Számítógépes Hálózatok 2011

Átírás

1 Számítógépe Hálózatok 7. LN-ok özekapcoláa; Hálózati réteg Packet orwarding, Routing Hálózatok, LN-ok özekapcoláa Hálózatok,

2 Repeater Szignál-regenerátor izikai réteg komponene Két kábelt köt öze ogad egy zignált é azt regenerálva továbbítja a máik kábelen ak az elektromo vagy az optikai zignált továbbítja tartalmat (biteket) nem interpretálja Repeaterek a hálózatot fizikai zegmenekre oztják logikai topológia megmarad catlakozó kábelek közö ütközéi tartományt alkotnak Hálózatok, Hub Kábeleket köt öze cillag topológiában Haonló a Repeaterhez zignálokat minden catlakozó kábelen továbbítja izikai réteg komponene tartalmat nem interpretálja catlakozó kábelek egy ütközéi tartományt alkotnak Hálózatok,

3 Switch Terminálokat cillag topológiába kapcol öze datkapcolati réteg komponene Kollíziók egy zegmenen belül maradnak frame-ek célcímét megvizgálja é a frame-et cak a megfelelı kábelen továbbítja ehhez zükége puffer é tudni kell melyik állomá hol catlakozik gy táblázatot tart nyilván: Megfigyeli, hogy honnan jön egy comag, a küldıt azon a kábelen lehet elérni ackward learning Hálózatok, ridge Lokáli hálózatokat kapcol öze llentétben witch-ekkel (azok cak állomáokat -- eredetileg) datkapcolati réteg komponene lkülöníti a kollíziókat Megvizgálja az érkezı frame-eket frame-et cak a megfelelı kábelen továbbítja ak korrekt frame-eket továbbít z átmenet bridge é witch között folyamato Özekapcolhat többféle LN tiput Hálózatok,

4 Switche & bridge Tipiku kombináció: bridge cak egy máik állomá a wich zámára Switch ridge Switch Hálózatok, 7 ackward learning a bridge-ekben ackward learning triviali witch-ekben mi a helyzet a bridge-ekben? Példa: küld frame-et -nek Tegyük fel, é tudja, hogy hol van azt fogja látni, hogy frame-je LN-bıl jön Mivel nem tud LN-rıl, azt feltételezi, hogy LN-ben van mi jó! továbbítani fog minden -nak küldött comagot LN-nek, amely LN-be érkezik Hálózatok, 8

5 ackward learning a bridge-ekben boottrapping z elızı példában: honnan tudja kezdetben, hogy hol van? Válaz: NM tudja Opció : kézi konfiguráció nem éppen zép megoldá! Opció : nem zámít egyzerően továbbítja az imeretlen címő comagot mindenfele zon hálózat kivételével, ahonnan érkezett z algoritmu: eláraztá (flood) ha a cím imeretlen; dobja el ha tudja, hogy nem zükége; továbbíta pecifikuan, ha a cél címe imert Hálózatok, 9 láraztá bridge által problémák ackward learning by flooding egyzerő, de problémá Példa: gy máodik bridge i özeköti a két LN-t a nagyobb megbízhatóág miatt LN LN z frame küldée imeretlen célhoz végtelen cikluba kerül Hogy kerüljünk el ilyen cikluokat? Hálózatok,

6 . Megoldá: Valahogy korlátozzuk az eláraztát Korlátozatlan, brute-force flooding nyilvánvalóan roz Kerüljük el a ciklut azáltal, hogy megjegyezzük, hogy mely frame-ek azok, amelyeket már továbbítottunk Ha már láttunk é továbbítottunk egy frame-et, dobjuk el lıfeltétel: állapot é egyértelmőég ridge-eknek meg kell jegyezni, hogy mely frame-eket továbbította frame-eknek egyértelmően azonoíthatóknak kell lenni legalább küldı, fogadó é orozatzám zükége az azonoítához Nagy overhead! Különöen az állapotok tároláa a probléma, é a kereé a ok állapot között Nem igen haználják Hálózatok, Megoldá: ezítıfák comagok cikluai cak akkor jöhetnek létre, ha a gráf, amit a bridge-ek definiálnak kört tartalmaz Tekintük a LN-okat é a bridge-eket comópontoknak gy LN-comópont é egy bridge-comópont öze van kötve egy éllel, ha a LN a bridge-hez kapcolódik Redundán élek köröket formálnak ebben a gráfban Ötlet: alakítuk át a gráfot köröktıl menteé Legegyzerőbb megoldá: Számítunk ki egy fezítıfát ebben a LN-bridge gráfban efiníció: Legyen G=(V,) egy gráf. G egy olyan T=(V, T ) rézgráfját, T, ami egy fa (özefüggı é nem tartalmaz kört), G fezítıfájának nevezzük gyzerő, önkonfiguráló, nem kell kézi beavatkozá e nem optimáli: az intallált bridge-ek kapacitáát nem bizto hogy kihaználja I 8.: Spanning Tree Protocol (STP), gy fezítıfa I 8.w: Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) Hálózatok,

7 Konvergencia: Switch é bridge Tradícionálian, a megkülönbözteté bridge é witch között értelme volt Ma: a legtöbb kézülék kínálja mindkét tipuú funkcionalitát Gyakran inkább marketing megkülönbözteté, mint mőzaki Hálózatok, Hálózati réteg Hálózatok,

8 hálózati réteg Lokáli hálózatokat özeköthetünk hub-okkal, witch-ekkel, bridgeekkel az alaconyabb retegekben Hub(fizikai réteg): kollíziók záma nagyon gyoran növekzik Switch (datkapcolati réteg): z útvonalakról a forgalom megfigyeléével győjt információt Imeretlen célcím eetén a broadcat problémákat okoz z Internet kb. Mio. lokáli hálózatot tartalmaz... Nagy hálózatokban a comagok továbbítáához útvonal információk zükégeek. hálózati réteg feladatai z útvonal információk felépítée (route detection) comagok továbbítáa (packet forwarding) z Internet-Protokoll lényegében hálózati réteg protokoll Hálózatok, Routing-tábla é comag továbbítá (packet forwarding) IP-Routing-tábla Tartalmazza cél címekhez (detination) a következı zámítógép (gateway) címét a hozzá vezetı úton cél meghatározhat egy zámítógépet vagy egy egéz ub-net-et zen kívül tartalmaz egy default-gateway-t Packet forwarding (korábban packet routing-nak nevezték) IP comag (datagram) tartalmazza a küldı IP címét é a cél IP címét mikor egy IP comag megérkezik egy routerhez: Ha a cél IP cím = aját IP cím, akkor a comagot kizállítja Ha a cél IP cím a routing-táblában van, továbbítja a megadott gateway-hez Ha a cél IP-ubnet a routing-táblában van, továbbítja a megadott gatewaynek gyébként továbbítja a default-gateway-nek Hálózatok,

9 Internet Protocol IP z adatok a küldıtıl a cél-állomáig IP-comagokban kerülnek átvitelre comagok fejléce tartalmazza a cél IP-címét IPv: it-címek IPv: 8 it-címek octet 8 Ver HL ToS Total Length Identification - M ragment Offet TTL Protocol Source ddre etination ddre Option (max. octet) Header ata IPv comag Hálózatok, 7 omag továbbítá az Internet Protokollban IP-comag (datagram) tartalmazza TTL (Time-to-Live): hop-ok zámát Küldı IP címét él IP címét gy comag kezelée a routerben TTL = TTL - Ha TTL akkor packet-forwarding a routing-tábla alapján Ha TTL = vagy probléma lép fel a packet-forwarding-nél: Töröljük a comagot Ha a comag nem IMP-comag (Internet ontrol Meage Protocol), akkor Küldjünk IMP-comagot (TTL equal during tranit), melyben Küldı IP címe = aktuáli IP cím él IP címe = az eredeti küldı IP címe 8 Ver HL ToS Total Length Identification - M ragment Offet TTL Protocol Source ddre etination ddre Option (max. octet) ata Hálózatok, 8

10 Statiku é dinamiku routing orwarding: omagok továbbítáa Routing: Útvonalak meghatározáa, azaz routing-tábla felépítée (rute detection) Statiku routing routing-táblát manuálian építjük fel Ki é tatiku LN-ok eetén értelme inamiku routing routing-tábla felépítée é aktualizáláa automatizált entalizált algoritmu, pl. Link State gy/minden állomának imerni kell minden információt ecentráli algoritmu, pl. itance Vector minden routeren lokálian dolgozik, lokáli információkkal Hálózatok, 9 Legrövidebb utak fája ingle ource hortet path dott: gy irányított gráf G = (V,), w : R nem negatív élúlyokkal Kezdı comópont V Legyen P útvonal úlya w(p) := e P w(e) az élek úlyainak özege P-ben u é v távolága G-ben, u,v V, egy legrövidebb út úlya G-ben u é v között : d(u,v) := min{ w(p) : P egy út u-tól v-hez G-ben}. Kereük: egy legrövidebb utat kezdı comóponttól minden má v V \ {} comóponthoz G-ben eltezük, hogy minden v V \ {} elérhetı -bıl. Nem elérhetı comóponthoz nem létezhet legrövidebb út em Megoldá: gy fa, melynek gyökere é minden v V \ {} comóponthoz tartalmaz egy legrövidebb utat -tıl v-hez G-ben Hálózatok,

11 ijktra algoritmua Ötlet: legrövidebb utakat hozuk zerint növekvı orrendben zámítjuk ki. Minden v V comóponthoz kizámítjuk a következı értékeket: d[v]: egy legrövidebb út hoza -tıl v-hez, pred[v]: a v-t megelızı comópont egy legrövidebb úton -tıl v-hez. z algoritmu végrehajtáa után az élhalmaz { (pred[v],v) : v V \ {} } megadja egy legrövidebb utak fáját gyökérrel G-ben. gy v comópontot kéz -nek jelölünk: ready[v] = true, ha már meghatároztunk egy legrövidebb utat -tıl v-hez (röv. legrövidebb -v utat). nem kéz comópontok halmazát, amelyeket egy kéz comópontból egy éllel elérünk, horizont-nak nevezzük. ource node ready horizon current ditance d[v] Hálózatok, ijktra algoritmua Invariánok: Minden horizont beli comópontot egy Q priority-queue-ban tárolunk, úgy hogy minden v Q comópontra a következı érvénye: d[v] egy legrövidebb -v út hoza mindazon utak között, melyek v-n kívül cak kéz comópontokat tartalmaznak, pred[v] a v-t megelızı comópont egy ilyen úton, v prioritáa Q-ban d[v] Inicializálá d[]:=, ready[]:=true, minden v zomzédjára: d[v]:=w(,v), pred[v]:=, ready[v]:=fale, Q.Inert(v,d[v] ). Minden v V \ {} comópontra: d[v]:=, ready[v]:=fale. Hálózatok,

12 ijktra algoritmua z invariánok megırzée egy iteráció után Minden lépében egy új comópont lez kéz, egy comópont v minimáli prioritáal. d[v] már tartalmazza a helye értéket. Mivel v minimáli prioritáú comópont, minden olyan -v út úlya, amely nem kéz comópontot i tartalmaz, legalább olyan nagy, mint annak az útnak a hoza, amit már megtaláltunk a cak kéz comópontokat tartalmazó utak között. Legyen dj[v] := { u : (v,u) }, v V, a v-hez adjacen comópontok halmaza minden u dj[v], ha u Q, meg kell vizgálni, hogy -tıl u-hoz direkt v-bıl egy rövidebb út vezet-e, mint azok az utak, amik cak v-tıl különbözı kéz comópontot tartalmaznak. Ha igen, akkor aktualizáljuk pred[u] := v é d[u] := d[v] + w(v,u), cökkentük u prioritáát Q-ban. minden u dj[v], ha u Q é u nem kéz : pred[u] := v, d[u] := d[v] + w(v,u), u-t be kell zúrni Q-ba d[u] prioritáal. Hálózatok, ijktra algoritmua ijktra(g,,w) Output: egy legrövidebb utak fája T=(V, ) G-ben gyökérrel := Ø; ready[] := true; ready[v] := fale; v V \ {}; d[] := ; d[v] :=; v V \ {}; priority_queue Q; 7 forall v dj[] do 8 pred[v] := ; 9 d[v] := w(,v); Q.Inert(v,d[v]); od while Q Ø do v := Q.eleteMin(); := U {(pred[v],v)}; ready[v] := true; forall u dj[v] do 7 if u Q and d[v] + w(v,u) < d[u]) then 8 pred[u] := v; 9 d[u] := d[v] + w(v,u); Q.ecreaePriority(u,d[u]); ele if u Q and not ready[u] then pred[u] := v; d[u] := d[v] + w(v,u); Q.Inert(u,d[u]); fi od 7 od Hálózatok,

13 Hálózatok, ijktra algoritmua utái idı (ibonacci Heap-pel): # Q.Inert(): n (comópontonként ) -- O(n) idı # Q.eleteMin(): n (comópontonként ) -- O(n log n) idı # Q.ecreaePriority(): m (élenként ) -- O(m) idı # tezt a 7. é. orban: m (élenként ) -- O(m) idı Inicializálá: O(n) idı Özeen: O(n log n + m) idı Tárigény: O(n+m) Hálózatok, ijktra: Példa zimmetrikuan irányított élek

14 ellman-ord algoritmu Negatív élúlyok eetén ijktra algoritmua nem mőködik ellman-ord algoritmu (97) megoldja a problémát O( V ) idı alatt. inamiku programozá: a k-adik iteráció után, k=,, V -, minden v V: ha d[v], akkor d[v] egy -v út P v úlya é d[v] nem nagyobb mint egy legrövidebb -v út úlya, amely k élt tartalmaz pred[v] = ha d[v] =, egyébként pedig (pred[v],v) az utoló él a P v úton ellman-ord(g,,w) forall v V do d[v] := ; pred[v] := d[] := for k := to V do forall (u,v) do if d[u] + w(u,v) < d[v] then 7 d[v] := d[u] + w(u,v) 8 pred[v] := u 9 forall (u,v) do if d[u] + w(u,v) < d[v] then error negatív úlyú ciklut találtunk" Hálózatok, 7 ellman-ord: Példa ügg az élek feldolgozáának orrendjétıl Hálózatok, 8