Advanced Computer Networks: Lecture 45 - Dr. Amir Qayyum

CS716
Advanced Computer Networks
By Dr. Amir Qayyum
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Lecture No. 45

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Where we are ­ What we understand
• Concepts of networking & network programming
– Elements of networks: nodes and links
– Building a packet abstraction on a link

• Issues related to bits/frames sent on a single link
– How to detect transmission errors in a frame after encoding 
and framing it
– How to simulate a reliable channel (sliding window)
– How to arbitrate access to shared media in any network

• Design issues of direct link networks
– Functionality of network adaptors
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Where we are – What we understand
• How switches may provide indirect connectivity

–
–
–
–

Different ways to move through a network (forwarding)
Bridge approach to extending LAN concept
Example of a real virtual circuit network (ATM)
How switches are built and contention within switches

• How different networks work together
– (Common connecting protocol IP) and its service model
– Routing protocols in simple networks

• Next: large networks working together
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Internetworking
• Reading: Peterson and Davie, Chapter 4
• Global internets (scale)
• Dealing with global scale
– Virtual geography and addresses
– Hierarchical routing
– Multicast traffic
– MPLS

• Future internetworking: IPv6

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How Should Hierarchy be Defined ?
• Hierarchy reduces information requirements for 
forwarding

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Internetworking
• Main problems addressed by internetworking
– Heterogeneity
– Scale

• Bridges scale to level of medium organization
• IP addresses most end­to­end heterogeneity issues
• Today: issues of global scale

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Global Internets
• Evolution of Internet structure
• Virtual geographies: networks, domains, and 
translations
• Problems of scale
• IP address hierarchy evolution
• Notion of autonomous systems (AS’s)
• Common intradomain routing protocols
• Standard interdomain routing protocol

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Diameter of the Internet
• Connect all nodes of a network in a big ring
– Network diameter will be half the ring circumference

• Adding more links brings down network diameter
– Diameter can be quarter of the ring with one link …
How many 
links should 
be added to 
bring the 
diameter 
below some 
threshold ?
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Internet Structure in Recent Past 1990
NSFNET backbone

Stanford
BARRNET
regional
Berkeley

PARC

MidNet

regional

…

Westnet
regional
UNM

NCAR

ISU

UNL

KU

UA

• Tree structure, centered around one backbone
• Interconnection of thousands of “organizations”
– End users and service providers

• Scalability of routing protocols in global Internet
– Network entities are administratively independent
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Internet Structure Today
• Multiple backbone service providers
• Arbitrary graph structure

• Different QoS in different backbones (commercial)
Large corporation
“Consumer” ISP
Peering
point

Backbone service provider

“ Consumer” ISP
Large corporation
Small
corporation

Peering
point

“Consumer” ISP
Small
corporation
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Virtual Geographies
• Internet domain names (understood by people)
• IP network numbers (understood by routers)
• Internet domain name hierarchy
– ASCII strings separated by periods; typical formats:

• host.domain.domain_type
– xyz.carepvtltd.com

• host.subdomain.domain.domain_type
– abc.cs.berkeley.edu

• host.domain.domain_type.country
– www.case.edu.pk
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Virtual Geographies and IP Address
• Routers use IP network numbers
IP 
Address Class

Network

Host

• Original intention:
– One network number per physical network

• Closer to real geography (than domain names)
• Some jumps, e.g.,
– Divisions of one company
– Organizations with network research testbeds
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Virtual Geographies and DNS
• Translation from domain name to IP 

address
– Domain to IP: Domain Name Service (DNS)
– IP to domain: relies on host
• Not secure
• Use reverse lookup(domain to IP) for security

• DNS is a hierarchical, (mostly) distributed 
application (more detail later)
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Scaling Problems for the Internet
•
•
•
•

Inefficient address allocation
Too many networks for routing
Can trade off between these two
Questions
– What network(s) should you allocate to a 
company with 1000 machines ?
– What about a company with 200 machines ?
– What about a company with 2 machines that 
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plans to grow rapidly ?


Scaling Problems for the Internet

• Pressure primarily on class B networks
– Most companies plan to grow beyond 255 machines
– Renumbering is a hassle and can interrupt service
– Only around 16,000 class B networks available (14 bit)

• Class B networks aren’t very efficient
– Few organizations have O(10,000) machines
– More likely a network uses O(1,000) of 65,000 address

• Scaling problems with alternatives

– Multiple table entries if class C networks used instead
– Protocols do not scale beyond O(10,000) networks
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IP Address Hierarchy Evolution
• Begin with class­based system
Class A: 0 network (7)
Class B: 1 0
Class C: 1 1 0

host (24 bits)

network (14 bits)

host (16 bits)

network (21 bits)

host (8 bits)

• Subnetting within an organization
–
–
–
–

Network can be broken into smaller networks
Recognized only within the organization
Implemented by packet­switching
Smaller networks called subnets
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Subnetting
• Another level to address/routing hierarchy: subnet
• Subnet masks define variable partition of host part
• Subnets visible only within site (close to each 
other)Class
IP address
Network
Host
Subnetted 
IP address

Class

Network

Subnet

Host

Subnet 
Mask

11

1111111111111111

11111111

00000000

Non­
contiguous 
Mask

11

1111111111111111

1111 0000 1111 0000
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Subnetting Example
Subnet mask: 255.255.255.128
Subnet number: 128.96.34.0

128.96.34.15

All hosts have
address && mask = subnet address

128.96.34.1

H1
R1
Subnet mask: 255.255.255.128
Subnet number: 128.96.34.128

128.96.34.130

128.96.34.139

128.96.34.129
H3
128.96.33.14

R2
128.96.33.1

Subnet mask: 255.255.255.0
Subnet number: 128.96.33.0

H2

Forwarding table at router R1
Subnet Number  Subnet Mask        Next Hop

128.96.34.0        255.255.255.128  interface 0
128.96.34.128    255.255.255.128  interface 1
128.96.33.0        255.255.255.0      R2
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Forwarding Algorithm
D = destination IP address
for each entry (SubnetNum, SubnetMask, NextHop)
D1 = SubnetMask & D
if D1 = SubnetNum
if NextHop is an interface
deliver datagram directly to D
else
deliver datagram to NextHop

•
•
•
•

Comparisons in parallel, taking the longest match
Use a default router if nothing matches
Not necessary for 1s in subnet mask to be contiguous 
Can put multiple subnets on one physical network 20


Subnetting
• Subnets allow hierarchy within 
organizations

• But do not reduce class B address 
pressure
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Supernetting/CIDR
• CIDR: Classless Inter­Domain Routing
• Compromise in address utilization vs 
scalability
• Eliminate class notion; generalize 
subnet notion
• All routers must understand CIDR 
addressing
– Longest match in the table

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Supernetting/CIDR

• Assign block of contiguous network 
numbers to nearby networks
– Restrict block sizes to powers of 2
– Use bit mask(CIDR mask) to identify 
block size

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CIDR

• Specify network with (network#, mask bits)
– Equivalent to (network#, # of hosts)

• Block of 8 class C networks may be treated as one
• Organizations can still use subnetting internally !
• Routing table entries look like:
subnet #
131.126.141.0
131.126.142.0
131.126.142.128 25
131.126.0.0
default

24
25
16
0

mask length
next hop
Interface 0
Interface 1
R1
R2
R3

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CIDR Growth

• CIDR/supernetting allows hierarchical 
development
• Assign block of addresses to regional 
provider (e.g., 128.0.0.0/9 to BARRNET)
• Regional provider subdivides addresses
• Can hand out to subregional providers (e.g., 
128.32.0.0/16 to Berkeley)
• Who in turn hand out to smaller organization 
(e.g., 128.32.32.0/21 to Berkeley CS Dept)
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