RETI DI CALCOLATORI II

RETI DI CALCOLATORI II

Facoltà di Ingegneria

Università degli Studi di Udine

Ing. DANIELE DE CANEVA

RETI DI CALCOLATORI II

Facoltà di Ingegneria

Università degli Studi di Udine

a.a. 2009/2010

ARG OM ENT I DELLA LEZIONE

IPv6

QoS

o MPLS o IntServ o RSVP o DiffServ

o Scheduling & Sorveglianza

o Flow Routing

IP

6 IPv6

Primi anni del 1990 IETF inizia lo sviluppo della versione successiva a IPv4

MOTIVAZIONI:

• esaurimento degli indirizzi

• cogliere l’opportunità per migliorare funzionalità

IP

6 ESAURIMENTO DEGLI INDIRIZZI

• IPv4 utilizza indirizzi a 32 bit quindi circa 4.3 miliardi di indirizzi

 indirizzi riservati: ricerca, broadcast, multi cast, privati e loopback

 nel 1996 esauriti il 100% A, 62% B, 37% C

 poco spazio per nuovi assegnamenti (1.3 miliardi

circa)

IP

6 ESAURIMENTO DEGLI INDIRIZZI

• problema è stato arginato con il NAT e DHCP

 NAT interrompe comunicazione end-to-end

• cellulari/pda

• Paesi emergenti

• elettronica pervasiva (auto, elettrodomestici, etc.)

La questione non è se ma quando!

Le previsioni dichiaravano un periodo che va dal 2008 al

2018

IP

6 PROGETTO IPng

Standardizzazione:

• nasce IPv5: subito dimenticato

• IPv6 definito in RFC 2460

Ci stiamo già muovendo:

• nel 2003 US DoD ha imposto compatibilità IPv6 a tutti i dispositivi delle sue reti

• 2008 US Gov: tutte le backbone delle sue agenzie in

IPv6

IP

6 IPv6

CARATTERISTICHE:

• indirizzamento a 128 bit

• indirizzi anycast

• header efficiente: header a dimensione fissa di 40 byte, eliminati alcuni campi di IPv4 o resi opzionali

• etichettatura e priorità di flusso: possibilità di etichettare un flusso

• sicurezza: caratteristiche di IPsec incluse in IPv6 come native e non accrocchio che c’era in IPv4

• mobilità: possibilità di roaming tra reti wireless senza

perdere la connessione

IP

6 IPv6

IP

6 IPv6

Modifiche di rilievo, i grandi esclusi:

• frammentazione: se pacchetto troppo grande per un certo link il router restituisce un messaggio ICMP

specifico

 in RFC 2463 viene definito ICMP per IPv6: prevista riorganizzazione dei messaggi presenti nella

versione precedente del protocollo e inglobate le funzionalità del protocollo IGMP

• checksum dell’intestazione: rimandato ai livelli superiori

 inoltre evita che come in IPv4 la checksum debba

essere ricalcolata ad ogni hop a causa del cambio

dell’header (campo TTL)

IP

6 IPv6

Modifiche di rilievo, i grandi esclusi:

• opzioni: opzionali, se presenti sono indicate come

intestazione successiva

IP

6 FORMATO DEGLI INDIRIZZI

xxxx: xxxx: xxxx: xxxx: xxxx: xxxx: xxxx: xxxx

• rimozione dei “leading zeros”

• possibilità di fare riassunto con :: per i campi interamente a zero

Esempi:

o 0:0:0:0:0:0:0:5 = ::5

o ABC:567:0:0:8888:9999:1111:0 = ABC:567::8888:9999:1111:0

o indirizzo non specificato = ::

IP

6 TIPOLOGIE DEGLI INDIRIZZI

Anycast: one-to-the-nearest, inviato all’interfaccia più vicina all’origine

• eliminato il broadcast IPv4 (ARP, DHCP)

• indistinguibile dall’unicast

• possibilità di avere più dispositivi con lo stesso indirizzo

 bene per gli scenari per bilanciamento del carico

NOTA: ancora sperimentali ed alcuni problemi sono già noti.

Per ora meglio non utilizzarli a livello di host ma solo per

router, mai come sorgente di pacchetto ma solo come

destinazione.

IP

6 TIPOLOGIE DEGLI INDIRIZZI

Multicast: iniziano per FF

• i successivi 4 bit definiscono il lifetime:

 0: permanente

 1: temporaneo

• i successivi 4 bit definiscono lo scope:

 1 nodo

 2 link

 5 sito

 8 organizzazione

 E globale

IP

6 TIPOLOGIE DEGLI INDIRIZZI

Unicast: definiti in RFC 4251

TIPI:

• globali

• riservati (1/256)

• privati

• loopback ::1

• non-specificato ::

 utilizzato quando il mittente non conosce il proprio

indirizzo

IP

6 INDIRIZZI PRIVATI

2 tipi:

• Site-local: da FEC:: a FFF::

o analoghi ai vecchi indirizzi privati o disaccoppiamento pubblico/privato

• Link-local: da FE8:: a FEB::

o nuovo concetto: valevoli solo all’interno della rete di livello 2, i router non li inoltrano

o utilizzo più comune per scoprire i vicini di livello 2 e per ottenere indirizzo pubblico

o uno per interfaccia

IP

6 INDIRIZZI GLOBALI

Formati da 2 componenti:

• Subnet ID:

 site prefix di 48 bit (registro + prefisso ISP + info di sito)

 subnet prefix di 16 bit

 stessa compagnia può gestire fino a 65,536 subnet

• Interface ID:

• tipicamente viene utilizzata la funzionalità EUI-64

Extended Unique Identifier 64

IP

6 INDIRIZZI GLOBALI

IP

6 EUI-64 Extended Unique Identifier 64

OUI del MAC nei primi 24 bit + (FF,FE) + 24 bit del NIC ID del

MAC

IP

6 ASSEGNAMENTO INDIRIZZI

METODI STATICI:

1. specificati a mano tutti i 128 bit

2. EUI-64: amministratore specifica solo Subnet ID, poi il

dispositivo fa il resto

IP

6 ASSEGNAMENTO INDIRIZZI

METODI DINAMICI:

1. DHCPv6

 update del precedente protocollo, simile ma presenta alcune differenze

 il processo inizia con invio di un DHCP solicit

message verso il server DHCPv6 con trasmissione multicast all’indirizzo ALL_DHCP_Agents e

utilizzando scope link-local affichè non venga inoltrato oltre il link locale

 NOTA: se il server DHCPv6 non è nel link un

“relay” (es. un router) può inoltrare la richiesta verso ALL_DHCP_Agents con scope site local

 configurazione statica per controllare quale

DHCPv6 server deve rispondere

IP

6 ASSEGNAMENTO INDIRIZZI

METODI DINAMICI:

2. STATELESS AUTOCONFIGURATION

 estensione del DHCPv6 che opera senza server

 pensato per cellulari, PDA, appliance e periferiche

 il client utilizza i messaggi RA per creare l’indirizzo autonomamente:

1. presi i primi 64 bit dell’indirizzo del router

2. EUI-64 per creare l’Interface ID

IP

6 ROUTING IPv6

Molti protocolli disponibili:

RIPng, OSPFv3, IS-IS per IPv6, MP-BGP4, EIGRP per IPv6, …

RIPng:

• basato su RIPv2 utilizza pacchetti e indirizzi IPv6

• updates inviati all’indirizzo multicast ALL_RIP (FF02::9)

su UDP porta 521

IP

6 DEPLOYMENT

DUAL STACKING

• router capace di gestire entrambi i protocolli

 indirizzi i protocolli IPv4 e IPv6

 in grado di distinguere tra i nodi v4 e v6

! deve intervenire router per scambio pacchetti tra host IPv4 e host IPv6, anche se sullo stesso

segmento

! passando attraverso IPv4 persi campi TUNNELING

• pacchetti IPv6 incapsulati dentro pacchetti IPv4

MPLS MPLS

Seconda metà anni 1990 sforzo industriale per migliorare il traferimento dei pacchetti IP

Obiettivo: adottare un’etichettatura a lunghezza fissa senza abbandonare l’architettura esistente

etichettatura selettiva, non come i VC

protocollo MPLS RFC 3031, 3032

MPLS MPLS

CARATTERISTICHE:

• intestazione aggiunta tra livello 2 e livello 3

 necessari apparati compatibili: “label switched router”

Data Link Layer Header

MPLS Header/s

Network Layer

Header Packet Data

Label (20 bit) Exp (3 bit) S (1 bit) TTL (8 bit)

MPLS MPLS

CARATTERISTICHE:

• FEC (Forwarding Equivalence Class) : destinazione e classe di servizio

 possibilità di raggruppare destinazioni diverse

 possibilità di associare più etichette alla stessa destinazione

• possibile utilizzo di stack MPLS

• possibile utilizzo con servizi differenziati e per creazione

VPN

MPLS CREAZIONE DELLE TABELLE DI INOLTRO

• approccio data-driven: il primo router attraversato dal

pacchetto contatta il router a valle e gli chiede di generare un’etichetta di flusso, poi si procede in modo ricorsivo

 tecnica spesso utilizzata con ATM

 necessità di evitare cicli: spesso utilizzata la tecnica dei

“fili colorati”

• approccio control-driven: tipicamente utilizzato per reti non ATM, ha molte varianti. All’accensione il router crea FEC per le destinazioni per le quali lui è router finale, assegna etichetta e la passa ai vicini.

 durante costruzione del percorso si possono riservare

risorse

INTSE RV

INTEGRATED SERVICES

Tecnologia sviluppata dal 1995 al 1997 rivolta ad applicazioni unicast e multicast

caratteristiche sulle quali si basa:

• risorse riservate: i router devono conoscere la quantità di risorse (buffer, larghezza banda) riservate alle sessioni in corso

• impostazione della chiamata: la sessione che richiede

risorse deve verificare che siano disponibili per mezzo

della call setup

INTSE RV

INTEGRATED SERVICES

Contenuto della chiamata:

• Rspec: definisce la specifica QoS richiesta

• Tspec: caratteristiche del traffico che il mittente intende inviare

 il formato cambia in funzione del servizio richiesto (RFC 2210, RFC 2215)

 necessario un protocollo specifico per la chiamata: RSVP

(RFC 2210)

INTSE RV

INTEGRATED SERVICES

2 principali classi di servizio:

• servizio garantito:

 definito in RFC 2212

 limiti ben precisi ai ritardi di coda che un pacchetto può subire nel router

• servizio controllato:

 definito in RFC 2211

 QoS che si avvicina molto a quella di un elemento di rete dedicato, pensata per applicazioni multimediali

o percentuale molto alta pck non scartata e ritardi

prossimi a zero (?!?)

RSVP RSVP (Resource reSerVation Protocol)

CARATTERISTICHE:

• protocollo di segnalazione per prenotazione delle risorse

 utilizzato anche per MPLS-TE

• il software RSVP deve essere implementato oltre che nei router anche negli end-node

• ideato per alberi multicast

 unicast come caso particolare

• orientato al ricevente: il nodo ricevente deve iniziare e mantenere la prenotazione delle risorse

 approccio soft state

 permette utenze eterogenee

RSVP RSVP (Resource reSerVation Protocol)

RSVP RSVP (Resource reSerVation Protocol)

CARATTERISTICHE:

• sessione RSVP: uno o più flussi multicast (es. audio e video) che presentano lo stesso indirizzo multicast

• solo segnalazione, non stabilisce come attuarla!

DIFFSERV

DIFFERENTIATED SERVICES

Critiche a IntServ:

• scala: presume che router conoscano lo stato di ogni flusso che li attraversa

 potenzialmente problematico nelle dorsali dove ci sono centinaia di migliaia di flussi

• modelli di servizio poco flessibili: contempla un numero

ristretto di classi di servizio

DIFFSERV

DIFFERENTIATED SERVICES

IETF ha sviluppato l’architettura DiffServ che non gestisce i flussi ma classi di servizio definibili dall’operatore

 definita in RFC 2475

 come consegna dei pacchi: priorità diverse a classi traffico diverse

 basata su 2 gruppi funzionali: funzioni periferiche e

funzioni centrali

DIFFSERV

DIFFERENTIATED SERVICES

FUNZIONI PERIFERICHE:

• classificazione pacchetti

• condizionamento traffico

FUNZIONI CENTRALI:

• inoltro dei pacchetti in base al “comportamento per hop” (PHB) associato alla classe

• coppie sorgente-destinazione non contemplate: i sono pacchetti trattati in base a marcatura

 scalabilità

DIFFSERV

DIFFERENTIATED SERVICES

• PHB definito come comportamento osservabile all’esterno

• ogni operatore può definire le classi di traffico

Attualmente lo standard definisce 2 tipologie di PHB:

• EE (Expedited forwarding):

2 classi:

 regolare

 accelerato: per piccola porzione del traffico, transita come se non ci fossero altri pacchetti nella rete

• AF (Assured Forwording): definisce 4 classi di traffico e ripartisce pacchetti su 3 code con priorità diversa nei casi di congestione e necessità di scarto dei pacchetti

 12 classi di servizio!

SCHED ULIN G

SCHEDULING

Tipicamente i pacchetti vengono gestiti in code che possono presentare diverse strategie di funzionamento

TIPOLOGIE:

• FIFO

 detta anche FCFS (First Come First Served)

 in caso di coda piena si applica la pck discard policy

in out

SCHED ULIN G

SCHEDULING

TIPOLOGIE:

• CODE CON PRIORITA’

 più code che differenziano il tipo di pacchetti

 non preemptive: la trasmissione di un non viene

interrotta al sopraggiungere di un pacchetto di priorità più alta

in out

queue #1

queue #2

SCHED ULIN G

SCHEDULING

TIPOLOGIE:

• ROUND ROBIN

 avvicendamento circolare tra le code

 modalità conservativa: quando una classe è vuota vengono gestite le altre senza attendere

out queue #1

queue #2

queue #3

queue #4

queue #5

SCHED ULIN G

SCHEDULING

TIPOLOGIE:

• WFQ (Weighted Fair Queuing)

 possibilità di garantire banda minima

out w1

w2

w3

w4

w5

SORVE GLIAN ZA

SORVEGLIANZA

CARATTERISTICHE DEL TRAFFICO:

• tasso medio

! importante definire il periodo utilizzato per la media:

100 pacchetti al secondo non è equivalente a 6000 pacchetti al minuto

• tasso di picco: media su un tempo molto breve

• dimensione burst

SORVE GLIAN ZA

LEAKY BUCKET

• algoritmo proposto da Turner nel 1986: sistema ad accodamento con singolo server a tempo di servizio costante

• trasforma un flusso irregolare in un flusso regolare

appianando i picchi

SORVE GLIAN ZA

LEAKY BUCKET

• direttamente implementabile in ATM dove le celle hanno dimensione fissa,

• applicazione con IP imponendo il numero di byte al secondo

• molto rigido imporre velocità fissa

algoritmo Token Bucket

SORVE GLIAN ZA

TOKEN BUCKET

• il secchio contiene dei token generati periodicamente

• per essere trasmesso un pacchetto deve catturare un token

 burst regolamentati: il numero massimo dei token è prestabilito

pck

SORVE GLIAN ZA

TOKEN BUCKET

• i pacchetti non vengono mai scartati

• esiste la variante in cui il token è associato ai byte da trasmettere

• C = capacità del secchio, p = frequenza di arrivo dei token, S = lunghezza del burst, M = velocità max di output

C + pS = MS → S = C/(M - p)

! problema: il token bucket non permette di regolare l’intensità dei picchi

soluzione: mettere a valle un leaky bucket con velocità

di output maggiore di p ma inferiore a M

FLOW ROU TING

QoS & FLOW ROUTING

Dr. Lawrence G. Roberts (DARPA)

• Draper Prize nel 2001 "for the development of the Internet“ assieme Leonard Kleinrock, Robert Kahn e Vinton Cerf

• Anagran Inc

FLOW ROU TING

FLOW ROU TING

QoS & FLOW ROUTING

IEEE SPECTRUM: A radical new router

http://spectrum.ieee.org/computing/networks/a-radical- new-router/

Flow routing resources:

http://www.packet.cc/