Internetworking: Routing Agenda Problem: There

Internetworking: Routing
Teknologi Komunikasi Data
Fakultas Ilmu Komputer
Universitas Indonesia
Semester 2003/2004
Versi: 1.01
Agenda
Problem: There is more than one network!
Simple Internetworking (Bab 4.1)
Routing (Bab 4.2)
• Network as a Graph (Bab 4.2.1)
• Link State (Bab 4.2.3)
• Distance Vector (Bab 4.2.2)
2
Versi: 1.01
1
Internet Structure (1/2)
Internet tidak terstruktur dalam satu
jaringan tunggal
Koleksi dari berbagai jaringan: dengan
administrasi/pengelolaan yang berbeda.
Logikal: terbagai atas autonomous system
(AS):
Dikelola oleh suatu administrasi tunggal.
Memiliki IP prefix (network number) yang resmi.
AS melakukan interkoneksi dengan AS yang lain
dan membentuk suatu internetworking global.
3
Versi: 1.01
Internet Structure (2/2)
Internet Today := a collection of Autonomous Systems
Large corporation
Large corporation
Peering
Peering
Point
Point
AS2
AS7 Consumer ISP
Consumer ISP
Small
corporation
Small
corporation
AS1
AS6
4
Consumer ISP
Consumer ISP
Backbone Service
Backbone Service
Provider
AS3
Provider
AS3
Large corporation
Large corporation
Peering
Point
Peering
Point
Campus
Campus
Consumer ISP
Consumer ISP
AS4
AS5
Versi: 1.01
2
Routing vs Forwarding
Forwarding vs. Routing
forwarding: memilih output post berdasarkan
alamat tujuan dan tabel routing
routing: proses dimana tabel routing tersebut
dibuat (perlu struktur data, algoritma dan
pertukaran informasi dgn router yang lain).
Contoh entry dari tabel routing:
Network Number
10
Next Hop
171.69.245.10
Contoh entry dari tabel forwarding:
Network Number
10
Interface
if0
MAC Address
8:0:2b:e4:b:1:2
5
Versi: 1.01
Routing & Forwarding in a router
routing
information
base
Routing
protocol:
packet
exchange
routing
process
forwarding
table
routing
control
traffic
forwarding
process
6
Versi: 1.01
3
Routing Domains
Autonomous System (AS)
Intra-AS routing
Inter-AS routing
Border
Routers
Interdomain level
Internet Service
Provider
Border
Routers
Autonomous System
or Domain
LAN level
Figure 7.7
Intradomain Level
7
Versi: 1.01
Intra-AS and Inter-AS routing
C.b
a
C
b
A.a
Inter-AS
routing
between
A and B
A.c
a
B.a
a
c
B
Host
h2
b
d
Intra-AS routing
c
b
A
within AS B
Intra-AS routing
within AS A
• Intra-AS routing:
• contoh: OSPF (Open Shortest Path First)
• Inter-AS routing:
• contoh: BGP (Border Gateway Protocol)
Host
h1
8
Versi: 1.01
4
Routing questions..??
Bagaimana menentukan “path terbaik”?
Istilah “terbaik” (best routes) dapat mempunyai
macam-macam sudut pandang
Misal: minimum host, least congested, lowest
delay, most reliable?
Bagaimana issue skalabilitas (jutaaan
hosts/router)?
Minimize control messages and routing table size
Bagaimana routing beradaptasi terhadap
kegagalan atau perubahan?
Node and link failures, plus message loss
9
Versi: 1.01
Networks as a Graph
Network G as a Graph:
G = (V, E ) ;
V = {A, B, C, D, E, F} ;
E = {(A,B), ... };
c(i, j) := “cost” on link (i, j);
Routing Problem:
Cari cost path yang paling rendah
antara dua simpul (s, t) ∈ E
Intra domain routing: E merupakan
satu bagian dari Autonomous
Systems;
A
Factors
static: topology (slowly changing)
dynamic: load (may fluctuate
drastically).
4
C
10
6
1
3
2
1
B
9
E
F
1
D
Versi: 1.01
5
Routing challenges
Ideal approach:
menyimpan informasi dari setiap link jaringan
menentukan “fastest path” antara setiap
pasangan (setiap arah: bandwidth, latency dan
queueing delay).
Global knowledge
Sulit untuk mengumpulkan data lengkap
Dinamika informasi: up-to-date informasi
Local knowledge-- inconsistencies cause:
Loops: sirkulasi traffic
11
Versi: 1.01
Static vs Dynamic
Static:
Perhitungan “shortest path” dilakukan sekali dan di load
pada storages nodes => centralized
Masalah: terputusnya link? penambahan link baru?
perubahan cost (congested)?
Dynamic & Distributed
Pertukaran informasi antara nodes (up-dated) dapat
disebarkan (dynamic)
Routing protocol: mengatur tata-cara penyebaran
informasi tsb.
Protocol bersifat distributed => masing-masing router
melakukan perhitungan (update) routing table.
12
Versi: 1.01
6
Link State Routing
Class: intra-domain routing protocol
Setiap node mempunyai informasi state (cost, up
& down dsb) dari link ke tetangga.
Pertukaran informasi ini membantu membuat
tabel routing pada suatu node.
Link State Routing:
Informasi tidak terbatas pertukaran antar tetangga
tapi informasi suatu link dikirimkan ke semua
node dalam jaringan
Suatu node akan mempunyai informasi lengkap
hubungan antar node-node dan cost pada
jaringan.
13
Versi: 1.01
Link State Routing
Distributed & Dynamic:
Penyebaran bentuk jaringan dan state
(cost) link ke semua node (flooding)
Beritahukan semua router lainnya apa yang
diketahuinya tentang topologi lokal-nya
Hitung shortest-path dari node tsb ke
semua node dalam jaringan.
Jika telah mempunyai informasi lengkap (bentuk
jaringan) => algoritma untuk menghitung cost
terendah mencapai node yang lain.
14
Versi: 1.01
7
Link-state protocol
Data struktur: Link state packet (LSP)
ID dari node yang membuat paket LSP
Daftar dari “direct neighbors” dan cost ke tetangga tsb
(vektor: distance, neighbor).
Nomor Urut update (SEQ), informasi terbaru
Time-to-live (TTL): mencegah sirkulasi paket
Setiap node:
menyimpan semua LSP yang diterima & terbaru dari
setiap node dalam jaringan:
• decrement TTL of stored LSP; discard when TTL = 0
membuat LSP baru dengan nomor urut bertambah (SEQ),
secara periodik atau jika topologi berubah.
15
Versi: 1.01
Flooding
Setiap LSP harus disampaikan ke semua node
Teknik Flooding:
Forward each received LSP to all neighbor nodes but the
one that sent it
use the source-ID and SEQ in a LSP to detect duplicates
16
Versi: 1.01
8
Routing Computation
Setiap node menghitung “shortest path”
ke semua node yang lain
Dijkstra’s algorithm
Informasi “NextHop” => digunakan untuk
forwarding table.
Dijkstra Algorithm:
Direct graph dengan cost pada setiap edges/links
Link cost diketahui pada semua nodes:
• Flooding link state info.
Hitung “least cost” dari node tsb ke semua node
yg lain.
17
Versi: 1.01
Basic
Basic:
Mulai dari suatu set M,
dengan node awal {s},
Init tabel cost path
C(s,n) ke node lain
yang dapat dihitung
cost-nya (reachable).
Hitung/pilih node
dengan lowest cost =>
c(w) dan tambahkan
ke set M.
Update tabel cost path
C, dengan
memasukkan cost
melalui node w.
18
B
3
5
A
10
11
C
2
D
Versi: 1.01
9
Dijkstra’s Shortest – Path Algorithm
Let
N denotes set of nodes in the graph
c (i, j) denotes non-negative cost (weight) for edge (i, j)
s denotes this node
M denotes the set of nodes incorporated so far
C(n) denotes cost of the path from s to node n
M = {s} ;
for each n ∈ N – {s} do
C(n) = c(s, n) ;
while (N ≠ M) do
M = M ∪ {w} such that C(w) := min{C(x)} for all x ∈(N – M) ;
for each n ∈(N – M) do
C(n) = min{C(n), C(w) + c(w, n )};
19
Versi: 1.01
Dijsktra’s Algorithm
1 Initialization:
2 M = {s} ;
3 for all nodes v do
4
if v adjacent to s then
5
C(v) = c(s, v ) ;
6
else
C(v) = ∞ ;
end
7
8 Loop
9 find w ∉ M such that C(w) is a minimum ;
10 add w to M ;
11 for all v adjacent to w and not in M do
12 update C(v): C(v) = min{ C(v), C(w) + c(w, v) }
13
/* new cost to v is either old cost to v or known
14
shortest path cost to w plus cost from w to v */
end
15 Until ( all nodes in set M )
20
Versi: 1.01
10
Djikstra Algorithm: Example
B
3
5
C
10
11
A
2
D
Node D: start “confirmed list” : D
(lihat informasi LSP dari D)
Key-- yellow = tentative
blue = confirmed
Versi: 1.01
Djikstra Algorithm: Example
B
11
5
3
C
10
A
11
2
2
0
D
Confirmed list : D
LSP’s D: mencapai B melalui B cost 11, C cost 2
Tentative list: B dan C
Pilih cost dari tentative list yang terendah C => confirmed list
Versi: 1.01
11
Djikstra Algorithm: Example
B
11
5
3
C
10
2
11
A
2
0
D
“Confirmed list” : D, C,
LSP’s C: mencapai B melalui C cost 3, A cost 10
Bandingkan cost yang ada (tentative list): B (11),
update cost pada tentative list sesuai dengan cost terendah
Versi: 1.01
Djikstra Algorithm: Example
B
5
5
3
10
12
A
C
11
2
2
0
D
“Confirmed list” : D, C,
LSP’s C: mencapai B melalui C cost 5 (2+3), A cost 12
Update cost pada Tentative list: B (cost 5), A (cost 12)
Bandingkan dan pilih cost yang terendah Tentative list => B
Versi: 1.01
12
Djikstra Algorithm: Example
B
5
5
3
C
10
12
2
11
A
2
0
D
“Confirmed list” : D, C, B
LSP’s B: mencapai A melalui B cost 5
Bandingkan cost yang ada (tentative list): A (12),
update cost pada tentative list sesuai dengan cost terendah
Versi: 1.01
Djikstra Algorithm: Example
B
5
5
3
10
10
A
C
11
2
2
0
D
“Confirmed list” : D, C, B
LSP’s B: cost A melalui C, B: cost 10
Updat cost Tentative list: A = 10,
Pilih cost yang terendah dari node pada Tentative List => A
Versi: 1.01
13
Djikstra Algorithm: Example
B
5
5
3
10
10
A
C
11
2
2
0
D
“Confirmed list” : D, C, B, A
Tentative list = tidak ada node lagi => selesai
Versi: 1.01
Distance Vector
Link State (LS)
Dijkstra: dengan informasi lengkap cost semua link.
Each network periodically floods immediate reachability
information to all other routers
Fast convergence, but high communication and
computation overhead
Distance Vector (DV)
Bellman-Ford’s single source shortest path
Each neighbor periodically exchange reachability
information to its neighbors
Minimal communication overhead, but it takes long to
converge, i.e., in proportion to the maximum path length
28
Versi: 1.01
14
Distance vector
Setiap node menyimpan:
array (vektor): cost dari node tsb ke setiap node
yang lain
Pengumpulan informasi:
Awal: cost pada link (edges) mulai dari informasi
node tsb.
Kirim “distance vector” ke semua tetangga nodes
=> “advertising routes”
Pertukaran “updates” dengan tetangga
• periodically (orde detik sampai menit)
• whenever table changes (called triggered update)
29
Versi: 1.01
Distance vector: Basic (1)
Assume all links bi-directional, with cost of “1”
A’s initial routing table
B
Dest
C
A
D
E
F
G
B
C
D
E
F
G
Cost
Next
Hop
1
B
1
C
infinite 1
E
1
F
infinite -
1. Node A mengirimkan array tabel ke: B, C, E, F
30
Versi: 1.01
15
Distance vector: Basic (2)
2. Node A menerima dari F => cost ke G adalah 1,
Node A menyimpulkan cost ke G sekarang melalui
F adalah 2 (jumlah cost: AF + FG).
Karena 2 < ∞ ; update cost AG = 2.
3. Node A juga mendapat informasi untuk D, dapat
melalui C (cost = 2) => update.
Untuk B melalui C, lebih besar dari A langsung ke B
tidak dilakukan update.
Proses protokol routing untuk mencapai keadaan
stabil/konsisten (tidak ada perubahan lagi) =>
convergence.
Setiap node hanya mempunyai informasinya sendiri
(distributed).
31
Versi: 1.01
Routing – I: Distance Vector Algorithms
Each node maintains a set of triplets:
(Destination, Cost, NextHop)
Exchange updates with directly connected
neighbors
periodically (on the order of several seconds, 30sec )
whenever its table changes (called triggered update)
Each update is a list of pairs:
(Destination, Cost)
Update local table if receive a “better” route
smaller cost
came from next-hop
Refresh existing routes; delete if they time out
32
Versi: 1.01
16
Distance Vector Routing: overview
ˆ Iterative and
Asynchronous: each local
iteration caused by:
Each node i
local link cost change
message from neighbor: its
least cost path change from
neighbor
wait for (change in local link
cost or msg from neighbor)


ˆ Distributed: each node
notifies neighbors only
when its least cost path
to any destination
changes

neighbors then notify their
neighbors if necessary
recompute distance table
if (least cost path to any dest
has changed) then
notify neighbors
33
Versi: 1.01
Distance Vector Algorithm
Each node X do
1 Initialization:
2 for all adjacent nodes v do
/* ‘*’ means “for all rows” */
3
DX (*, v) = ∞ ;
4
DX (v, v) = c(X, v) ;
end
5 for all destinations y do
6
send minw {DX (y, w)} to each neighbor
/* w over all X's neighbors */
34
Versi: 1.01
17