Мрежни слој

1. Мрежни слој Пројектовање мрежног слоја Алгоритми за усмеравање

2. Задатак мрежног слоја: Спровести пакете од извора до одредишта (могуће преко низа усмеривача). При томе, мрежни слој мора: Да познаје топологију мреже и да бира одговарајуће путање. Да води рачуна о равномерном оптерећењу усмеривача. Да решава проблеме у комуникацији између рачунара у различитим мрежама. Пројектовање мрежног слоја

3. Пројектовање мрежног слоја Комутирање пакета.

4. Пројектовање мрежног слоја Услуге које се обезбеђују транспортном слоју. Претпоставке коришћене код пројектовања услуга: Услуге треба да су независне од технологије усмеривача. Транспортни слој не сне да зна ништа о броју, врстама и топологији усмеривача. Мрежне адресе које се достављају транспортном слоју су униформно означене.

5. Пројектовање мрежног слоја Да ли мрежни слој треба да обезбеђује услуге са или без успостављања везе? Корисници – без успостављања директне везе. Телефонске компаније – са успостављањем директне везе.

6. Пројектовање мрежног слоја Реализација услуге без успостављања директне везе. Без успостављања директне везе: Пакети се појединачно убацују у мрежу и независно усмеравају. Често се пакети зову датаграми (по аналогији са телеграмима) а подмрежа се назива датаграмска.

7. Пројектовање мрежног слоја Са успостављањем директне везе: Пре слања пакета мора да се успостави путања од изворног до одредишног усмеривача. Таква веза се назива виртуелно коло (по аналогији са физичким колима у телефонском систему) а подмрежа се назива подмрежа са виртуелним колима.

8. Пројектовање мрежног слоја

9. Пројектовање мрежног слоја Реализација услуге са успостављањем директне везе. Овде се стварају виртуелна кола да се не би за сваки пакет измишљала нова путања. Када се веза успостави, путања од извора до одредишта постаје њен параметар који се уписује у табеле усмеривача. Сваки пакет носи идентификатор виртуелног кола коме припада.

10. Пројектовање мрежног слоја

11. Пројектовање мрежног слоја Поређење подмрежа са виртуелним колима и датаграмских подмрежа.

12. Пројектовање мрежног слоја Када се пакети кратки потпуне адресе у њима заузимају доста простора, док се код виртуелних кола знатан износ меморије усмеривача троши на њихове табеле. Код виртуелног кола потребно је извесно време за успостављање везе, али се после пакети лако усмеравају. У датаграмској мрежи табела усмеривача има одредницу за свако могуће одредиште, али се и код VC користе пакети за успостављање везе са потуним адресама.

13. Пројектовање мрежног слоја VC гарантују квалитет услуге и избегавају загушења, што је теже избећи код датаграмских подмрежа. У неким апликацијама задршка за успостављање VC је неприхватљива. Проблем код VC је што код отказа неког усмеривача све везе се раскидају.

14. Алгоритми за усмеравање Задатак мрежног слоја је да пакете усмери са изворног на одредишни рачунар. Пакети тај пут прелазе у више скокова. Алгоритам за усмеравање је део софтвера мрежног слоја који одлучује на коју линију треба упутити пристигли пакет. У датаграмској подмрежи одлука се доноси за сваки пакет понаособ. У подмрежи са виртуелним колима одлука се доноси само код успостављања виртуелног кола.

15. Алгоритми за усмеравање Постоји разлика између усмеравања (routing) и прослеђивања (forwarding): Прослеђивање се састоји од прихватања пакета и проналажења одговарајуће излазне линије у табелама. Усмеравање се бави попуњавањем и ажурирањем табела за усмеравање.

16. Алгоритми за усмеравање Алгоритам за усмеравање треба да има неке особине: Тачност. Једноставност. Робусност. У ходу се решавају промене у топологији мреже и саобраћаја у њој. Правичност. Стабилност. Неки алгоритми никада не достижу равнотежу.

17. Алгоритми за усмеравање Правичност и стабилност се сукобљавају.

18. Алгоритми за усмеравање За компромисно решење треба утврдити шта се оптимизира: Минимизирање средњег кашњења пакета. Максимизирање укупоног протока кроз мрежу. Како се ова два захтева такође у сукобу негде се, као компромис, минимизира број скокова пакета.

19. Алгоритми за усмеравање Алгоритми за усмеравање могу бити: Неадаптивни: одлуке се не заснивају на основу текућег саобраћаја или топологије, већ унапред (статичко усмеравање). Адаптивни: мењају своје одлуке динамички. Разликују се на основу порекла информација (околни усмеривачи или сви усмеривачи у мрежи), учестаности промене путање (после неког интервала времена, код промене оптерећења или промене топологије) и метрици која се користи за оптимизацију (раздаљина, број скокова или процењено време преноса.

20. Алгоритми за усмеравање Принцип оптималности: Ако се усмеривач J налази на оптималној путањи између усмеривача I и K, тада се оптимална путања између J и K налази на истој путањи. r1 I Ј r2 К Ако постоји боља путања између Jи K од r2, онда она надовезивањем на r1 чини бољу путању измеђи Iи Kод r1r2, што је супротно претпоставци

21. Алгоритми за усмеравање Из принципа оптималности следи да скуп свих путања од извора ка одредишту образује стабло са кореном на одредишту (стабло оптималних путања).

22. Алгоритми за усмеравање Стабло оптималних путања не мора да буде јединствено! Основни задатак свих алгоритама за усмеравање је да открију и примењују ова стабла.

23. Алгоритми за усмеравање Усмеравање најкраћом путањом (Дијкстрин алгоритам 1959). На почетку се прави граф подмреже. Алгоритам бира путање између два чвора проналазећи најкраћи пут у графу. Најкраћа путања може се мерити: Бројем скокова. Географским растојањем. Просечним кашњењем пакета.

24. Алгоритми за усмеравање Сваки чвор означи се растојањем од изворног чвора дуж најбоље познате путање. На почетку сви су чворови означени са . Током извршавања алгоритма проналазе се нове (боље) путање. Ознака може бити привремена или трајна. На почетку је изворни чвор уједно и радни. Потом испитујеме све чворове у његовој околини и означавамо растојање до њих, као и чвор преко кога је мерено.

25. Алгоритми за усмеравање Онај чвор који иманајмању ознаку растојања постаје нови радни чвор а његова ознака трајна. На тај начин настављамо док не обрадимо све чворове.

26. Алгоритми за усмеравање

27. Алгоритми за усмеравање Имплементација алгоритма приказана је на следећем слајду.

28. Алгоритми за усмеравање

29. Алгоритми за усмеравање Плављење. Сваки долазни пакет шаље се на све излазне линије осим на ону са које је дошао. Вели број дупликата може да се пригуши увођењем бројача скокова (иницијализује се на растојање између извора и одредишта или на пречник подмреже). Други начин да се ограничи поплава је да се уведу редни бројеви и да усмеривач одржава листу за сваки од изворних усмеривача одбацујући пакете са бројем који је већ у табели.

30. Алгоритми за усмеравање И те листе могу да неограничено расту па се уводи бројач чија вредност значи да су већ прошли пакети са бројем мањим од вредности бројача. Постоји варијанта селективног плављења где се пакети усмеравају само на оне линије које су приближно у исправном смеру.

31. Алгоритми за усмеравање Усмеравање засновано на вектору раздаљине. Претходна два метода су статичке природе. Један динамички алгоритам заснива се на одржавање табеле у сваком усмеривачу са најкраћим познатим растојањима до сваког одредишта и линијама преко којих се стиже до одредишта. Овај алгоритам се зове Белман-Фордов или Форд-Фулкерсонов.

32. Алгоритми за усмеравање Дужина пута може да се мери: Бројем скокова. Кашњењем. Укупним бројем пакета у реду чекања на путањи, и сл. Претпоставимо да се као мера растојања узима кашњење пакета (усмеривач зна кашњење до својих суседа). Сваких Т секунди сваки усмеривач шаље својим суседима листу процењених кашњења до њих и добија сличну листу од њих.

33. Алгоритми за усмеравање

34. Алгоритми за усмеравање Проблем приближавања бесконачности. Алгоритам за усмеравање заснован на вектору раздаљине на крају даје оптималну путању али то дуго траје: реакција на добре вести је брза, али се оклева са уписивањем неповољних информација.

35. Алгоритми за усмеравање

36. Алгоритми за усмеравање Усмеравање засновано на стању везе. Усмеравање засновано на вектору раздаљине је до 1979. године коришћено у ARPANET-у. Замена усмеравањем на основу стања везе уследила је из два разлога: За мерење растојања коришћена дужина реда чекања, што је са појавом линија бржих од 56kb/s постао проблем. Алгоритам је споро достизао равнотежу (проблем приближавања бесконачности).

37. Алгоритми за усмеравање Логика усмеравања на основу стања везе је једноставна и налаже усмеривачу: Да открије своје суседе и сазна њихове мрежне адресе. Да измери временско растојање или трошкове слања до сваког свог суседа. Да направи пакет са сви подацима које до тог датума има. Да тај пакет пошаље свим усмеривачима. Да израчуна најкраћу путању до сваког усмеривача.

38. Алгоритми за усмеравање Ради упознавања суседа на сваку линију се шаље поздравни пакет HELLO. Усмеривачи који добију тај пакет се представљају – њихова имена морају глобално да буду јединствена.

39. Алгоритми за усмеравање Ако је више усмеривача повезано LAN-ом, и локална мрежа може се представити једним чвором.

40. Алгоритми за усмеравање За мерење трошкова слања шаље се пакет ECHO који прималац мора да врати. Да ли при мерењу путање узимати у обзир и оптерећење? Ако се оно узима у обзир тајмер за мерење времена обиласка се активира када се пакет ECHO смести у ред чекања; у супротном тек када избије на чело реда чекања.

41. Алгоритми за усмеравање У првом случају се неоптерећена линија сматра бољом путањом. Постоје и аргументи против тога.

42. Алгоритми за усмеравање

43. Алгоритми за усмеравање Сваки усмеривач прави пакет са стањем везе пошто је прикупио одговарајуће податке: Идентификацију пошиљаоца, Редни број пакета, Старост пакета, Листа суседа и кашњење до њих.

44. Алгоритми за усмеравање

45. Алгоритми за усмеравање Теже је питање када правити пакет са стањем везе: периодично или после неких догађаја (отказ или опоравак линије или промена неког својства).

46. Алгоритми за усмеравање Најкритичнији део алгоритма је поуздано дистрибуирање пакета са стањем везе. Према основној замисли пакети са стањем везе дистрибуирају се плављењем. Сваки пакет садржи редни број који се увећава за сваки наредни пакет. Проблем настаје ако се редни бројеви циклично понављају – решење је у коришћењу 32-битних редних бројева (уз 1 пакет у секунди понављање бројева сваких 137 година!).

47. Алгоритми за усмеравање Када усмеривач откаже губи евиденцију редних бројева. Када се редни број оштети (једнобитна грешка мења 4 у 65540) велики број пакета се одбацује као застарео без потребе.

48. Алгоритми за усмеравање Наведени проблоеми се решавају ако се уз редни број укључи и старост пакета – бројач који се сваке секунде смањује за један. Робусност алгоритма повећава се на следећи начин: Када пакет стигне он се најпре смешта у ‘чекаоницу’ пре него у ред за слање. Ако други пакет из истог извора стигне пре него се први пошаље пореде се редни бројеви. Ако се они разликују одбацује се старији.

49. Алгоритми за усмеравање Због могућих грешака на линијама захтева се потврда за сваки пакет са стањем везе. Када је линија празна чекаоница се провера да би се одабрао пакет или потврда за слање. Структура података за усмеривач B са претходне слике је на наредој слици.

50. Алгоритми за усмеравање