OSPF, BGP ve multicast

Bir önceki sayfadaki algoritmalar kâğıt üzerindeydi. Gerçek İnternette bunları çalıştıran protokoller var: kurum içinde OSPF, kurumlar arasında BGP. Ayrıca bir paketi birden çok alıcıya tek seferde yollamanın yolu olan multicast. Sınavda bu sayfadan çoğunlukla kavram soruları ve küçük hesaplar gelir. Altın kurallar:

1. AS içi = performans, AS arası = politika.
2. OSPF link-state’tir, IP üzerinde doğrudan (protokol 89) çalışır.
3. BGP path-vector’dür, TCP 179 üzerinde çalışır.
4. BGP seçimi sıralıdır: LOCAL_PREF, sonra AS-PATH uzunluğu, sonra hot potato.
5. Multicast MAC = 01:00:5e + IP’nin düşük 23 biti.

Özerk sistemler (AS)

İnternet tek bir ağ değil, binlerce özerk sistemin (autonomous system, AS) birleşimi. Her AS’in bir numarası (ASN) var ve kendi router’larını kendisi yönetir. İki seviyeli yönlendirmenin iki gerekçesi var:

• Ölçek: bütün router’ların bütün bağlantıları bilmesi imkânsız. Link-state paketleri bütün bant genişliğini yerdi.
• Yönetim özerkliği: her kurum iç ağında istediği algoritmayı seçmek, topolojisini gizlemek ister.

OSPF (Open Shortest Path First)

OSPF bir link-state protokolüdür. Her router bağlantılarının durumunu AS’teki herkese flooding ile yayar (link-state advertisement, LSA). Değişiklik olunca ve değişmese bile periyodik olarak (en az 30 dakikada bir). Her router aynı haritayla Dijkstra koşar ve kendi en kısa yol ağacını çıkarır.

Özellikleri:

• Mesajlar doğrudan IP içinde, protokol 89. TCP/UDP yok; güvenilir teslimi kendi yapar.
• Kimlik doğrulama (authentication): sahte LSA enjekte edilmesine karşı mesajlar doğrulanabilir. Güvenlik dersi açısından önemli.
• Eşit maliyetli birden çok yol varsa trafik bölünebilir (ECMP).
• Hiyerarşi: büyük AS’ler alanlara (area) bölünür. LSA’lar alan içinde yayılır. Bütün alanlar area 0 olan backbone’a bağlanır. Alan sınırındaki router’lar ABR (area border router), AS dışına bağlananlar ASBR.

OSPF maliyet hesabı

Bağlantı maliyetini yönetici belirler. Yaygın varsayılan (Cisco tarzı): referans bant genişliği / arayüz bant genişliği, tam sayıya aşağı yuvarlanır, en az 1.

referans = 100 Mbps
10 Mbps     → 100/10    = 10
100 Mbps    → 100/100   = 1
1 Gbps      → 100/1000  = 0.1 → en az 1
45 Mbps     → 100/45    = 2.22 → 2
1.544 Mbps  → 100/1.544 = 64.77 → 64      (T1)

yol: T1 + 100 Mbps + 10 Mbps = 64 + 1 + 10 = 75
yol: 45 Mbps + 100 Mbps + 100 Mbps = 2 + 1 + 1 = 4

TUZAK · hızlı bağlantılar eşitleniyor. Referans 100 iken 100 Mbps, 1 Gbps ve 10 Gbps hep 1 çıkar. OSPF hepsini aynı görür. Referans 10000 yapılırsa 100 Mbps → 100, 1 Gbps → 10, 10 Gbps → 1 olur.

BGP (Border Gateway Protocol)

BGP İnterneti bir arada tutan protokoldür. Her AS’e iki şey sağlar: komşu AS’lerden hangi prefix’lere ulaşılabildiğini öğrenmek ve bu bilgiyi kendi AS’i içindeki bütün router’lara yaymak. Bir de en önemlisi: politika ile hangi rotayı kullanacağına ve kime duyuracağına karar vermek.

Oturumlar. İki BGP router’ı TCP port 179 üzerinden bir oturum açar.

• eBGP: farklı AS’lerdeki iki sınır router’ı (gateway) arasında.
• iBGP: aynı AS içindeki router’lar arasında; eBGP ile öğrenilen rotayı içeri dağıtır.

Rota = prefix + nitelikler. BGP bir path-vector protokolüdür: hedef başına sadece maliyet değil, bütün AS yolunu duyurur.

Bir router duyurudaki AS-PATH’te kendi AS numarasını görürse duyuruyu reddeder. Döngü böyle önlenir.

Rota seçimi

Aynı prefix için birden çok rota varsa kurallar sırayla uygulanır; bir kural tek aday bırakırsa durulur:

1. En yüksek LOCAL_PREF.
2. En kısa AS-PATH.
3. En yakın NEXT-HOP (AS içi maliyeti en düşük çıkış): hot potato routing.
4. Kalan eşitlikte BGP router kimliği gibi bağlayıcı kurallar.

Örnek. R1, prefix 198.18.0.0/16 için üç rota öğrendi:

rota  LOCAL_PREF  AS-PATH       NEXT-HOP'a AS içi maliyet
K     150         AS2 AS9       7
L     150         AS4 AS9       3
M     100         AS9           1

1) LOCAL_PREF en yüksek: K ve L (150). M elenir (AS-PATH'i en kısa olsa bile)
2) AS-PATH: ikisi de 2 AS → eşit
3) hot potato: L'nin NEXT-HOP'u daha yakın (3 < 7) → L seçilir

TUZAK · sırayı karıştırmak. M’nin AS-PATH’i en kısa diye M’yi seçmek yanlış. LOCAL_PREF kuralı daha önce gelir ve yöneticinin politikasını ifade eder.

Politika

Bir AS hangi rotaları duyuracağını da seçer. Tipik kural: müşteri ağlarına giden trafik taşınır, ama iki sağlayıcı arasında bedava transit verilmez. Bir uç ağ (stub network) birden çok sağlayıcıya bağlı olsa bile (multi-homed) kendini transit olarak duyurmaz. Güvenlik notu: BGP duyuruları varsayılan olarak doğrulanmaz. Bir AS ait olmadığı bir prefix’i duyurursa trafik ona akar (prefix hijacking). RPKI gibi mekanizmalar bunu engellemeye çalışır.

Broadcast ve multicast

Broadcast bir paketi ağdaki herkese, multicast sadece bir gruba üye olanlara yollar. N alıcı için N ayrı kopya yollamak (N-way unicast) kaynağın bağlantısını tüketir. Ağ içinde kopyalama daha verimlidir.

Broadcast yöntemleri. Kontrolsüz flooding döngülerde sonsuz kopya üretir (broadcast storm). Çözümler:

• Sıra numarası kontrollü flooding: her düğüm daha önce gördüğü (kaynak, sıra no) çiftini tekrar iletmez.
• Reverse path forwarding (RPF): paket, router’ın kaynağa giden kendi en kısa yolunun arayüzünden geldiyse diğer bütün arayüzlere iletilir; başka arayüzden geldiyse atılır.
• Spanning tree: önce bir kapsayan ağaç kurulur, paket sadece ağacın kenarlarında ilerler.

Multicast adresleri. IPv4’te class D: 224.0.0.0/4, yani 224.0.0.0 ile 239.255.255.255 arası. 224.0.0.x yerel bağlantıya özel (örn. 224.0.0.5 OSPF router’ları).

IGMP host ile ona doğrudan bağlı router arasında çalışır: router “bu gruba üye var mı?” diye sorar (membership query), host cevap verir (membership report). Router’lar arası multicast ağaçlarını ise PIM (Protocol Independent Multicast) ya da DVMRP kurar.

Multicast IP’den Ethernet MAC’e

Ethernet multicast MAC’i 01:00:5e ile başlar, ardından bir 0 biti ve IP adresinin düşük 23 biti gelir.

239.200.15.7
2. oktet 200 = 11001000 → en üst bit atılır → 1001000 = 0x48
3. oktet 15 = 0x0f, 4. oktet 7 = 0x07
MAC = 01:00:5e:48:0f:07

224.10.20.30   → 01:00:5e:0a:14:1e
224.138.20.30  → 01:00:5e:0a:14:1e   (138 & 0x7f = 10)
225.10.20.30   → 01:00:5e:0a:14:1e   (ilk oktet hiç girmiyor)

Grup için 28 bit var (ilk 4 bit 1110 sabit), MAC’e 23’ü giriyor. Kaybolan 5 bit yüzünden $2^5 = 32$ grup aynı MAC’i paylaşır. Kart bunları alır, IP katmanı istenmeyenleri atar.

İPUCU · hızlı hesap. İkinci oktet 128’den küçükse aynen yaz, 128 ya da büyükse 128 çıkar. Sonra üç oktetin onaltılık karşılığını 01:00:5e’nin arkasına ekle.

Sık yapılan hatalar

Route  LOCAL_PREF  AS-PATH         NEXT-HOP IGP cost
X      100         AS2 AS5         4
Y      200         AS3 AS4 AS5     9
Z      200         AS6 AS5         12