Endereçamento e Roteamento na Internet. Avi Freedman Ravi Sundaram

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1 Endereçamento e Roteamento na Internet Avi Freedman Ravi Sundaram

2 Tópicos Origens da Internet Protocolos e pacotes Endereçamento IPv4 x IPv6 Roteamento visão geral BGP modelo BGP convergência e dificuldades

3 Introdução A Internet é a REDE de redes, tanto logicamente como fisicamente Milhões de computadores capazes de se comunicar entre si em tempo real Armazenamento e encaminhamento baseados em pacotes Endereçamento: maneira de identificar computadores Roteamento: : a transmissão de pacotes da origem para o destino

4 Origens Pesquisa acadêmica realizada na década de 60 e financiada pela ARPA (Advanced( Research Projects Agency), agora denominada DARPA Dezembro de 1969 a primeira rede de 4 nós tornou-se ativa e usava links de 56kbps 1978 surgimento do IP 1982 surgimento do TCP; a ARPANET foi dividida em MILNET e Internet 1983 Internet composta de 200 computadores

5 Origens 1984 surgimento dos grupos de notícias 1986 surgimento do DNS, motivado pelo e mail, e substitui a tabela de hosts 1988 surgimento do worm,, formado pelo CERT computadores na Internet com readaptação do TCP para evitar congestionamento 1990 tráfego comercial ainda banido do backbone da Internet; NSFNET 1991 fim do banimento comercial; surgimento da www

6 Origens Maio de 1993 última solicitação da NSFNET para NAPs privados 1995 a NSFNET é substituída pelo vbns um serviço de backbone de alto desempenho que vincula algumas universidades e centros de pesquisa a uma velocidade de 155Mbps e superior; contrato concedido à MCI (substituído pelo Abilene 10Gbps?) milhões de hosts

7 Comentários Crescimento sem precedentes Controle descentralizado desafios e oportunidades Desempenho Confiabilidade Contabilidade Segurança Diretório Considerações finais sobre design de sistemas. ACM Trans on Comp systems,, novembro de 1984,

8 Protocolos FTP SMTP DNS SNMP TCP UDP ICMP IP

9 Pacotes De 46 a 1500 bytes abeçalhocabeçalho Ethernet IP Cabeçalho TCP/UDP Dados de aplicativo Trailer Ethernet

10 Endereçamento Endereços de 32 bit a.b.c.d 4 bilhões de endereços possíveis Aproximadamente 250 milhões de hosts IPv4 baseado em RFC791 em 1981

11 Endereçamento Classificação no passado: Classe A primeiros 8 bits fixos Classe B primeiros 16 bits fixos Classe C primeiros 24 bits fixos CIDR (Classless( Interdomain Routing) roteamento entre domínios sem classificação a.b.c.d/m primeiros bits m fixos ex.: /29 = de a Regra de roteamento com correspondência mais específica

12 Endereçamento Questões relacionadas ao IPv4 Esgotamento do espaço de endereçamento Controle feito por registro central Nenhuma consideração sobre rede/roteamento roteamento Nenhuma consideração sobre segurança Nenhuma consideração sobre qualidade de serviço (QoS( QoS) Resumido como escalabilidade,, segurança e qualidade de serviço

13 Endereçamento IPv6 ou IPng 128 bits hierárquico (baseado em rede) seguro (usa IPSec) Qualidade de serviço (bits alocados para fluxos de identificação)

14 Endereçamento Migração ocorrerá de 4 a 6 Escalabilidade CIDR/NAT (não antes de 2010) Segurança IPSec e nível do aplicativo Qualidade de serviço nível do aplicativo

15 Roteamento Internet coleção de sistemas autônomos Sistema autônomo (AS) conjunto de roteadores que compartilham as mesmas diretrizes de roteamento; ; roteadores em um AS podem ser comparados com caixas postais em um país Protocolo de roteamento coleção de regras para encaminhamento de pacotes

16 Roteamento Distância (caminho) protocolos de vetor atualizações de roteamento incluem vetor de distâncias (caminhos) cada nó contém uma árvore de caminho mais curto (baseada em uma política) exemplos: RIP, BGP4

17 Roteamento Protocolos de estado de vinculação atualizações de roteamento incluem estado dos links e atualizações de outros cada nó contém o gráfico inteiro exemplo: OSPF

18 Rastreamento de rotas desktop ~]$ traceroute traceroute to arachne.berkeley.edu ( ), 30 hops max, 40 byte packets ( ) ms ms ms 2 corp2-primary.kendall.akamai.com primary.kendall.akamai.com ( ) ms ms ms 3 akafire.kendall.akamai.com ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 6 serial4-0-2.hsipaccess1.boston1.level3.net ( ) ms ms ms 7 unknown.level3.net ( ) ms ms ms 8 so mp2.sanjose1.level3.net 0.mp2.SanJose1.Level3.net ( ) ms ms m 9 gige9-1.hsipaccess1.sanjose1.level3.net ( ) ms ms m 10 unknown.level3.net ( ) ms ms m 11 ucb-gw gw--qsv-juniper.calren2.net ( ) ms ms m 12 vlan196.inr eva.Berkeley.EDU ( ) ms ms m 13 vlan209.inr eva.Berkeley.EDU ( ) ms ms m 14 arachne.berkeley.edu ( ) ms ms ms

19 BGP - modelo Modelado como uma coleção de sistemas autônomos com relações não-hierárquicas entre si. Pode ser considerado como um gráfico G=(V,E) com sistemas autônomos sendo representados por vértices v em V e relaçõ ções não-hiern hierárquicas rquicas por extremidades e em E

20 BGP Border Gateway Protocol Protocolo de vetor de caminho cada vértice mantém uma árvore do caminho mais curto roteada em si mesma mais curto combinação de política e distância baseada em medidas Cada sistema autônomo seleciona suas rotas com base em sua própria política e nas melhores rotas de seus vizinhos.

21 BGP modelo idealizado A Internet está modelada como um gráfico sem orientação G=(V,E), onde V corresponde aos sistemas autônomos e E às relações não-hierárquicas. Cada vértice aprende um conjunto de avisos de rotas de seus vizinhos. Um aviso de rota é um registro dos seguintes atributos: nlri: : informações sobre acessibilidade da camada de rede (ex.: ) as_path path: : lista ordenada de vértices começando com o próximo hop (ex.: ) loc_pref: preferência local com inclinação usada para denotar o valor padrão

22 BGP modelo idealizado Cada vértice seleciona a melhor rota para determinado destino. Se houver muitas rotas r_1, r_2 r_k com o mesmo destino, isto é, r_i.nlri = r_j.nlri nlri, ele seleciona a primeira com base em local_pref, depois com base no as_path mais curto, com as ligações sendo quebradas de modo arbitrário. Transformações de rota: - As preferências locais não são comunicadas - Sem loops: : v nunca aceita rotas r onde v ε r.as_path - O conjunto de rotas selecionadas em v é passado para vizinhos de v com v sendo anexado a as_path - Diretrizes de importaçã ção o e exportaçã ção

23 Diretrizes de Importação e Exportação BGP modelo idealizado Exportação Importação Verdadeiro => aceitar 17 ε as_path => negar Se todas as regras de importação e exportação forem verdadeiras => aceitar, BGP se torna um mero protocolo de vetor de distância

24 BGP modelo idealizado Comportamento dinâmico. Informalmente, um sistema BGP S = <G, Policy(G), S0>, abrangendo um gráfico de sistema autônomo G= (V,E) que contém diretrizes de importação e exportação para cada v_j em V e estado inicial S0 = (c0_1,c0_2, c)_n) onde c0_j é o destino originado por v_j Se v_j for ativado, ele obtém avisos de rota de seus vizinhos imediatos e seleciona suas melhores rotas.

25 BGP questão de convergência Gráfico de estado. - Gráfico orientado de todos os estados com S_j => S_k se houver um v cuja ativação cause a mudança - Um estado S é considerado final se S => S na ativação de qualquer v. - Um sistema BGP é considerado solúvel se contiver um estado final - Um sistema BGP é considerado convergente se terminar em um estado final independentemente da seqüência de ativação

26 BGP questão de convergência É possível que diretrizes configuradas localmente de modo correto provoquem anomalias globais de roteamento? O protocolo pode divergir, isto é, fazer com que um conjunto de sistemas autônomos troquem mensagens para sempre sem convergirem?

27 BGP questão de convergência Na prática, o BGP apresenta divergência? Existem casos terríveis de redes que, por engano, se configuram como coletores de todo o tráfego, mas que não indicam qualquer evidência de flaps de grande escala. No entanto, são muitas e freqüentes as ocorrências de convergência com atraso de até 50 minutos. Em Delayed Internet Routing Convergence, C. Labovitz,, A. Ahuja,, A. Bose e F. Jahanian, Proceedings of Sigcomm 2000, pág , 18, os autores fazem experiências removendo uma rota e substituindo- a por outra para verificar o tempo que ela leva para descarregar na Internet em função de vários pontos de vantagem.

28 BGP questão de convergência Além das várias irregularidades observadas em diferentes fabricantes, o principal motivo para ocorrer uma convergência longa é os protocolos de vetores de caminho considerarem vários caminhos de um tamanho específico, em oposição a protocolos de vetores de distância, que consideram um único caminho de um dado comprimento. Na fonte de referência mencionada anteriormente, é criado um exemplo em que é considerado cada caminho sem loop em toda a rede por haver um número exponencial desses caminhos já era de se esperar que ocorresse um atraso na convergência.

29 BGP questão de convergência O exemplo a seguir foi extraído de Persistent route oscillations K. Varadhan,, R. Govindan & D. Estrin ISI TR

30 BGP questão de convergência dest DISPOSITIVO COM PROBLEMA Todas as regras são do mod Regras de Exportação: nlri=dest => aceitar Regras de Importação: se i+1 => i então nlri=dest e as_path path=[i+1,0] => loc_pref = dlp +1; nlri=d => loc_pref= _pref=dlp se i-1 i 1 => I então nlri=dest => aceitar

31 BGP questão de convergência dest DISPOSITIVO COM PROBLEMA O DISPOSITIVO COM PROBLEMA tem solução?

32 BGP questão de convergência dest DISPOSITIVO COM PROBLEMA O DISPOSITIVO COM PROBLEMA tem solução?

33 BGP questão de convergência dest DISPOSITIVO COM PROBLEMA O DISPOSITIVO COM PROBLEMA tem solução?

34 BGP questão de convergência dest DISPOSITIVO COM PROBLEMA O DISPOSITIVO COM PROBLEMA tem solução?

35 BGP questão de convergência O DISPOSITIVO COM PROBLEMA tem solução? - Para que o DISPOSITIVO COM PROBLEMA tenha solução, ele deve ter um estado final. - No caso de sistemas de um único destino, é fácil notar que, em um estado final, o gráfico derivado de as_path em cada vértice para um destino é uma árvore orientada para o destino e que esse estado final foi atingido ativando-se todos os nós da árvore em ordem de primeira largura. - O DISPOSITIVO COM PROBLEMA não apresenta um estado final e isso pode ser verificado observando-se todas as 6 árvores orientadas para 0 e notando-se que nenhuma delas funciona.

36 BGP questão de convergência Os resultados descritos a seguir foram extraídos de An Analysis of BGP Convergence Properties T. Griffin & G. Wilfong Proceedings of Sigcomm 99, págs

37 BGP outro problema ACESSIBILIDADE: dado um sistema S, vértices v e w e o destino d originado por w, existe um estado final em que d seja acessado a partir de v? ACESSIBILIDADE está em NP Pf: considere um estado final e verifique a acessibilidade (e a finalidade). Para mostrar que a ACESSIBILIDADE é NP-hard hard, demonstramos uma redução de 3-SAT. 3

38 ACESSIBILIDADE é NP-hard Exemplo de 3-SAT: 3 (x1 V x2 V x3) e (x1 V x2 V x3 ) x1 x2 xn w z C1 C2 Cm d X1 X2 Xn

39 ACESSIBILIDADE é NP-hard X1=verdadeiro; x2=falso; x3=falso x1 x2 xn w z C1 C2 Cm d X1 X2 Xn

40 ACESSIBILIDADE é NP-hard Políticas de exportação: verdadeiro => aceitar. Políticas de importação: reforça que apenas xj ou xj está no atributo as_path de uma rota para d e que, quando a rota for escolhida, um bloqueio será forçado. Exemplo xj xj : nlri=d => loc_pref = dlp + 1; xj-1 xj : nlri=d & xj-1 não o em as_path => loc_pref = dlp; Para a cláusula Cj = xk V xl V xm: xk em as_path ou xl em as_path ou xm em as_path => loc_pref = dlp.

41 ACESSIBILIDADE é NP-hard Satisfatório => ACESSÍVEL Pf: ativado com as literais que não são definidas como verdadeiras. ACESSÍVEL => satisfatório Pf: segue superficialmente a maneira que as diretrizes trabalham para garantir um caminho exclusivo.

42 Outros Problemas e Implicações ASSIMETRIA CAPACIDADE DE SOLUÇÃO POTÊNCIA RADB e verificação centralizada

43 Pesquisa Considere um protocolo de vetor de caminho como BGP a cada etapa um nó obtém informações de seus vizinhos e usa sua política (local) para atualizar sua tabela de rotas. Uma topologia e uma coleção de políticas é satisfatória se houver um estado em que as atualizações não mudem. Um sistema é dito como convergente se atingir esse estado. O problema é experimentar e caracterizar o comportamento desses sistemas e saber quando eles divergem e se podem convergir para mais de um estado satisfatório. Referência: acm.org/pubs/ /pubs/citations/proceedings/comm/316188/p2 77-griffin griffin/

44 Perguntas?

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