コンピュータネットワーク-ネットワークレイヤー3

ルーティングアルゴリズム

ルーティングアルゴリズムの分類

静的ルーティング：
- 手動設定
- ルーティング更新が遅い
- 優先度が高い
動的ルーティング：
- 高速ルーティング更新
- 定期更新
- リンクコストまたはネットワークトポロジの変更に時間内に対応する
グローバル情報：
- すべてのルーターに完全なネットワークトポロジとリンクコスト情報があります
- たとえば、リンク状態（LS）ルーティングアルゴリズム
分散情報：
- ルータは物理的に接続されたネイバーとリンクコストのみを把握します
- 隣人との情報交換と運用の反復プロセス
- たとえば、距離ベクトル（DV）ルーティングアルゴリズム

リンク状態ルーティングアルゴリズム

ダイクストラアルゴリズム

すべてのノード（ルーター）がネットワークトポロジとリンクコストをマスター
- 「リンクステートブロードキャスト」経由
- すべてのノードは同じ情報を持っています
1つのノード（「ソース」）から他のすべてのノードへの最短経路を計算する
- このノードの転送テーブルを取得します
反復：k回の反復の後、k個の宛先ノードへの最短パスを取得します

シンボル：

c（x、y）：ノードxからノードyへのリンクコスト; xとyが直接接続されていない場合、=∞
D（v）：ソースから宛先への現在のパスコスト値v
p（v）：ソースからvへの現在のパスに沿って、vの先行ノード
N '：最小コストパスを見つけたノードのセット

ダイクストラアルゴリズム：ディスカッション

アルゴリズムの複雑さ：nノード
- 各反復：セットN 'にないすべてのノードwを検出する必要があります
- n（n + 1）/ 2比較：O（n 2）
- より効率的な実装：O（nlogn）
振動があるかもしれません：
- たとえば、リンクコストがリンクによって運ばれるトラフィックであると仮定します。

距離ベクトルルーティングアルゴリズム

重要なポイント：ノードは最短パスのネクストホップを取得します。この情報は転送テーブルで使用されます

非同期反復：
- 各ローカル反復をトリガーする要因
- ローカルリンクコストの変更
- ネイバーからのDV更新
分散：
- 各ノードは、DVが変更されたときにのみネイバーに通知されます
- ネイバーは、必要に応じて（DVが更新されたときに）ネイバーに通知します

リンクコストの変更：

ノード検出ローカルリンクコストの変更
ルーティング情報を更新し、距離ベクトルを再計算します
DVが変更された場合、すべてのネイバーに通知
- t 0：yはリンクコストの変更を検出し、DVを更新し、そのネイバーをアドバタイズします。
- t 1：zはyのDV更新を受信し、その距離ベクトルテーブルを更新し、xに到達するための最新の最小コストを計算し、そのDVを更新し、それをそのすべての近傍に送信します。
- t 2：yはzのDV更新を受信し、その距離ベクトルテーブルを更新し、yのDVを再計算し、変更せず、もはやDVをzに送信しません。

良いニュースは急速に広がります！

毒入りリバース

ノード（Zなど）から宛先（Xなど）への最小コストパスがネイバー（Yなど）を経由する場合、次のようになります。
宛先までの距離が無限であることを隣接ノードに通知します

無限カウント問題

階層型ルーティング

任意のサイズのネットワークをグラフに抽象化して、理想的でないルーティングを計算する

すべてのルーターを特定する
「フラット」ネットワーク
実際のネットワーク（特に大規模ネットワーク）では、実現不可能です！
ネットワーク規模：6億の宛先ノードのネットワークを検討
ルーティングテーブルはほとんど保存できません！
ルート計算プロセス中に交換される情報量（リンク状態のグループ化、DVなど）は膨大であり、リンクを圧倒します。
管理の自律性：
- 各ネットワークの管理は、そのネットワーク内のルーティングを自律的に制御したい場合があります
- インターネット（インターネット）=ネットワークのネットワーク（ネットワークのネットワーク）

領域に集約ルータ：自律システムAS（自律システム）、ルーティングプロトコル（アルゴリズム）と同じで、同じルータが実行されると、自律システムルーティングプロトコル内（「イントラAS」routingprotocol）
異なる自律システム内のルータは、異なる実行することができAS内部ルーティングプロトコル

ゲートウェイルーター（gatewayrouter）：ASの「エッジ」にあり、リンクを介して他のASに接続するゲートウェイルーター

相互接続されたAS

Inter-AS

RIPプロトコルの概要

AS内部ルーティング

RIP：リンク障害、回復

180秒以内に通知を受信しない場合→ネイバー/リンク障害

このネイバーを経由するルートは利用できません
ルートを再計算
近所の人に新しいお知らせを送る
ネイバーは順番にアナウンスを送信します（転送テーブルが変更された場合）
リンク障害情報をネットワーク全体に迅速に伝達できますか？
無限カウントの問題が発生する可能性があります
有毒な反転手法を使用してピンポンループを防止します（それ以外の場合：無限距離= 16ホップ）

RIPルーティングテーブルの処理

RIPルーティングテーブルは、route-d（デーモン）と呼ばれるアプリケーションレイヤープロセスを使用して管理されます。
- アプリケーションプロセスの実装
- アナウンスメッセージは、UDPデータグラムを介して定期的に送信されます

OSPFプロトコルの概要

「オープン」：一般公開
リンク状態ルーティングアルゴリズムの使用
LSパケット拡散（告知）
各ルーターは完全なネットワーク（AS）トポロジを構築します
ダイクストラアルゴリズムを使用したルーティングの計算
OSPFアドバタイズメントの各エントリはネイバーに対応しています
OSPFアナウンスはAS全体をフラッディングします
OSPFパケットは直接IPデータグラムにカプセル化されます
OSPFに非常に類似したルーティングプロトコル：IS-ISルーティングプロトコル

OSPFの利点（RIPでは使用できません）

セキュリティ：すべてのOSPFメッセージを認証できます（悪意のある侵入を防止）
同じコストの複数のパスが許可されます（RIPは1つしか選択できません）
各リンクについて、複数の異なるコストメトリックを異なるTOSに設定できます（たとえば、衛星リンクは「ベストエフォート」ToSに「低」コストを設定でき、リアルタイムToSに「高」コストを設定できます）
統合されたユニキャストルーティングとマルチキャストルーティング
マルチキャストOSPFプロトコル（MOSPF）は、OSPFと同じネットワークトポロジデータを使用します
OSPFは階層的な大規模ASをサポートします

階層化されたOSPF

BGPの概要

インターネットAS-to-ASルーティングプロトコル

ボーダーゲートウェイプロトコル（BGP）：事実上の標準ドメイン間ルーティングプロトコル
- インターネット全体を「接着」するための鍵
BGPは各ASに手段を提供します。
- eBGP：隣接ASからサブネット到達可能性情報を取得します。
- iBGP：サブネットの到達可能性情報をすべてのAS内部ルーターに伝播します。
- 到達可能性の情報と戦略に基づいて、他のネットワークへの「適切な」パスを決定する
サブネットがその存在をインターネットの残りの部分に通知できるようにします。「私はここにいます！」
BGPセッション（セッション）：
- 2つのBGPルーター（「ピア」）
BGPパケットの交換：
- 異なる宛先プレフィックスへのパスをアドバタイズします（「パスベクトル」プロトコル）
- メッセージ交換は、半永久的なTCP接続に基づいています
BGPメッセージ：
- OPEN：ピアとのTCP接続を確立し、送信者を認証します
- 更新：新しいパスを発表（または元のパスをキャンセル）
- KEEPALIVE：UPDATEがない場合でも接続を維持し、OPEN要求を確認するためにも使用されます
- NOTIFICATION：前のメッセージでエラーを報告します;接続を閉じるためにも使用されます

BGPルーティング

ルートアドバタイズメントを受信した後、ゲートウェイルーターはそのインポートポリシーを使用して、ルートを受け入れるか拒否するかを決定します
- たとえば、AS xにトラフィックをルーティングしないでください
- ポリシーベースのルーティング
ルータは宛先ASへの複数のルートを学習し、次の基準に基づいて選択する場合があります。

ローカル設定値属性：ポリシー
決定
最短ASパス
最近のNEXT-HOPルーター：ホットポテト
ルーティング
追加のガイドライン

異なるAS内およびAS間ルーティングプロトコルを使用する理由

ポリシー：
- Inter-AS：トラフィックのルーティング方法、およびトラフィックをネットワーク経由でルーティングするユーザーを管理および制御できることを期待します
- AS内：単一の管理、戦略的決定は不要
スケール：
- 階層型ルーティングにより、ルーティングテーブルのサイズが節約され、ルーティング更新トラフィックが減少します
- 大規模インターネットに適応
パフォーマンス：
- AS内：パフォーマンスを重視
- Inter-AS：戦略主導