delivery with less than 40 msec delay • in-order datagram delivery • guaranteed minimum bandwidth to flow • restrictions on changes in inter-packet spacing Network Layer 4 -14

Verkon palvelumalli Q: Mikä palvelumalli “kanavalle” joka lähettää datagrammeja lähettäjältä vastaanottajalle? Esimerkkipalveluja datagramien virralle: yksittäisille • Datagramien oikeassa datagrammeille: Varma toimitus alle 40 ms viiveellä järjestyksessä perille toimittaminen • Varmistettu minimikaistanleveys virralle • rajoituksia sisäisten pakettien välien muuttamisessa Network Layer 4 -15

Network layer service models: Network Architecture Internet Service Model Guarantees ? Congestion Bandwidth Loss Order Timing feedback best effort none ATM CBR ATM VBR ATM ABR ATM UBR constant rate guaranteed minimum none no no no yes yes yes no no (inferred via loss) no congestion yes no no Network Layer 4 -16

Verkkokerroksen palvelumallit: Verkko Arkkitehtuuri Internet Palvelu Malli Takuita? Ruuhka Kaistanleveys Häviö Järjestys Rytmitys Palaute Paras yritys Ei yhtään ATM CBR ATM VBR ATM ABR ATM UBR Tasainen Tahti Taattu Minimi Ei yhtään Ei Ei Ei Kyllä Kyllä Ei ei (puututaan häviön avulla) Ei ruuhkaa Kyllä Ei Ei Network Layer 4 -17

Chapter 4: outline 4. 1 introduction 4. 2 virtual circuit and datagram networks 4. 3 what’s inside a router 4. 4 IP: Internet Protocol – – datagram format IPv 4 addressing ICMP IPv 6 4. 5 routing algorithms – link state – distance vector – hierarchical routing 4. 6 routing in the Internet – RIP – OSPF – BGP 4. 7 broadcast and multicast routing Network Layer 4 -18

Connection, connection-less service datagram network provides network-layer connectionless service virtual-circuit network provides network-layer connection service analogous to TCP/UDP connecton-oriented / connectionless transport-layer services, but: service: host-to-host no choice: network provides one or the other implementation: in network core Network Layer 4 -19

Yhteys, yhteydetön palvelu datagramiverkko tarjoaa verkkokerrokselle yhteydetöntä palvelua virtuaalipiiriverkko tarjoaa verkkokerrokselle yhteydellistä palvelua Vastaavanlainen TCP/UDP yhteyspainotteiseen / yhteydettömään kuljetuskerroksen palveluun, mutta: palvelu: hostilta hostille ei vaihtoehtoa: verkko tarjoaa jommankumman toteutus: verkon ytimessä Network Layer 4 -20

Virtual circuits “source-to-dest path behaves much like telephone circuit” performance-wise network actions along source-to-dest path call setup, teardown for each call before data can flow each packet carries VC identifier (not destination host address) every router on source-dest path maintains “state” for each passing connection link, router resources (bandwidth, buffers) may be allocated to VC (dedicated resources = predictable service) Network Layer 4 -21

Virtuaalipiirit “Lähteestä-päämäärään polku, käyttäytyy hyvin samanlaisesti kuin puhelinpiiri” Suoritustavoiltaan Verkon toiminnat lähteestä-päämäärään polulla soiton asetus, purkaminen jokaiselle kutsulle ennenkuin data voi virrata Jokainen paketti sisältää VC-tunnistimen (ei päämäärän host osoitetta) Jokainen reititin lähteetä-päämäärään polulla pitää yllä “tilaa” jokaista ohitsemenevää yhteyttä kohti linkki, reititinresurssit (kaistanleveys, puskurit) voidaan myöntää VC: lle (omistautuneet Network Layer 4 -22 resurssit = ennalta-arvattava palvelu)

VC implementation a VC consists of: 1. path from source to destination 2. VC numbers, one number for each link along path 3. entries in forwarding tables in routers along path packet belonging to VC carries VC number (rather than dest address) VC number can be changed on each link. new VC number comes from forwarding table Network Layer 4 -23

VC: n käyttöönpano VC sisältää: 1. polun lähteestä päämäärään 2. VC numeroita, yksi numero jokaista linkkiä kohden polulla 3. Merkinnät eteenpäinlähetys taulukoissa reitittimissä polulla VC: n paketti kantaa VC numeroa (ennemmin kuin päämäärän osoitetta) VC numeroa voi vaihtaa jokaisessa linkissä. Uusi VC numero tulee eteenpäinlähetys taulukosta. Network Layer 4 -24

VC forwarding table 22 12 1 VC number interface number forwarding table in northwest router: Incoming interface 1 2 3 1 … Incoming VC # 12 63 7 97 … 2 32 3 Outgoing interface Outgoing VC # 3 1 2 3 22 18 17 87 … … VC routers maintain connection state inform Network Layer 4 -25

VC edelleenlähetystaulukko 22 12 1 edelleenlähetystaulukko luoteisessa reitittimessä: Saapuva liitäntä 1 2 3 1 … VC numero Liitäntänumero Saapuva VC # 12 63 7 97 … 2 32 3 Ulospäinsuuntautuva liitäntä Ulospäinsuuntautuva 3 1 2 3 VC # 22 18 17 87 … … VC reitittimet säilyttävät yhteyden tilan tiedot! Network Layer 4 -26

Virtual circuits: signaling protocols used to setup, maintain teardown VC used in ATM, frame-relay, X. 25 not used in today’s Internet application transport 5. data flow begins network 4. call connected data link 1. initiate call physical 6. receive data application 3. accept call 2. incoming call transport network data link physical Network Layer 4 -27

Virtuaalipiirit: signalointiprotokollat Käytetään asettamaan, ylläpitämään purkamaan VC käytetty pankkiautomaateissa, kuva -lähetys, X. 25 Ei käytetty nykypäivän Internetissä sovellus kuljetus 5. datan virtaaminen alkaa 4. puhelu yhdistetty verkko 1. aloittaa puhelun linkki fyysinen 6. vastaanota data sovellus kuljetus 3. hyväksy puhelu verkko 2. saapuva puhelu linkki fyysinen Network Layer 4 -28

Datagram networks no call setup at network layer routers: no state about end-to-end connections no network-level concept of “connection” Packets forwarded using destination host address application transport network 1. send datagrams data link physical application transport 2. receive datagrams network data link physical Network Layer 4 -29

Datagramiverkot Ei puhelun asetusta verkko tasolla reitittimet: ei tilaa päädystä-päätyyn yhteyksille Ei verkkon tasolla konsepta “yhteydestä” Paketit edelleenlähetetään käyttäen päämäärän hostin osoitetta sovellus kuljetus verkko linkki fyysinen sovellus kuljetus 1. lähetä datagrammeja 2. vastaanota datagrammeja verkko linkki fyysinen Network Layer 4 -30

Datagram forwarding table routing algorithm local forwarding table dest address output link address-range 1 address-range 2 address-range 3 address-range 4 3 2 2 1 4 billion IP addresses, so rather than list individual destination address list range of addresses (aggregate table entries) IP destination address in arriving packet’s header 1 3 2 Network Layer 4 -31

Datagram edelleenlähetystaulukko 4 miljardia IP osoitetta, joten mielummin kuin listataan jokainen erillinen päämäärän osoite reititysalgoritmi paikallinen edelleenlähetys taulukkoo Päämr osoite Ulosmeno address-range 1 3 linkki address-range 2 address-range 3 address-range 4 Listataan osoitteiden alue (yhteenlasketaan 2 2 1 taulukoiden merkinnät) IP päämäärän osoite saapuvan paketin otsikossa 1 3 2 Network Layer 4 -32

Datagram forwarding table Destination Address Range Link Interface 11001000 00010111 00010000 through 11001000 00010111 1111 0 11001000 00010111 00011000 0000 through 11001000 00010111 00011000 1111 1 11001000 00010111 00011001 0000 through 11001000 00010111 00011111 2 otherwise 3 Q: but what happens if ranges don’t divide up so nicely? Network Layer 4 -33

Datagram edelleenlähetys taulukko Päämäärä Osoite Alue Linkki liitäntä 11001000 00010111 00010000 through 11001000 00010111 1111 0 11001000 00010111 00011000 0000 through 11001000 00010111 00011000 1111 1 11001000 00010111 00011001 0000 through 11001000 00010111 00011111 2 otherwise 3 Q: mutta mitä tapahtuu jos alue ei jakaudu niin hienosti? Network Layer 4 -34

Longest prefix matching longest prefix matching when looking forwarding table entry for given destination address, use longest address prefix that matches destination address. Destination Address Range Link interface 11001000 00010111 00010*** ***** 0 11001000 00010111 00011000 ***** 1 11001000 00010111 00011*** ***** 2 otherwise 3 examples: DA: 11001000 00010111 00010110 10100001 DA: 11001000 00010111 00011000 1010 which interface? Network Layer 4 -35

Pisin etuliitten sovitus Pisin etuliitteen sovitus Kun etsitään edelleenlähetys taulukon merkintää annetulle päämäärän osoitteelle, käytä pisintä osoitteen etuliitettä joka sopii päämäärän osoitteeseen. Määränpää Osoite Väli Linkki liitäntä 11001000 00010111 00010*** ***** 0 11001000 00010111 00011000 ***** 1 11001000 00010111 00011*** ***** 2 muuten 3 esim: DA: 11001000 00010111 00010110 10100001 DA: 11001000 00010111 00011000 1010 Mikä liitäntä? Network Layer 4 -36

Datagram or VC network: why? Internet (datagram) ATM (VC) data exchange among computers “elastic” service, no strict timing req. many link types different characteristics uniform service difficult “smart” end systems (computers) can adapt, perform control, error recovery simple inside network, complexity at “edge” evolved from telephony human conversation: strict timing, reliability requirements need for guaranteed service “dumb” end systems telephones complexity inside network Network Layer 4 -37

Datagram vai VC verkko: miksi? Internetti (datagram) Data vaihtuu tietokoneiden välillä “elastinen” palvelu, ei tiettyä aikautusta tarvittu. Pankkiautomaatti (VC) monta linkki tyyppiä eri ominaisuudet Yhdenmukainen palvelu vaikeaa “fiksuja” päätysysteemeitä (computers) Voi sopeutua, suorittaa valvontaa, virheestätoipuminen Simppeli verkossa, monimutkainen Kehittynyt puhelinliikennenteestä Ihmisen keskutelu: Tiukat ajoitukset, luotettavuusvaatimuksi a Tarvitsee taatun palvelun “tyhmät” pääty systeemit puhelimet Monimutkaiset verkossa Network Layer 4 -38

Chapter 4: outline 4. 1 introduction 4. 2 virtual circuit and datagram networks 4. 3 what’s inside a router 4. 4 IP: Internet Protocol datagram format IPv 4 addressing ICMP IPv 6 4. 5 routing algorithms link state distance vector hierarchical routing 4. 6 routing in the Internet RIP OSPF BGP 4. 7 broadcast and multicast routing Network Layer 4 -39

Router architecture overview two key router functions: run routing algorithms/protocol (RIP, OSPF, BGP) forwarding datagrams from incoming to outgoing link forwarding tables computed, pushed to input ports routing processor routing, management control plane (software) forwarding data plane (hardware) high-seed switching fabric router input ports router output ports Network Layer 4 -40

Reititinarkitehtuurin yleisnäkymä Reitittimen kaksi avainfunktiota: Pyörittää reititys algoritmeja/protokollia(RIP, OSPF, BGP) edelleenlähetys datagrammit saapuvista linkeistä ulosmeneviin linkkeihin edelleenlähetystaulukot lasketaan, pusketaan sisäänmeno portteihin Reititys prosessori reititys, johto ohjaustaso (sovellus) Edelleenlähettäminen datataso (hardware) high-seed kytkentä rakenne Reitittimen sisäänmeno portit Reitittimen ulosmeno portit Network Layer 4 -41

Input port functions link layer protocol (receive) line termination lookup, forwarding switch fabric queueing physical layer: bit-level reception data link layer: e. g. , Ethernet see chapter 5 decentralized switching: given datagram dest. , lookup output port using forwarding table in input port memory (“match plus action”) goal: complete input port processing at ‘line speed’ queuing: if datagrams arrive faster Network Layer 4 -42 than forwarding rate into switch

Sisäänmeno portin funktiot etsintä, edelleenlähetys linkki tason Linja toteuttaminen protokolla (vastaanotto) Kytkin rakenne jonottaminen Fyysinen taso: bitti-tason vastaanotto data linkki taso: esm, Ethernet katso kappale 5 Hajautettu kytkentä: annettu datagram pääm. , etsi ulosmeno portti käyttäen edelleenlähetys taulukkoa sisääntulo portin muistista (“sovitus plus toiminta”) päämäärä: suorita sisääntulo portti prosessointi ‘linja nopeudella’ jonottelu: jos datagrammit saapuvat nopeammin kuin edelleenlähetys nopeus kytkin rakenteeseen Network Layer 4 -43

Switching fabrics transfer packet from input buffer to appropriate output buffer switching rate: rate at which packets can be transfer from inputs to outputs often measured as multiple of input/output line rate N inputs: switching rate N times line rate desirable three types of switching fabrics memory bus Network Layer crossbar 4 -44

kytkentät Siirtää paketin syöttäpuskurista asianmukaiseen antopuskuriin Vaihtoaktiivisuus: nopeus, jolla paketit voidaan siirtää syötöstä antoon. Usein mitataan useita syöttä/anto linjanopeuksia N syöttöjä: vaihtoaktiivisuus N kertaa linjanopeus Kolme kenttäkytkentä tyyppiä memory muisti bussi Network Layer poikkipuu 4 -45

Switching via memory first generation routers: • traditional computers with switching under direct control of CPU • packet copied to system’s memory • speed limited by memory bandwidth (2 bus crossings per datagram) input port (e. g. , Ethernet) memory output port (e. g. , Ethernet) system bus Network Layer 4 -46

Kytkentä muistin kautta Ensimmäisen sukupolmen reitittimet: • Perinteisten tietokoneiden kytkentä CPU: n valvonnassa • Paketit kopioitu järjestelmän muistiin • nopeus rajoitettu muistin kaistanleveydellä(2 bus ylittää per datagrammi) syöttä portti (esim. , Ethernet) muisti anto portti (esim, Ethernet) system bus Network Layer 4 -47

Switching via a bus datagram from input port memory to output port memory via a shared bus contention: switching speed limited by bus bandwidth 32 Gbps bus, Cisco 5600: sufficient speed for access and enterprise routers Network Layer bus 4 -48

Väylän vaihtaminen Datagrammi tuloportin muistista lähtöporttiin muistin kautta väylää vaihtamalla Väylän väite: kytykentänopeus rajoitettu kaistanleveyteen 32 Gbps väylä, Cisco 5600: riittävän nopea pääsy ja yritysten reitittimet Network Layer bus 4 -49

Switching via interconnection network overcome bus bandwidth limitations banyan networks, crossbar, other interconnection nets initially developed to connect processors in multiprocessor advanced design: fragmenting datagram into fixed length cells, crossbar switch cells through the fabric. Cisco 12000: switches 60 Gbps through the interconnection network Network Layer 4 -50

Yhteenliittämis verkon kautta kytkeminen Voittaa kaistanleveys rajoitukset banyan verkot, poikkipuu, muut yhteenliittämis verkot kehitetty yhdistämään suorittimia multisuorittimiksii Edistyksellinen muotoilu: datagrammin pilkkominen kiinteän crossbar pituisiin soluihin, kytkin solute kuidun läpi. Cisco 12000: kytkimet 60 Gbps yhteenliittämis verkon kautta Network Layer 4 -51

slide in HUGELY important! Output. This ports switch fabric datagram buffer queueing link layer protocol (send) line termination buffering required when datagrams arrive from fabric faster than the transmission rate Datagram (packets) can be lost scheduling discipline chooses among queued datagrams for transmission due to congestion, lack of buffers Priority scheduling – who gets best performance, network neutrality Network Layer 4 -52

Tämä dia on ERITTÄIN tärkeä! lähtöportit datagrammin puskuir Kytkin kuitu jonotus linkki kerroksen protokolla (lähetys) linjan päättyminen purkurointiin tarvitaan, kun datagrammeja saapuu kankaasta nopeammin kuin kerkeää siirtää Datagrammi Aikataulutus kurinalaisuus valitsee keskuudestaan jonossa lähetettävät(packetit) datagrammit voidaan menettään ruuhkan vuoksi , puskurien puute Prioriteettivuorotus – kuka saa parhaan suorituskyvyn, verkon puolueettomuutta Network Layer 4 -53

Output port queueing switch fabric one packet time later at t, packets more from input to output • buffering when arrival rate via switch exceeds output line speed • queueing (delay) and loss due to output port buffer overflow! Network Layer 4 -54

Lähtöporttijonotus Kytkin kuitu Yksi paketin aika myöhemmin T, paketteja enemmän syötöstä kuin lähdöstä • Puskurointi kun saapumisnopeus kytkimesä ylittää lähtölinjan nopeuden • Jonotus (viive) ja menetys lähtöportin puskurin ylivuodon takia! Network Layer 4 -55

How much buffering? • RFC 3439 rule of thumb: average buffering equal to “typical” RTT (say 250 msec) times link capacity C – e. g. , C = 10 Gpbs link: 2. 5 Gbit buffer • recent recommendation: RTT. Cwith N flows, buffering equal to N Network Layer 4 -56

Kuinka paljon puskurointia? • RFC 3439 peukkusääntö: keskimääräinen puskurointi yhtä kuin ”tyypillinen”RTT ( sanotaan 250 msec) kertaa linkin kapasiteetti C – esim, C = 10 Gpbs linkki: 2. 5 Gbit puskuri RTT. C N • Äskettäinen suositus: N virta , puskurointia vastaa Network Layer 4 -57

Input port queuing • fabric slower than input ports combined -> queueing may occur at input queues – queueing delay and loss due to input buffer overflow! • Head-of-the-Line (HOL) blocking: queued datagram at front of queue prevents others in queue from moving forward switch fabric output port contention: only one red datagram can be transferred. lower red packet is blocked Network Layer one packet time later: green packet experiences HOL blocking 4 -58

Tuloportin jonotus • Kuitu hitaampi kuin tuloportit yhteensä, jonotus voi esiintyä tulojonoina – Jonotusviivettä ja häviötä, tulopuskurin ylivuodon seurauksena! • Head-of-the-Line (HOL) esto: Jonon edessä olevat datagrammit estävät toisia liikkumasta eteenpäin jonossa switch fabric Lähtöportti väite: Vain yksi punainen datagrammmi voidaan siirtää. Alempi punainen paketti on Network Layer switch fabric Yksi paketti myöhemmin: Vihreä paketti kokee HOL eston 4 -59

Chapter 4: outline 4. 1 introduction 4. 2 virtual circuit and datagram networks 4. 3 what’s inside a router 4. 4 IP: Internet Protocol – – datagram format IPv 4 addressing ICMP IPv 6 4. 5 routing algorithms – link state – distance vector – hierarchical routing 4. 6 routing in the Internet – RIP – OSPF – BGP 4. 7 broadcast and multicast routing Network Layer 4 -60

The Internet network layer host, router network layer functions: transport layer: TCP, UDP IP protocol routing protocols network layer • addressing conventions • datagram format • packet handling conventions • path selection • RIP, OSPF, BGP forwarding table link layer ICMP protocol • error reporting • router “signaling” physical layer Network Layer 4 -61

Internet – verkkokerros Isäntä, reititin verkkokerroksen toimintoja kuljetuskerros: TCP, UDP IP protokolla Reititysprotokollat verkkokerros • yleissopimusten käsittely • datagrammin formaatti • paketti käsittelyn yleissopimukset • reitin valinta • RIP, OSPF, BGP forwarding table ICMP protokolla • virhe raportointi • reititin linkkikerros “signalointi” fyysinenkerros Network Layer 4 -62

IP datagram format IP protocol version number header length (bytes) “type” of data max number remaining hops (decremented at each router) upper layer protocol to deliver payload to how much overhead? 20 bytes of TCP 20 bytes of IP = 40 bytes + app layer overhead 32 bits ver head. type of len service 16 -bit identifier upper time to layer live total datagram length (bytes) length fragment flgs offset header checksum for fragmentation/ reassembly 32 bit source IP address 32 bit destination IP address options (if any) data (variable length, typically a TCP or UDP segment) Network Layer e. g. timestamp, record route taken, specify list of routers to visit. 4 -63

IP datagrammin formaatti IP protokollam versio numero Otsikon pituus (bittejä) Datan tyyppi Max numero jäljellä (pienennetään Jokaiseen reitittimen) emmän kerroksen protokolla 32 bits ver head. type of len service 16 -bit identifier upper time to layer live Datagrammin pit (bittejä) length fragment flgs offset header checksum 32 bit source IP address 32 bit destination IP address options (if any) Kuinka paljon yläpuolella? 20 bittiä TCP 20 bittiä IP = 40 bittiä + sov kerrosyläpuolella Paloitteluun/ uudelleenkasauk data (variable length, typically a TCP or UDP segment) Network Layer Esim. Aikaleima, Tallennettu reitti, Määritä luettelo re jota vierailla 4 -64

IP fragmentation, reassembly fragmentation: in: one large datagram out: 3 smaller datagrams … reassembly … • network links have MTU (max. transfer size) - largest possible link-level frame – different link types, different MTUs • large IP datagram divided (“fragmented”) within net – one datagram becomes several datagrams – “reassembled” only at final destination – IP header bits used to identify, order related fragments Network Layer 4 -65

IP: n paloittelu, uudelleenkokoaminen paloittelu: sisään: yksi iso datagramm ulos: 3 pienempää datagra … reassembly … • Verkoyhteyksillä on MTU (Max. transfer size) – suurin mahdollinen yhteystason kehys – Eri linkki tyyppejä, eri MTU • Suuri IP datagrammi jaetaan ”paloihin” netissä – Yhdestä datgrammista tulee useita datagrammeja – Uudelleenkokoaminen vain määränpäässä – IP-otsikkon bittejä käytetään tunnistamaan, liittyvät palat Network Layer 4 -66

IP fragmentation, reassembly example: 4000 byte datagram MTU = 1500 bytes 1480 bytes in data field offset = 1480/8 length ID fragflag =4000 =x =0 offset =0 one large datagram becomes several smaller datagrams length ID fragflag =1500 =x =1 offset =0 length ID fragflag =1500 =x =1 offset =185 length ID fragflag =1040 =x =0 offset =370 Network Layer 4 -67

IP: n hajottaminen, kokoominen Esimerkki: 4000 tavun datapaketti MTU = 1500 tavua 1480 tavua datakentässä offset = 1480/8 length ID fragflag =4000 =x =0 offset =0 Yhdestä isosta datapaketista tehdään monta pientä datapakettia length ID fragflag =1500 =x =1 offset =0 length ID fragflag =1500 =x =1 offset =185 length ID fragflag =1040 =x =0 offset =370 Network Layer 4 -68

Chapter 4: outline 4. 1 introduction 4. 2 virtual circuit and datagram networks 4. 3 what’s inside a router 4. 4 IP: Internet Protocol – – datagram format IPv 4 addressing ICMP IPv 6 4. 5 routing algorithms – link state – distance vector – hierarchical routing 4. 6 routing in the Internet – RIP – OSPF – BGP 4. 7 broadcast and multicast routing Network Layer 4 -69

IP addressing: introduction • IP address: 32 -bit 223. 1. 1. 1 223. 1. 2. 1 identifier for host, router 223. 1. 1. 2 interface 223. 1. 1. 4 • interface: connection between host/router and physical link 223. 1. 3. 27 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 2 – router’s typically have multiple interfaces – host typically has one or two interfaces (e. g. , wired Ethernet, wireless 802. 11) • IP addresses associated with each interface 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 2 223. 1. 1. 1 = 11011111 00000001 223 Network Layer 1 1 1 4 -70

IP-osoitteen anto: Esittely 223. 1. 1. 1 • IP-osoite: 32 -bittinen tunnistin isätäkoneelle, reitittimen rajapinta 223. 1. 2. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 • Rajapinta: yhteys isäntäkoneen/reitittimen ja fyysisen linkin välillä 223. 1. 3. 27 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 2 – Reitittimillä on yleensä monia rajapintoja – Isäntäkoneella on tyypillisesti yksi tai kaksi rajapintaa (esim. Ethernet ja 802. 11) • IP-osoitteet liittyvät jokaiseen rajapintaan 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 2 223. 1. 1. 1 = 11011111 00000001 223 Network Layer 1 1 1 4 -71

IP addressing: introduction Q: how are interfaces actually connected? A: we’ll learn about that 223. 1. 1. 2 in chapter 5, 6. 223. 1. 1. 1 223. 1. 2. 1 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 A: wired Ethernet interfaces connected by Ethernet switches 223. 1 For now: don’t need to worry about how one interface is connected to another (with no intervening router) 223. 1. 3. 2 A: wireless Wi. Fi interfaces connected by Wi. Fi base station Network Layer 4 -72

IP-osoitteen anto: Esittely Q: Miten rajapinnat ovat kytkeytyneet? A: Opimme se luvuissa 5 223. 1. 1. 2 ja 6 223. 1. 1. 1 223. 1. 2. 1 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 A: Ethernet rajapinnat ovat kytkeytyneen (Ethernet) kytkinten avulla Toistaiseksi: ei tarvitse huolehtia miten rajapinnat ovat kytkeytyneet toisiinsa (ilman välissä olevaa reititintä) 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 223. 1. 3. 2 A: langattomat Wi. Fi rajapinnat ovat kytkeytyneet Wi. Fi tukiaseman kautta Network Layer 4 -73

Subnets • IP address: –subnet part - high order bits –host part - low order bits • what’s a subnet ? –device interfaces with same subnet part of IP address –can physically reach other without intervening router 223. 1. 1. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 1 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 subnet 223. 1. 3. 2 network consisting of 3 subnets Network Layer 4 -74

Aliverkot • IP-osoitteet: 223. 1. 1. 1 –Aliverkon osa - high order bits –Isäntäkoneen osa - low order bits • Mikä on aliverkko? –Laite on omaa saman aliverkon osan IPosoitteessaan –Samassa aliverkossa olevat laitteet voivat fyysisesti tavoittaa toisen häiritsemättä reititintä 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 1 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 Aliverkko 223. 1. 3. 2 Verkko, jossa on kolme aliverkkoa Network Layer 4 -75

Subnets 223. 1. 1. 0/24 recipe to determine the subnets, detach each interface from its host or router, creating islands of isolated networks each isolated network is called a subnet 223. 1. 2. 0/24 223. 1. 1. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 1 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 subnet 223. 1. 3. 2 223. 1. 3. 0/24 subnet mask: /24 Network Layer 4 -76

Aliverkot 223. 1. 1. 0/24 resepti Määrittääksesi aliverkon, irroita kaikki rajapinnat laitteestan tai reitittimestään, lopputuloksena eristettyjen verkkojen saari Jokainen eristetty verkko on nimeltään aliverkko 223. 1. 2. 0/24 223. 1. 1. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 Network Layer 223. 1. 2. 1 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 aliverkko 223. 1. 3. 2 223. 1. 3. 0/24 Aliverkon maski: /24 4 -77

Subnets 223. 1. 1. 2 how many? 223. 1. 1. 1 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 9. 2 223. 1. 7. 0 223. 1. 9. 1 223. 1. 7. 1 223. 1. 8. 0 223. 1. 2. 6 223. 1. 2. 1 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 Network Layer 223. 1. 3. 2 4 -78

Aliverkot 223. 1. 1. 2 Kuinka monta? 223. 1. 1. 1 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 9. 2 223. 1. 7. 0 223. 1. 9. 1 223. 1. 7. 1 223. 1. 8. 0 223. 1. 2. 6 223. 1. 2. 1 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 Network Layer 223. 1. 3. 2 4 -79

IP addressing: CIDR: Classless Inter. Domain Routing subnet portion of address of arbitrary length address format: a. b. c. d/x, where x is # bits in subnet portion of address host part subnet part 11001000 00010111 00010000 200. 23. 16. 0/23 Network Layer 4 -80

IP-osoitteen anto: CIDR: Classless Inter-Domain Routing Aliverkon osa on mielivaltainen pala osoitteen pituudesta Osoitteen tyyppi on muotoa: a. b. c. d/x, missä x on aliverkon osan bittien määrä Isäntäkoneen osa Aliverkon osa 11001000 00010111 00010000 200. 23. 16. 0/23 Network Layer 4 -81

IP addresses: how to get one? Q: How does a host get IP address? • hard-coded by system admin in a file – Windows: control-panel->network->configuration->tcp/ip>properties – UNIX: /etc/rc. config • DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: dynamically get address from as server – “plug-and-play” Network Layer 4 -82

IP-osoitteet: Kuinka hankkia? Q: Miten isäntäkone saa IP-osoitteen? • kovakoodattu järjestelmänvalvojan toimesta tiedostoon – Windows: control-panel->network->configuration->tcp/ip>properties – UNIX: /etc/rc. config • DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: tarjoaa isäntäkoneelle IP-osoitetta – “plug-and-play” Network Layer 4 -83

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol goal: allow host to dynamically obtain its IP address from network server when it joins network – can renew its lease on address in use – allows reuse of addresses (only hold address while connected/“on”) – support for mobile users who want to join network (more shortly) DHCP overview: – – host broadcasts “DHCP discover” msg [optional] DHCP server responds with “DHCP offer” msg [optional] host requests IP address: “DHCP request” msg DHCP server sends address: “DHCP ack” msg Network Layer 4 -84

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Tavoite: Sallia isäntäkoneen hankkia dynaamisesti itselleen IP-osoite palvelimelta kun se liittyy verkkoon – Voi uusia “vuokrasopimuksen” omasta osoitteestaan – Sallii uudellenkäytön osoitteille (käyttää osoitetta vain silloin kun on kytketty/päällä) – Tukee mobiilikäyttäjiä, jotka haluavat liittyä verkkoon (tilapäisesti) DHCP yleiskatsaus: – – Isäntäkone lähettää “DHCP discover” viestin [valinnainen] DHCP-palvelin vastaa “DHCP offer” viestillä [valinnainen] Isäntäkone pyytää IP-osoitetta “DHCP request” viestillä DHCP-palvelin lähettää osoitteen “DHCP ack” viestillä Network Layer 4 -85

DHCP client-server scenario DHCP server 223. 1. 1. 0/24 223. 1. 2. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 arriving DHCP client needs address in this network 223. 1. 2. 0/24 223. 1. 3. 2 223. 1. 3. 0/24 Network Layer 4 -86

DHCP Asiakas/Palvelin skenaario DHCP -palvelin 223. 1. 1. 0/24 223. 1. 2. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 Saapuva DHCP asiakas tarvitsee osoitteen ko. verkkoon 223. 1. 2. 0/24 223. 1. 3. 2 223. 1. 3. 0/24 Network Layer 4 -87

DHCP client-server scenario DHCP server: 223. 1. 2. 5 DHCP discover src : 0. 0, 68 Broadcast: is there a dest. : 255, 67 DHCPyiaddr: server 0. 0 out there? arriving client transaction ID: 654 DHCP offer src: 223. 1. 2. 5, 67 Broadcast: I’m a DHCP dest: 255, 68 yiaddrr: 223. 1. 2. 4 server! Here’s an IP transaction 654 use address you. ID: can lifetime: 3600 secs DHCP request src: 0. 0, 68 dest: : 255, 67 Broadcast: OK. I’ll take yiaddrr: 223. 1. 2. 4 that IP address! transaction ID: 655 lifetime: 3600 secs DHCP ACK src: 223. 1. 2. 5, 67 dest: 255, 68 Broadcast: OK. You’ve yiaddrr: 223. 1. 2. 4 got that IPID: address! transaction 655 lifetime: 3600 secs Network Layer 4 -88

DHCP Asiakas/Palvelin skenaario DHCP-palvelin: 223. 1. 2. 5 DHCP discover src : 0. 0, 68 Lähetys: Onko siellä dest. : 255, 67 yiaddr: 0. 0 DHCP-palvelinta? Saapuva asiakas transaction ID: 654 DHCP offer src: 223. 1. 2. 5, 67 Lähetys: Minä olen DHCPdest: 255, 68 yiaddrr: 223. 1. 2. 4 palvelin! Tässä sinulle IPtransaction ID: 654 osoite, jota voit käyttää lifetime: 3600 secs DHCP request src: 0. 0, 68 dest: : 255, 67 Lähetys: OK. Minä otan yiaddrr: 223. 1. 2. 4 sen IP-osoitteen! transaction ID: 655 lifetime: 3600 secs DHCP ACK src: 223. 1. 2. 5, 67 dest: 255, Lähetys: OK. Sinä 68 sait yiaddrr: 223. 1. 2. 4 sen IP-osoitteen! transaction ID: 655 lifetime: 3600 secs Network Layer 4 -89

DHCP: more than IP addresses DHCP can return more than just allocated IP address on subnet: address of first-hop router for client name and IP address of DNS sever network mask (indicating network versus host portion of address) Network Layer 4 -90

DHCP: enemmän kuin vain IP-osoitteiden jakaja DHCP voi palauttaa muutakin kuin pelkästään varatun IP-osoitteen aliverkolle: Asiakasta lähimpänä olevan reitittimen DNS-palvelimen nimen ja IP-osoitteen Verkon maskin (joka ilmaisee verkon ja isäntälaitteen osuudet osoitteesta) Network Layer 4 -91

DHCP: example connecting laptop needs its IP address, addr of first-hop router, addr of DNS server: use DHCP UDP IP Eth Phy DHCP DHCP DHCP UDP IP Eth Phy 168. 1. 1. 1 router with DHCP server built into router Network Layer DHCP request encapsulated in UDP, encapsulated in IP, encapsulated in 802. 1 Ethernet frame broadcast (dest: FFFFFF) on LAN, received at router running DHCP server Ethernet demuxed to IP demuxed, UDP demuxed to DHCP 4 -92

DHCP: esimerkki DHCP UDP IP Eth Phy DHCP DHCP DHCP UDP IP Eth Phy 168. 1. 1. 1 Reititin sisäänrakennetulla DHCP-palvelimella Network Layer Yhdistetty kannettava tietokone tarvitsee IPosoitteen, lähimmän reitittimen osoitteen, DNSpalvelimen osoitteen: DHCP: ta käytetään DHCP-pyyntö tiivistettynä UDP: n, tiivistettynä IP: hen, tiivistettynä 802. 1 Ethernet-kehys broadcastaa (määränpää: FFFFFF) lähiverkossa, viesti vastaanotetaan reitittimellä, joka toimii DHCP-palvelimena 4 -93

DHCP: example • DCP server formulates DHCP ACK containing client’s IP address, IP address of first-hop router for client, name & IP address of DNS server DHCP UDP IP Eth Phy DHCP DHCP DHCP UDP IP Eth Phy router with DHCP server built into router Network Layer encapsulation of DHCP server, frame forwarded to client, demuxing up to DHCP at client now knows its IP address, name and IP address of DSN server, IP address of its first-hop router 4 -94

DHCP: esimerkki DHCP UDP IP Eth Phy DHCP DHCP DHCP UDP IP Eth Phy router with DHCP server built into router Network Layer • DCP-palvelin muotoilee DHCP-kuittauksen, joka sisältää asiakkaan IPosoitteen, asiakkaan lähimmän reitittimen IPosoitteen, DNS-palvelimen nimen ja IP-osoitteen DHCP-palvelimen tiivistys, kehys edelleenläheteään asiakkaalle, demultipleksataan DHCP: n tuntee asti asiakkaalla Asiakas nyt IPosoitteensa, DNSpalvelimen nimen ja osoitteen sekä lähimmän reitittimen osoitteen 4 -95

DHCP: Wireshark output (home LAN) reply Message type: Boot Request (1) Hardware type: Ethernet Hardware address length: 6 Hops: 0 Transaction ID: 0 x 6 b 3 a 11 b 7 Seconds elapsed: 0 Bootp flags: 0 x 0000 (Unicast) Client IP address: 0. 0 (0. 0) Your (client) IP address: 0. 0 (0. 0) Next server IP address: 0. 0 (0. 0) Relay agent IP address: 0. 0 (0. 0) Client MAC address: Wistron_23: 68: 8 a (00: 16: d 3: 23: 68: 8 a) Server host name not given Boot file name not given Magic cookie: (OK) Option: (t=53, l=1) DHCP Message Type = DHCP Request Option: (61) Client identifier Length: 7; Value: 010016 D 323688 A; Hardware type: Ethernet Client MAC address: Wistron_23: 68: 8 a (00: 16: d 3: 23: 68: 8 a) Option: (t=50, l=4) Requested IP Address = 192. 168. 1. 101 Option: (t=12, l=5) Host Name = "nomad" Option: (55) Parameter Request List Length: 11; Value: 010 F 03062 C 2 E 2 F 1 F 21 F 92 B 1 = Subnet Mask; 15 = Domain Name 3 = Router; 6 = Domain Name Server 44 = Net. BIOS over TCP/IP Name Server …… request Message type: Boot Reply (2) Hardware type: Ethernet Hardware address length: 6 Hops: 0 Transaction ID: 0 x 6 b 3 a 11 b 7 Seconds elapsed: 0 Bootp flags: 0 x 0000 (Unicast) Client IP address: 192. 168. 1. 101 (192. 168. 1. 101) Your (client) IP address: 0. 0 (0. 0) Next server IP address: 192. 168. 1. 1 (192. 168. 1. 1) Relay agent IP address: 0. 0 (0. 0) Client MAC address: Wistron_23: 68: 8 a (00: 16: d 3: 23: 68: 8 a) Server host name not given Boot file name not given Magic cookie: (OK) Option: (t=53, l=1) DHCP Message Type = DHCP ACK Option: (t=54, l=4) Server Identifier = 192. 168. 1. 1 Option: (t=1, l=4) Subnet Mask = 255. 0 Option: (t=3, l=4) Router = 192. 168. 1. 1 Option: (6) Domain Name Server Length: 12; Value: 445747 E 2445749 F 244574092; IP Address: 68. 87. 71. 226; IP Address: 68. 87. 73. 242; IP Address: 68. 87. 64. 146 Option: (t=15, l=20) Domain Name = "hsd 1. ma. comcast. net. " Network Layer 4 -96

IP addresses: how to get one? Q: how does network get subnet part of IP addr? A: gets allocated portion of its provider ISP’s address space ISP's block 11001000 00010111 00010000 200. 23. 16. 0/20 Organization 1 Organization 2. . . 11001000 00010111 00010000 11001000 00010111 00010010 0000 11001000 00010111 00010100 0000 …. 200. 23. 16. 0/23 200. 23. 18. 0/23 200. 23. 20. 0/23 …. Organization 7 11001000 00010111 00011110 0000 200. 23. 30. 0/23 Network Layer 4 -97

IP-osoitteen: kuinka hankitaan? Q: miten verkko hankkii IP-osoitteen aliverkon osuuden? A: verkko saa varatun osuuden palveluntarjoajansa osoiteavaruudesta. ISP's block 11001000 00010111 00010000 200. 23. 16. 0/20 Organization 1 Organization 2. . . 11001000 00010111 00010000 11001000 00010111 00010010 0000 11001000 00010111 00010100 0000 …. 200. 23. 16. 0/23 200. 23. 18. 0/23 200. 23. 20. 0/23 …. Organization 7 11001000 00010111 00011110 0000 200. 23. 30. 0/23 Network Layer 4 -98

Hierarchical addressing: route aggregation hierarchical addressing allows efficient advertisement of ro information: Organization 0 200. 23. 16. 0/23 Organization 1 200. 23. 18. 0/23 Organization 2 200. 23. 20. 0/23 Organization 7 . . . Fly-By-Night-ISP “Send me anything with addresses beginning 200. 23. 16. 0/20” Internet 200. 23. 30. 0/23 ISPs-R-Us Network Layer “Send me anything with addresses beginning 199. 31. 0. 0/16” 4 -99

Hierarkinen osoittaminen: reitin kokoaminen Hierarkinen osoittaminen mahdollistaa tehokkaan reititystietojen mainostamisen: Organization 0 200. 23. 16. 0/23 Organization 1 200. 23. 18. 0/23 Organization 2 200. 23. 20. 0/23 Organization 7 . . . Fly-By-Night-ISP “Send me anything with addresses beginning 200. 23. 16. 0/20” Internet 200. 23. 30. 0/23 ISPs-R-Us Network Layer “Send me anything with addresses beginning 199. 31. 0. 0/16” 4 -100

Hierarchical addressing: more specific routes ISPs-R-Us has a more specific route to Organization 1 Organization 0 200. 23. 16. 0/23 Organization 2 200. 23. 20. 0/23 Organization 7 . . . Fly-By-Night-ISP “Send me anything with addresses beginning 200. 23. 16. 0/20” Internet 200. 23. 30. 0/23 ISPs-R-Us Organization 1 200. 23. 18. 0/23 Network Layer “Send me anything with addresses beginning 199. 31. 0. 0/16 or 200. 23. 18. 0/23” 4 -101

Hierarkinen osoittaminen: tarkempia reittejä ISPs-R-Us has a more specific route to Organization 1 Organization 0 200. 23. 16. 0/23 Organization 2 200. 23. 20. 0/23 Organization 7 . . . Fly-By-Night-ISP “Send me anything with addresses beginning 200. 23. 16. 0/20” Internet 200. 23. 30. 0/23 ISPs-R-Us Organization 1 200. 23. 18. 0/23 Network Layer “Send me anything with addresses beginning 199. 31. 0. 0/16 or 200. 23. 18. 0/23” 4 -102

IP addressing: the last word. . . Q: how does an ISP get block of addresses? A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers http: //www. icann. org/ allocates addresses manages DNS assigns domain names, resolves disputes Network Layer 4 -103

IP osoitteet: loppusanat Q: Miten ISP hankkii läjän osoitteita? A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers http: //www. icann. org/ Varaa osoitteita hallitsee DNS: ää Jakaa verkkonimiä, ratkaisee erimielisyyksiä Network Layer 4 -104

NAT: network address translation rest of Internet local network (e. g. , home network) 10. 0. 0/24 10. 0. 0. 1 10. 0. 0. 4 10. 0. 0. 2 138. 76. 29. 7 10. 0. 0. 3 all datagrams leaving local network have same single source NAT IP address: 138. 76. 29. 7, different datagrams with source or destination in this network have 10. 0. 0/24 address for source, destination (as usual) Network Layer 4 -105

NAT: network address translation Loput internetistä Paikallinen lähiverkko (esim. kotiverkko) 10. 0. 0/24 10. 0. 0. 1 10. 0. 0. 4 10. 0. 0. 2 138. 76. 29. 7 10. 0. 0. 3 Kaikki paikallisesta lähiverkosta poistuvat datagramit sisältävät saman NAT IP-osoitteen lähdetietoina: 138. 76. 29. 7, eri lähdeporttinumerot Datagrammeilla on 10. 0. 0/24 osoite lähdölle ja määränpäälle Network Layer 4 -106

NAT: network address translation motivation: local network uses just one IP address as far as outside world is concerned: – range of addresses not needed from ISP: just one IP address for all devices – can change addresses of devices in local network without notifying outside world – can change ISP without changing addresses of devices in local network – devices inside local net not explicitly addressable, visible by outside world (a security plus) Network Layer 4 -107

NAT: network address translation motivaatiota: paikallinen lähiverkko käyttää vain yhtä IP-osoitetta ulkomaailman näkökulmasta: – Ei tarvita useita osoitteita ISP: ltä: vain yksi IP-osoite kaikille laitteille – Paikallisverkon osoitteita voidaan muuttaa vapaasti ilman, että ulkomaailmalle tarvitsee ilmoittaa asiasta mitään – ISP: tä voidaan vaihtaa ilman paikallisten osoitteiden muuttumista – Paikallisverkon laitteet eivät ole täsmällisesti osoitettavissa tai näkyvissä ulkomaailmaan (turvallisempaa) Network Layer 4 -108

NAT: network address translation implementation: NAT router must: – outgoing datagrams: replace (source IP address, port #) of every outgoing datagram to (NAT IP address, new port #). . . remote clients/servers will respond using (NAT IP address, new port #) as destination addr – remember (in NAT translation table) every (source IP address, port #) to (NAT IP address, new port #) translation pair – incoming datagrams: replace (NAT IP address, new port #) in dest fields of every incoming datagram with corresponding (source IP address, port #) stored in NAT table Network Layer 4 -109

NAT: network address translation toteutus: NAT-reitittimen täytyy: – Lähtevät datagrammit: korvata (lähdon IP-osoite, portti#) kaikkien lähtevien datagramien (NAT IP-osoite, uusi portti#). . . Etäiset asiakkaat/palvelimet vastaavat (NAT IPosoite, uusi portti#) päämäärän osoitteena – muistaa (NAT-muunnostaulussa) kaikki (lähdön IP-osoite, portti#) -> (NAT IP-osoite, uusi portti#) muunnosparit – Tulevat datagrammit: korvata (NAT IP-osoite, uusi portti#) kaikkien tulevien datagramien määränpääkentissä sitä vastaavalla (lähdön IP-osoite, portti#), joita säilytetään NAT-taulussa Network Layer 4 -110

NAT: network address translation 2: NAT router changes datagram source addr from 10. 0. 0. 1, 3345 to 138. 76. 29. 7, 5001, updates table NAT translation table WAN side addr LAN side addr 1: host 10. 0. 0. 1 sends datagram to 128. 119. 40. 186, 80 138. 76. 29. 7, 5001 10. 0. 0. 1, 3345 …… …… S: 10. 0. 0. 1, 3345 D: 128. 119. 40. 186, 80 1 2 S: 138. 76. 29. 7, 5001 D: 128. 119. 40. 186, 80 138. 76. 29. 7 S: 128. 119. 40. 186, 80 D: 138. 76. 29. 7, 5001 3: reply arrives dest. address: 138. 76. 29. 7, 5001 3 10. 0. 0. 4 S: 128. 119. 40. 186, 80 D: 10. 0. 0. 1, 3345 10. 0. 0. 1 10. 0. 0. 2 4 10. 0. 0. 3 4: NAT router changes datagram dest addr from 138. 76. 29. 7, 5001 to 10. 0. 0. 1, 3345 Network Layer 4 -111

NAT: network address translation • 16 -bit port-number field: – 60, 000 simultaneous connections with a single LAN-side address! • NAT is controversial: – routers should only process up to layer 3 – violates end-to-end argument • NAT possibility must be taken into account by app designers, e. g. , P 2 P applications – address shortage should instead be solved by IPv 6 Network Layer 4 -112

NAT: network address translation • 16 -bittinen porttinumerokenttä: – 60, 000 samanaikaista yhteyttä yhdellä LAN-osoittella! • NAT on kiistanalainen: – Reitittimien tulisi prosessoida vain kolmanteen kerrokseen asti – Rikkoo päästä-päähän argumenttia • Sovellusten suunnittelijoiden tulee ottaa NAT: n mahdollisuus huomioon, esim. P 2 P-sovelluksissa • Osoitteden puute tulisi sen sijaan ratkaista IPV 6: lla Network Layer 4 -113

NAT traversal problem • client wants to connect to server with address 10. 0. 0. 1 – server address 10. 0. 0. 1 local to LAN (client can’t use it as destination addr) – only one externally visible NATed address: 138. 76. 29. 7 • solution 1: statically configure NAT to forward incoming connection requests at given port to server client 10. 0. 0. 1 ? 10. 0. 0. 4 138. 76. 29. 7 NAT router – e. g. , (123. 76. 29. 7, port 2500) always forwarded to 10. 0. 0. 1 port 25000 Network Layer 4 -114

NAT läpikulkuongelma • Asiakas haluaa luoda yhteyden palvelimeen osoitteessa 10. 0. 0. 1 – Palvelinosoite 10. 0. 0. 1 paikallinen LAN (asiakas ei voi käyttää sitä päämääräosoitteena) – Vain yksi ulkoisesti näkyvä NATosoite: 138. 76. 29. 7 • ratkaisu 1: staattisesti konfiguroidaan NAT edelleenlähettämään sisääntulevat yhteyspyynnöt annettuun porttiin palvelimella client 10. 0. 0. 1 ? 10. 0. 0. 4 138. 76. 29. 7 NAT router – Esim. (123. 76. 29. 7, portti 2500) edelleen lähetetään aina 10. 0. 0. 1, portti 25000 Network Layer 4 -115

NAT traversal problem • solution 2: Universal Plug and Play (UPn. P) Internet Gateway Device (IGD) Protocol. Allows NATed host to: learn public IP address (138. 76. 29. 7) add/remove port mappings (with lease times) 10. 0. 0. 1 IGD NAT router i. e. , automate static NAT port map configuration Network Layer 4 -116

NAT: in läpikulkuongelma ratkaisu 2: Universal Plug and Play (UPn. P) Internet Gateway Device (IGD) protokollat. Päästävät NAT: ia käyttävän laitteen: Tuntemaan julkisen IPosoitteen (138. 76. 29. 7) Lisäämään/poistamaan porttikartat (vuokraajoilla) 10. 0. 0. 1 IGD NAT router esim. automatisoi staattisen NAT porttikartan määritykset Network Layer 4 -117

NAT traversal problem • solution 3: relaying (used in Skype) – NATed client establishes connection to relay – external client connects to relay – relay bridges packets between to connections 2. connection to relay initiated by client 1. connection 10. 0. 0. 1 to relay initiated by NATed host 3. relaying established 138. 76. 29. 7 Network Layer NAT router 4 -118

NAT: in läpikulkuongelma ratkaisu 3: välitys (käytetään Skypessä) NAT: ia käyttävä laite muodostaa yhteyden välitykseen Ulkopuolinen asiakas yhdistää välitykseen Välitys siltaa paketit laitteiden välillä 2. yhteys välitykseen asiakkaan toimesta client 1. yhteys 3. välitys muodostettu 10. 0. 0. 1 välitykseen NAT: ia käyttävän laitteen toimesta 138. 76. 29. 7 NAT router Network Layer 4 -119

Chapter 4: outline 4. 1 introduction 4. 2 virtual circuit and datagram networks 4. 3 what’s inside a router 4. 4 IP: Internet Protocol – – datagram format IPv 4 addressing ICMP IPv 6 4. 5 routing algorithms – link state – distance vector – hierarchical routing 4. 6 routing in the Internet – RIP – OSPF – BGP 4. 7 broadcast and multicast routing Network Layer 4 -120

ICMP: internet control message protocol • used by hosts & routers to communicate networklevel information – error reporting: unreachable host, network, port, protocol – echo request/reply (used by ping) • network-layer “above” IP: – ICMP msgs carried in IP datagrams • ICMP message: type, code plus first 8 bytes of IP datagram causing error Type 0 3 3 3 4 Code 0 0 1 2 3 6 7 0 8 9 10 11 12 0 0 0 Network Layer description echo reply (ping) dest. network unreachable dest host unreachable dest protocol unreachable dest port unreachable dest network unknown dest host unknown source quench (congestion control - not used) echo request (ping) route advertisement router discovery TTL expired bad IP header 4 -121

ICMP: internet kontrolliviestiprotokolla Laitteet ja reitittimet hyödyntävät verkkotason tiedon siirrossa Virheilmoitukset: saavuttamattomissa oleva laite, verkko, portti, protokolla Kaikupyyntö/vastaus (pingin käyttämä) Verkkokerros IP: een “yläpuolella” : ICMP viestit kuljetetaan IP datagrammeissa ICMP viesti: tyyppi, koodi + ensimmäiset kahdeksan IP Tyyppi Koodi Kuvaus 0 0 echo reply (ping) 3 0 dest. network unreachable 3 1 dest host unreachable 3 2 dest protocol unreachable 3 3 dest port unreachable 3 6 dest network unknown 3 7 dest host unknown 4 0 source quench (congestion control - not used) 8 0 echo request (ping) 9 0 route advertisement 10 0 router discovery 11 0 TTL expired 12 0 bad IP header Network Layer 4 -122

Traceroute and ICMP source sends series of UDP segments to dest first set has TTL =1 second set has TTL=2, etc. unlikely port number when nth set of datagrams arrives to nth router: router discards datagrams and sends source ICMP messages (type 11, code 0) ICMP messages includes name of router & IP address 3 probes when ICMP messages arrives, source records RTTs stopping criteria: UDP segment eventually arrives at destination host destination returns ICMP “port unreachable” message (type 3, code 3) source stops Network Layer 4 -123

Traceroute ja ICMP lähde lähettää sarjan UDP segmenttejä vastaanottajalle 1: llä setillä TTL =1 2: lla setillä TTL=2, jne. Epätodennäköinen porttinumero kun n-arvoinen datagrammien setti saapuu n-arvoiselle reitittimelle: Reititin hylkää datagrammit Ja lähettää lähteelle ICMP viestejä (tyyppi 11, 3 probes koodi 0) ICMP iestit sisältävät 3 probes reitittimen nimen ja IP- kun ICMP viestit saapuvat, lähde tallettaa RTT: t lopetuskriteeri: UDP segmentti saapuu lopulta päätelaitteelle päätelaite palauttaa ICMP “portti saavuttamattomissa” viestin (tyyppi 3, koodi 3) Lähde lopettaa Network Layer 4 -124

IPv 6: motivation • initial motivation: 32 -bit address space soon to be completely allocated. • additional motivation: – header format helps speed processing/forwarding – header changes to facilitate Qo. S IPv 6 datagram format: – fixed-length 40 byte header – no fragmentation allowed Network Layer 4 -125

IPv 6: motivaatio Lähtökohta motivaatiolle: 32 -bittiset osoitteet ovat kohta kaikki käytössä. lisämotivaatio: otsikkomuoto nopeuttaa käsitellyä/ohjausta Otsikkomuodon muutos helpottaa Qo. S: ia IPv 6 datagrammin muoto: 40 tavunen otsikko fragmentaatiota ei suvaita Network Layer 4 -126

IPv 6 datagram format priority: identify priority among datagrams in flow Label: identify datagrams in same “flow. ” (concept of“flow” not well defined). next header: identify upper layer protocol for data ver pri flow label hop limit payload len next hdr source address (128 bits) destination address (128 bits) data 32 bits Network Layer 4 -127

IPv 6 datagrammin muoto priority: tunnistaa tärkeysjärjestyksen liikenteessä flow Label: tunnistaa saman “flow”: n datagramm (“flow”: in konseptia ei ole määritelty next header: tunnistaa ylemmän tason protokollan ver pri flow label hop limit payload len next hdr source address (128 bits) destination address (128 bits) data 32 bits Network Layer 4 -128

Other changes from IPv 4 • checksum: removed entirely to reduce processing time at each hop • options: allowed, but outside of header, indicated by “Next Header” field • ICMPv 6: new version of ICMP – additional message types, e. g. “Packet Too Big” – multicast group management functions Network Layer 4 -129

Muut muutokset Ipv 4: stä tarkistussumma: poistettu kokonaan nopeuttaakseen käsittelyä vaihtoehdot: sallittuja, mutta otsikon ulkopuolella, “Next Header” -kentän alla ICMPv 6: ICMP: n uusi versio lisäviestityypit, esim. “Packet Too Big” ryhmälähetyksen hallinnointitoiminnot Network Layer 4 -130

Transition from IPv 4 to IPv 6 • not all routers can be upgraded simultaneously – no “flag days” – how will network operate with mixed IPv 4 and IPv 6 routers? • tunneling: IPv 6 datagram carried as payload in IPv 4 datagram among IPv 4 routers IPv 4 header fields IPv 4 source, dest addr IPv 6 header fields IPv 6 source dest addr IPv 4 payload UDP/TCP payload IPv 6 datagram IPv 4 datagram Network Layer 4 -131

Vaihtaminen Ipv 4: stä Ipv 6: een Kaikki reitittimiä ei voida päivittää yhtäaikaa ei “lippupäiviä” Kuinka verkot toimii, kun sekoitetaan Ip. V 4: ää ja Ipv 6: sta? tunnelointi: IPv 6 datagrammi kuljetaan kuin ylimääräisenä painona IPv 4 datagrammissa IPv 4 reitittimien välillä IPv 4 header fields IPv 4 source, dest addr IPv 6 header fields IPv 6 source dest addr IPv 4 payload UDP/TCP payload IPv 6 datagram IPv 4 datagram Network Layer 4 -132

Tunneling B IPv 6 A B C IPv 6 IPv 4 logical view: physical view: IPv 4 tunnel connecting IPv 6 routers A Network Layer E F IPv 6 D E F IPv 4 IPv 6 4 -133

Tunnelointi A Looginen näkymä: Fyysinen näkymä: B IPv 4 tunnelointi E yhdistämässä IPv 6 reitittimiä IPv 6 A B C IPv 6 IPv 4 F IPv 6 D E F IPv 4 IPv 6 Network Layer 4 -134

Tunneling IPv 4 tunnel connecting IPv 6 routers A B IPv 6 A B C IPv 6 IPv 4 logical view: physical view: flow: X src: A dest: F data A-to-B: IPv 6 E F IPv 6 D E F IPv 4 IPv 6 src: B dest: E Flow: X Src: A Dest: F data B-to-C: IPv 6 inside Network Layer IPv 4 B-to-C: IPv 6 inside IPv 4 flow: X src: A dest: F data E-to-F: IPv 6 4 -135

IPv 6: adoption • US National Institutes of Standards estimate [2013]: – ~3% of industry IP routers – ~11% of US gov’t routers • Long (long!) time for deployment, use – 20 years and counting! – think of application-level changes in last 20 years: WWW, Facebook, … – Why? Network Layer 4 -136

Ipv 6: en mukaantulo US National Institutes of Standards arvioi [2013]: ~3% teollisuuden IP-reitittimistä ~11% USA: n hallituksen reitittimistä Pitkä (pitka!) aika todelliseen muutokseen 20 vuotta ja vieläkin kesken! Ajattele sovellustason muutoksia viime 20 vuoden aikana: WWW, Facebook, … Miksi? Network Layer 4 -137

Chapter 4: outline 4. 1 introduction 4. 2 virtual circuit and datagram networks 4. 3 what’s inside a router 4. 4 IP: Internet Protocol – – datagram format IPv 4 addressing ICMP IPv 6 4. 5 routing algorithms – link state – distance vector – hierarchical routing 4. 6 routing in the Internet – RIP – OSPF – BGP 4. 7 broadcast and multicast routing Network Layer 4 -138

Interplay between routing, forwarding routing algorithm determines end-path through network routing algorithm local forwarding table dest address output link address-range 1 address-range 2 address-range 3 address-range 4 forwarding table determines local forwarding at this router 3 2 2 1 IP destination address in arriving packet’s header 1 3 2 Network Layer 4 -139

Reitityksen ja edelleensiirron yhteispeli reititysalgoritmi määrittää päätteestä päätteelle -polun verkos routing algorithm local forwarding table dest address output link address-range 1 address-range 2 address-range 3 address-range 4 Ohjaustaulu määrittää paikallisen ohjauksen reitittimessä 3 2 2 1 IP pääteosoite saapuvan paketin otsikkotiedossa 1 3 2 Network Layer 4 -140

Hierarchical routing our routing study thus far idealization all routers identical network “flat” … not true in practice scale: with 600 million administrative autonomy destinations: • can’t store all dest’s in routing tables! • routing table exchange would swamp links! internet = network of networks each network admin may want to control routing in its own network Network Layer 4 -141

Hierarkinen reititys Meidän reititys opit tähän asti idealisointi Kaikki reitittimet samanlaisia verkko “litteä” … ei pidä paikkaansa käytännössä skaala: 600 milj. määränpäätä: • Ei voi tallentaa kaikkia määränpäitä taulukkoon! • Reititys taulukon vaihto upottaisi linkit! Hallinnallinen autonomia • internet = verkkojen verkko • Joka verkon ylläpitäjä voi hallita reititystä omassa verkossa Network Layer 4 -142

Hierarchical routing • aggregate routers into regions, “autonomous systems” (AS) • routers in same AS run same routing protocol gateway router: • at “edge” of its own AS • has link to router in another AS – “intra-AS” routing protocol – routers in different AS can run different intra. AS routing protocol Network Layer 4 -143

Hierarkinen reititys • Ryhmittää reitittimet alueisiin, “autonomiset systeemit” (AS) • Reitittimet samassa AS käyttää samaa reititysprotokollaa Porttireititin: • Oman AS: n “reunalla” • On linkki eri AS: n reitittimeen – “intra-AS” reititys protokolla – Reitittimet eri AS: ssä voivat käyttää eri intra. AS reititysprotokollaa Network Layer 4 -144

Interconnected ASes 3 c 3 a 3 b AS 3 2 c 2 a 1 c 1 a 1 d AS 2 1 b AS 1 Intra-AS Routing algorithm Inter-AS Routing algorithm Forwarding table Network Layer 2 b forwarding table configured by both intraand inter-AS routing algorithm intra-AS sets entries for internal dests inter-AS & intra-AS sets entries for external dests 4 -145

Yhdistetyt AS 3 c 3 a 3 b AS 3 2 c 2 a 1 c 1 a 1 d AS 2 1 b AS 1 Intra-AS Routing algorithm Inter-AS Routing algorithm Forwarding table Network Layer 2 b • Edelleenlähetys taulukko konfiguroitu molempien intra- ja inter-AS reititys algoritmien mukaan – intra-AS asettaa sisäänpääsyt sisäisille määränpäille – inter-AS & intra-AS asettaa sisäänpääsyt ulkoisille määränpäille 4 -146

Inter-AS tasks suppose router in AS 1 receives datagram destined outside of AS 1: router should forward packet to gateway router, but which one? AS 1 must: 1. learn which dests are reachable through AS 2, which through AS 3 2. propagate this reachability info to all routers in AS 1 job of inter-AS routing! 3 c 3 b other networks 3 a AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -147

Inter-AS tehtävät • Olettaa, että reititin AS 1: ssä saa dataa mikä kuuluu AS 1: n ulkopuolelle: – Reitittimen pitäisi lähettää paketti porttireitittimelle, mutta mille? AS 1 täytyy: 1. Oppia mitkä määränpäät ovat saavutettavissa AS 2: n läpi, ja mitkä AS 3: n läpi 2. Levittää tämä tieto kaikille AS 1: n reitittimille job of inter-AS routing! 3 c 3 b other networks 3 a AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -148

Example: setting forwarding table in router 1 d • suppose AS 1 learns (via inter-AS protocol) that subnet x reachable via AS 3 (gateway 1 c), but not via AS 2 – inter-AS protocol propagates reachability info to all internal routers • router 1 d determines from intra-AS routing info that its interface I is on the least cost path to 1 c – installs forwarding table entry (x, I) … 3 c 3 b other networks x 3 a AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -149

Esimerkki: asetetaan edelleenlähetystaulukko 1 d reitittimeen • Oletetaan, että AS 1 oppii (inter-AS protokolla) että aliverkko x saavutettavissa AS 3: avulla (portti 1 c), mutta ei AS 2: n avulla – inter-AS protokolla levittää infoa kaikille sisäisille reitittimille • reititin 1 d päättää intra-AS: reititys infosta, että rajapinta I on halvin tie 1 c – Asentaa edelleenlähetystaulukkoon alkion (x, I) … 3 c 3 b other networks x 3 a AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -150

Example: choosing among multiple ASes • now suppose AS 1 learns from inter-AS protocol that subnet x is reachable from AS 3 and from AS 2. • to configure forwarding table, router 1 d must determine which gateway it should forward packets towards for dest x – this is also job of inter-AS routing protocol! … 3 c 3 b other networks x … 3 a AS 3 … 1 c 1 a AS 1 1 d ? 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -151

Esimerkki: valinta monen AS: n välillä • Nyt oletetaan, että AS 1 oppii inter-AS protokollasta, että aliverkko x on saavutettavissa AS 3: sta ja AS 2: sta. • Konfiguroidakseen edelleenlähetys taulukon, reitittimen 1 d täytyy päättää, mihin porttiin sen pitäisi lähettää paketit, jotta ne menisivät x. – Tämä on myös inter-AS reititinprotokollan tehtävä! … 3 c 3 b other networks x … 3 a AS 3 … 1 c 1 a AS 1 1 d ? 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -152

BGP basics BGP session: two BGP routers (“peers”) exchange BGP messages: advertising paths to different destination network prefixes (“path vector” protocol) exchanged over semi-permanent TCP connections • when AS 3 advertises a prefix to AS 1: – AS 3 promises it will forward datagrams towards that prefix – AS 3 can aggregate prefixes in its advertisement 3 c 3 b other networks 3 a BGP message AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -153

BGP perusteet BGP sessio: kaksi BGP reititintä (“peers”) vaihtavat BGP viestejä: mainostaa reittejä eri määränpäihin (“reittivektori”protokolla) Vaihdetaa semi-pysyvillä TCP yhteyksillä • Kun AS 1 mainostaa prefiksiä AS 3 • AS 3 lupaa, että se lähettää dataa siihen prefiksiin • AS 3 voi liittää prefiksejä sen mainostamiseen 3 c 3 b other networks 3 a BGP message AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -154

BGP basics: distributing path information using e. BGP session between 3 a and 1 c, AS 3 sends prefix reachability info to AS 1. 1 c can then use i. BGP do distribute new prefix info to all routers in AS 1 1 b can then re-advertise new reachability info to AS 2 over 1 b-to-2 a e. BGP session when router learns of new prefix, it creates entry for prefix in its forwarding table. e. BGP session 3 b other networks 3 a AS 3 i. BGP session 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -155

BGP perusteet: jakamassa reitti infoa • käyttäessä e. BGP sessiota 3 a ja 1 c välillä, AS 3 lähettää prefiksin saavutettavuus infoa AS 1. – 1 c voi silloin käyttää i. BGP jakaakseen uutta prefiksi infoa kaikille reitittimille AS 1: ssä – 1 b voi silloin mainostaa saavutettavuus infoa AS 2 yli 1 b-to-2 a e. BGP sessiolla • Kun reititin oppii uuden prefiksinse luo sisäänkäynnin prefiksille sen edelleenlähetys taulukkoon. e. BGP session 3 b other networks 3 a AS 3 i. BGP session 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b Network Layer 2 c 2 b other networks AS 2 4 -156

Path attributes and BGP routes • advertised prefix includes BGP attributes – prefix + attributes = “route” • two important attributes: – AS-PATH: contains ASs through which prefix advertisement has passed: e. g. , AS 67, AS 17 – NEXT-HOP: indicates specific internal-AS router to nexthop AS. (may be multiple links from current AS to next-hop -AS) • gateway router receiving route advertisement uses import policy to accept/decline – e. g. , never route through AS x – policy-based routing Network Layer 4 -157

Reitti atribuutit ja BGP reitit • Mainostettu prefiksi sisältää BGP ominaisuudet – prefiksi + ominaisuus = “reitti” • Kaksi tärkeää ominaisuutta: – AS-PATH: selvittää AS: n läpi mikä prefiksi on ohittanut: e. g. , AS 67, AS 17 – NEXT-HOP: ilmaisee tarkan sisäisen-AS reitittimen nexthop AS. (voi olla useita linkkejä nykyisestä AS next-hop-AS) • Reitti mainosta saava porttireititin käyttää tuonti käytäntöä hyväksyä/hylätä – esim. , ei ikinä reittiä läpi AS x – Käytäntö-perusteinen reititys Network Layer 4 -158

Router may receive multiple routes 3 c 3 b other networks 3 a BGP message AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 Router may receive multiple routes for same prefix Has to select one route other networks

Reititin voi saada useita reittejä 3 c 3 b muut verkot 3 a BGP viesti AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 Reititin voi saada useita reittejä samalle etuliitteelle Täytyy valita yksi reitti muut verkot

Select best BGP route to prefix • Router selects route based on shortest ASPATH Example: select AS 2 AS 17 to 138. 16. 64/22 AS 3 AS 131 AS 201 to 138. 16. 64/22 What if there is a tie? We’ll come back to that!

Valitse paras BGP-reitti etuliitteelle • Reititin valitsee reitin lyhyimmän ASPATH: n perusteella Esimerkki: valitse AS 2 AS 17 to 138. 16. 64/22 AS 3 AS 131 AS 201 to 138. 16. 64/22 Mitä jos tulee tasapeli? Palaamme tähän!

Find best intra-route to BGP route • Use selected route’s NEXT-HOP attribute – Route’s NEXT-HOP attribute is the IP address of the router interface that begins the AS PATH. • Example: AS-PATH: AS 2 AS 17 ; NEXT-HOP: 111. 99. 86. 55 • Router uses OSPF to find shortest path from 1 c to 111. 99. 86. 55 3 c 3 b other networks 3 a AS 3 111. 99. 86. 55 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 other networks

Etsi paras sisäinen reitti BGP-reitille • Käytä valitun reitin NEXT-HOP ominaisuutta – Reitin NEXT-HOP määrite on sen reitittimen rajapinnan IP-osoite, joka aloittaa AS PATH: n. • Esimerkki: AS-PATH: AS 2 AS 17 ; NEXT-HOP: 111. 99. 86. 55 • Reititin käyttää OSPF löytääkseen lyhimmän reitin 1 c: stä osoitteeseen 111. 99. 86. 55 3 c 3 b muut verkot 3 a AS 3 111. 99. 86. 55 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 muut verkot

Router identifies port for route • Identifies port along the OSPF shortest path • Adds prefix-port entry to its forwarding table: – (138. 16. 64/22 , port 4) router port 3 c 3 b other networks 3 a AS 3 1 1 c 4 2 3 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 other networks

Reititin tunnistaa portin reitille • Tunnistaa portin OSPF lyhimmällä reitillä • Lisää etuliite-portti -merkinnän edelleenlähetystauluunsa: – (138. 16. 64/22 , port 4) reitittimen portti 3 c 3 b muut verkot 3 a AS 3 1 1 c 4 2 3 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 muut verkot

Hot Potato Routing • Suppose there two or more best inter-routes. • Then choose route with closest NEXT-HOP – Use OSPF to determine which gateway is closest – Q: From 1 c, chose AS 3 AS 131 or AS 2 AS 17? – A: route AS 3 AS 201 since it is closer 3 c 3 b other networks 3 a AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 other networks

Kuuma peruna -reititys • Oletetaan että on kaksi tai useampia parhaita reittejä • Valitse reitti jolla on lähin NEXT-HOP – Käyttää OSPF päättääkseen mikä portti on lähin – K: 1 c: stä, valitse AS 3 AS 131 vai AS 2 AS 17? 3 c AS 3 AS 201 koska se on lähempänä – V: reitti 3 b muut verkot 3 a AS 3 1 c 1 a AS 1 1 d 2 a 1 b 2 c 2 b AS 2 muut verkot

How does entry get in forwarding table? Summary 1. Router becomes aware of prefix – via BGP route advertisements from other routers 2. Determine router output port for prefix – Use BGP route selection to find best inter-AS route – Use OSPF to find best intra-AS route leading to best inter-AS route – Router identifies router port for that best route 3. Enter prefix-port entry in forwarding table

Miten merkintä päätyy edelleenlähetystauluun? Yhteenveto 1. Reititin tulee tietoiseksi etuliitteestä – BGP: llä reittimainoksia muilta reitittimiltä 2. Määritä reitittimen lähtöportti etuliitteelle – – – Käytä BGP reitinvalitsinta löytääkseen parhaan ulkoisen-AS reitin Käytä OSPF löytääkseen parhaan sisäisen-AS reitin joka johtaa parhaalle ulkoiselle AS-reitille Reititin tunnistaa parhaan reitittimen portin tälle parhaalle reitille 3. Lisää etuliite-portti -merkintä edelleenlähetystauluun

BGP routing policy legend: B W provider network X A customer network: C Y A, B, C are provider networks X, W, Y are customer (of provider networks) X is dual-homed: attached to two networks X does not want to route from B via X to C . . so X will not advertise to B a route to C Network Layer 4 -171

BGP reitityskäytäntö selite: B W palveluntarjoaja verkko X A asiakas verkko: C Y A, B, C ovat palveluntarjoajan verkkoja X, W, Y ovat (palveluntarjoajien verkkojen) asiakkaita X on kaksikotinen: liitetty kahteen verkkoon X ei tahdo reittiä B: stä X: n kautta C: hen . . joten X ei mainosta B: lle reittiä C: hen Network Layer 4 -172

BGP routing policy (2) legend: B W provider network X A customer network: C Y A advertises path AW to B B advertises path BAW to X Should B advertise path BAW to C? No way! B gets no “revenue” for routing CBAW since neither W nor C are B’s customers B wants to force C to route to w via A B wants to route only to/from its customers! Network Layer 4 -173

BGP reitityskäytäntö (2) selite: B W palveluntarjoaja verkko X A asiakas verkko: C Y A mainostaa polkua AW B: lle B mainostaa polkua BAW X: lle Pitäisikö B: n mainostaa polkua BAW C: lle? Ei tosiaan! B ei hyödy reitittämällä CBAW sillä ei W eikä C ole B: n asiakkaita B haluaa pakottaa C: n reitittämään W: hen A: n kautta B haluaa reitittää vain sen asiakkaille/asiakkailta! Network Layer 4 -174

Why different Intra-, Inter-AS routing ? policy: • inter-AS: admin wants control over how its traffic routed, who routes through its net. • intra-AS: single admin, so no policy decisions needed scale: • hierarchical routing saves table size, reduced update traffic performance: • intra-AS: can focus on performance • inter-AS: policy may dominate over performance Network Layer 4 -175

Miksi erilaiset sisäiset-, ulkoiset-AS reititykset? käytäntö: • ulkoinen-AS: ylläpitäjä haluaa hallita liikenteen reititystä, kuka reitittää sen verkon kautta. • sisäinen-AS: yksi ylläpitäjä, joten ei tarvita käytäntöpäätöksiä mittakaava: • hierarkinen reititys säästää taulukon kokoa, vähennetty päivitysliikenne tehokkuus: • sisäinen-AS: voi keskittyä tehokkuuteen • ulkoinen-AS: käytäntö voi mennä tehokkuuden edelle Network Layer 4 -176