E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
1
EE 586 Communication andSwitching Networks
Lecture 20
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-2
underline_base
4.1 introduction
4.2 virtual circuit anddatagram networks
4.3 whats inside a router
4.4 IP: Internet Protocol
datagram format
IPv4 addressing
ICMP
IPv6
4.5 routing algorithms
link state
distance vector
hierarchical routing
4.6 routing in the Internet
RIP
OSPF
BGP
4.7 broadcast and multicastrouting
Chapter 4: outline
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-3
underline_base
Hierarchical routing
scale: with 600 milliondestinations:
cant store all dests inrouting tables!
routing table exchangewould swamp links!
administrative autonomy
internet = network ofnetworks
each network admin maywant to control routing inits own network
our routing study thus far - idealization
all routers identical
network flat
… not true in practice
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-4
aggregate routers intoregions, autonomoussystems (AS)
routers in same ASrun same routingprotocol
intra-AS routingprotocol
routers in different AScan run different intra-AS routing protocol
Routing across differentAS’es
inter-AS routing protocol
incorporate administrativeconcern
gateway router:
at edge of its own AS
has  link to router in another AS
underline_base
Hierarchical routing
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-5
Inter-AS tasks
suppose router in AS1receives datagramdestined outside of AS1:
router should forwardpacket to gatewayrouter, but which one?
AS1 must:
1.learn which dests arereachable through AS2,which through AS3
2.propagate thisreachability info to allrouters in AS1
job of inter-AS routing!
AS3
AS2
3b
3c
3a
AS1
1c
1a
1d
1b
2a
2c
2b
other
networks
other
networks
underline_base
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-6
Example: setting forwarding table in router 1d
AS1 learns (via inter-AS protocol) that subnet x reachable viaAS3 (gateway 1c), but not via AS2
Inter-AS protocol propagates reachability to all internal routers
router 1d determines from intra-AS routing info that itsinterface I  is on the least cost path to 1c
New reachability thru AS2 but no way to know which’s shorter
Hot potato routing: select path based on cost to border gateway
AS3
AS2
3b
3c
3a
AS1
1c
1a
1d
1b
2a
2c
2b
other
networks
other
networks
x
underline_base
……
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-7
Intra-AS Routing in Internet
also known as interior gateway protocols (IGP)
most common intra-AS routing protocols:
RIP: Routing Information Protocol
OSPF: Open Shortest Path First
IS-IS: Intermediate  System – Intermediate System
IGRP: Interior Gateway Routing Protocol(Cisco proprietary)
underline_base
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-8
underline_base
RIP (Routing Information Protocol)
included in BSD-UNIX distribution in 1982
distance vector algorithm (RFC 1058, 2453)
distance metric: # hops (max = 15 hops), each link has cost 1
DVs exchanged with neighbors every 30 sec in response message (akaadvertisement)
each advertisement: list of up to 25 destination subnets (in IP addressingsense)
D
C
B
A
u
v
w
x
y
z
subnet    hops
      u         1
      v         2
      w        2
      x         3
      y         3
      z         2
 
from router A to destination subnets:
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-9
underline_base
RIP: link failure, recovery
if no advertisement heard after 180 sec -->neighbor/link declared dead
routes via neighbor invalidated
new advertisements sent to neighbors, which update owntables and in turn send new advertisements
link failure info propagates to entire net
poison reverse used to prevent ping-pong loops (infinitedistance = 16 hops)
RIP routing tables managed by application-levelprocess called route-d (daemon)
 advertisements sent in UDP packets through port 520
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-10
underline_base
OSPF (Open Shortest Path First)
open: publicly available (RFC 2328)
uses link state algorithm for upper-tier ISP’s
LS packet dissemination
topology map at each node
route computation using Dijkstras algorithm
OSPF advertisement carries one entry per neighbor
advertisements flooded to entire AS
carried in OSPF messages directly over IP (rather thanTCP or UDP) with upper-layer protocol of 89
IS-IS routing protocol: nearly identical to OSPF
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-11
underline_base
OSPF advanced features (not in RIP)
security: all OSPF messages authenticated (to preventmalicious intrusion)
multiple same-cost paths allowed (only one path inRIP)
for each link, multiple cost metrics for different Typeof Service or TOS (e.g., satellite link cost set lowfor best effort ToS; high for real time ToS)
integrated uni- and multicast support:
Multicast OSPF (MOSPF) uses same topology database as OSPF
hierarchical OSPF in large domains.
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-12
Hierarchical OSPF
boundary router
backbone router
area 1
area 2
area 3
backbone
area
border
routers
internal
routers
underline_base
summarize distances  tonets in own area,advertise to other areaborder routers
Run OPSF withinbackbone
Forward reachability toother AS’es
Run OPSFwithin its area
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-13
underline_base
Internet inter-AS routing: Why?
policy:
inter-AS: admin wants control over how its trafficrouted, who routes through its net.
intra-AS: single admin, so no policy decisions needed
scale:
hierarchical routing saves table size, reduced updatetraffic
performance:
intra-AS: can focus on performance
inter-AS: policy may dominate over performance
BGP (Border Gateway Protocol): the de factointer-domain routing protocol (v.4 – RFC 4271)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-14
BGP basics
BGP provides each AS a means to:
determine good routes to other networks based on reachabilityinformation and policy.
eBGP: obtain subnet reachability information from neighboring ASs.
iBGP: propagate reachability information to all AS-internal routers.
BGP messages exchanged between peers over TCP connection
BGP messages:
OPEN: opens TCP connection and authenticates sender
UPDATE: advertises new path (or withdraws old)
KEEPALIVE: keeps connection alive in absence of UPDATES;also ACKs OPEN request
NOTIFICATION: reports errors in previous msg; also used toclose connection
underline_base
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-15
BGP basics
when AS3 advertises a prefix to AS1:
AS3 promises it will forward datagrams towards that prefix
AS3 can aggregate prefixes in its advertisement
AS3
AS2
3b
3c
3a
AS1
1c
1a
1d
1b
2a
2c
2b
other
networks
other
networks
BGP session:  two BGP routers (peers) exchange BGPmessages:
advertising paths to different destination network prefixes (path vectorprotocol)
exchanged over semi-permanent TCP connections over port 179
BGP
message
underline_base
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-16
underline_base
BGP basics: distributing path information
AS3
AS2
3b
3a
AS1
1c
1a
1d
1b
2a
2c
2b
other
networks
other
networks
using eBGP session between 3a and 1c, AS3 sends prefixreachability info to AS1.
1c can then use iBGP do distribute new prefix info to all routersin AS1
1b can then re-advertise new reachability info to AS2 over 1b-to-2a eBGP session
when router learns of new prefix, it creates entry forprefix in its forwarding table.
eBGP session
iBGP session
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-17
Path attributes and BGP routes
advertised prefix includes BGP attributes
prefix + attributes = route
two important attributes:
AS-PATH: contains ASs through which prefix advertisement haspassed: e.g., AS 67, AS 17
NEXT-HOP: indicates specific internal-AS router subnet to next-hop AS. (may be multiple links from current AS to next-hop-AS)
many others
gateway router receiving route advertisement usesimport policy to accept/decline
e.g., never route through AS x
policy-based routing
underline_base
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-18
BGP route selection
router may learn about more than 1 route todestination AS, selects route based on:
1.local preference value attribute: policy decision
2.shortest AS-PATH
3.closest NEXT-HOP router: hot potato routing
4.additional criteria
underline_base
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-19
underline_base
BGP routing policy
A,B,C are provider networks
X,W,Y are customer (of provider networks)
X is dual-homed: attached to two networks
X does not want to route from B via X to C
.. so X will not advertise to B a route to C
A
B
C
 
W
 
X
Y
legend:
 
customer
network:
 
provider
 
network
 
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Network Layer
4-20
underline_base
BGP routing policy (2)
C advertises paths CX and CY to A and B
A advertises path AW,  ACX, and ACY to B,  as well as AW to C
B advertises path BAW and BCY to X
Why not BACY?
B advertises path BX to C. Should B advertise path BAW to C?
Probably not! B gets no revenue for routing CBAW since neither W nor Care Bs customers
B wants to force C to route to w via A
A
B
C
 
W
 
X
Y
legend:
 
customer
network:
 
provider
 
network