routing vs. switching simon osiander. motivation veränderung der internetlandschaft –anstieg der...
Post on 06-Apr-2016
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Routing vs. Switching
Simon Osiander
Simon Osiander
Motivation
• Veränderung der Internetlandschaft– Anstieg der Nutzerzahlen– Multimedia u. Echtzeitanwendungen
Entwicklung neuer Techniken– Multilayer Switch– Layer 3 Switch– IP Switch– Routing Switch– Switching Router– Wire Speed Router– Swoter 0
50
100
150
200
250
300
1996 1997 1998 1999 2000 2001
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IP
Voice
New WorldNew WorldOld WorldOld World
Simon Osiander
Gliederung
• Überblick: aktive Netzkomponenten– Bridge– Switch– Router
• Layer 3 Switching
• Ausblick: – Layer 4 Switching
Simon Osiander
Bridge 1
• Segmentiert Netzwerke• arbeitet auf OSI-Schicht 2
Protokolltransparentunsichtbar für vernetzte Endgeräte
• 2 Konzepte• Transparente-Bridge/Spanning-Tree-Bridge• Source Routing Bridge
F G H
D E
B2B1 CA B
Simon Osiander
Bridge 2
• Transparente Bridge• Einfache Installation• Problem bei mehreren Switches: SchleifenSpanning Tree • schlechte Nutzung der Bandbreite
• Source-Routing-Bridge– angeschlossene Maschinen müssen Routen kennen– Rahmen trägt High-Order-Bit und Route
Simon Osiander
Switch
• gleiche Funktion wie Bridge, aber mehr Ports (Multiport Bridge)
• ermöglicht parallelen Datentransfer gesamte Bandbreite steht zur Verfügung
C C S
C C S
BC C S C C S
C C S
Simon Osiander
Switch - Interner Aufbau
• Matrix Switch– alle Ports sind miteinander verbunden– im Switch werden direkte Verbindungen geschaltet
• Backplane Switch– gemeinsamer Hochgeschwindigkeitsbus für alle Ports
Simon Osiander
Switch -Methoden der Weiterleitung
• Store and Foreward Switching– Frames werden komplett gelesen und zwischengespeichert– fehlerhafte Pakete werden erkannt
• Cut-Through Switching– liest nur ersten 14 Bytes des Frames– keine Fehlererkennung– alle Ports haben gleiche Geschwindigkeit
• heutige Switches arbeiten mit Store and Foreward
Simon Osiander
Router
• Verbinden Netze auf Schicht 3 des OSI-Modells• nicht protokoll-transparent• Aufgaben:
– Segmentierung in Broadcastbereiche– Bereitstellung eines WAN-Zugriffes– Sicherheit (Firewall Service)– Routing
Simon Osiander
Routing
• Prozeß der “optimalen” Wegwahl von Datenpaketen
• statisches Routing– Routen sind fest vorgegeben
• dynamisches Routing– Routen werden neu ermittelt– Router tauschen untereinander Informationen mit Hilfe von
Routing-Protokollen aus ( z.B OSPF, RIP )
Simon Osiander
Routing
• Niedrige Performance durch aufwendige Verarbeitungsabläufe– lesen und ändern des Headers in jedem Paket– Suchen der Adresse in Routing Tabelle O(log2n) Switch O(1)– Softwarebasiert
• kein flexibles Routing– nur “Shortest Path”– ungleichmäßige Auslastung
• Router werden zu Flaschenhälsen
Simon Osiander
Aktuelle Entwicklung
• Entwicklung von Router/Routing Techniken die Mängel beheben neue Funktionalitäten bieten • Geschwindigkeit eines Switches• Schicht 3 Routing• billiger als Router• QoS
Layer-3-Switching
Simon Osiander
Kantenmodell
• Schicht 3 Intelligenz an Netzkanten, im Kern wird geswitcht
• Router werden durch Erzeugung von “Shortcuts” umgangen
• “route once, switch thereafter”• Implementiert durch:
• 3Com’s Fast IP• Cabletron’s Secure Fast Virtual Network Architecture• Cascade’s IP Navigator
Simon Osiander
Fast IP (3Com)
• Arbeitet mit NHRP (Next Hop Resolution Protocol)
• NBMA Netz aufgeteilt in 3 LIS (logische IP Subnetze)• Kommunikation zwischen Zwischen Subnetzen nur über
Router möglich
LIS1 LIS2 LIS3
Router1 Router2
A B
NBMA Netzwerk ohne NHRP
Simon Osiander
Fast IP (3Com)
• NHRP liefert NBMA Adresse (z.B MAC)• hops werden reduziert
LIS1 LIS2 LIS3
Router1 Router2
A B
NBMA Netzwerk mit NHRP
NHS1NHS2 NHS3
Simon Osiander
• B erhält Request und schickt Response zurück • Nicht geroutet, sondern über Switches• A erhält die NHRP Response und leitet den
Verkehr zu Host B umHost A
Router
Host B
Switched LAN Infrastructure
Host A
Router
Host B
Switched LAN Infrastructure
NHRP Anfrage
Host A
Router
Host B
Switched LAN Infrastructure
NHRP Anfrage
Host A
Router
Host B
Switched LAN Infrastructure
NHRP Antwort
Host A
Router
Host B
Switched LAN Infrastructure
Fast IP shortcut
Fast IP (3Com)
• A möchte Daten zu B schicken • B ist in anderem Subnetz• A startet standard IP Übertragung • Gleichzeitig NHRP Request in Richtung B
Simon Osiander
Kernmodell
• Besitzt auch im Kern Schicht-3-Intelligenz• Definition von Flußklassen• Zuordnung anhand ersten Paketes• Labels
• Implementiert durch:• Cisco’s TAG-Switching , NetFlow• Ipsilon’s IP Switching • MPLS (IETF-Standardisierung)
Simon Osiander
TAG-Switching
• Tag Switch Router nehmen an Routing Protokollen teil• TSR generieren lokale Tags für erreichbare Routen• Austausch der Tags über Tag Distribution Protocol• Nur Netzzugangs TSR trifft Routing Entscheidung
Kanten TSR
TSR
Routing Protokoll & TDP
Verkehrsfluß
NetzzugangAusgang
Simon Osiander
Weiterleitungkomponente 1
• Tag-Information kann in einem Paket auf verschiedene Weisen Tranpotiert werden• Tag-Header zwischen Schicht 2 und 3 Header• Als Teil des Schicht 2 Header (ATM)• Als Teil des Schicht 3 Header (Flußlabelfeld in IPv6)
• Weiterleitungsinformation steht in Tag Information Base• Eintrag besteht aus:
• eingehendes Tag• ausgehendes Tag• ausgehende Schnittstelle• ausgehende Verbindungsinformation (z.B. MAC Adr.)
Simon Osiander
Weiterleitungkomponente 2
• Weiterleitungsoperation basiert auf “Label-Swapping”
Tag=111MAC='a13' 1
2
3
4
TIBeingehend ausgehend
Tag=111 Tag=555Schnittstelle=4MAC='abc'
......
......
Tag=555MAC='abc'
Tag Switching Router
Simon Osiander
Kontrollkomponente
• Erzeugt Tag-Bindungen und verteilt sie unter den Tag-Switches
• Beinhaltet Routing Protokolle und Tag Distibution Protocol
• Sammlung von Modulen mit speziellen Routingfunktionen• Zielorientiertes Routing• Multicast• Flexibles Routing• Dienstqualität (Quality of Service)
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MPLS
• Standardisierung der IETF für “label switching”
• Ziele:– Besseres Preis/Performance von Netzwerkschicht
Routing– Skalierbarkeit des Schicht 3 Routings– Flexibilität in der Auslieferung von Routing Services
• kein spezifisches Schicht 3 Protokoll• Unterstützung für viele Schicht 2 Technologien ( Frame
Relay, ATM, Ethernet, Token Ring)
Simon Osiander
MPLS
• Standardisierungen:– Protokolle für zielorientiertes, Multicast u.
hierarchisches Routing– Unterstützung Expliziter Routen– Label-Transport, Label-Kapselung– QoS
Simon Osiander
Layer 4-Switching
• Paketweiterleitung auf Basis der Schicht 4 Information (z.B. TCP oder UDP Adresse)
• Layer 4-Switches vermitteln unmittelbar zwischen Anwendungen
• Nachteil:• große Tabellen
• Vorteil:• Priorisierung von Anwendungen (QoS)• zusätzliche Sicherheits- und Managegementfunktionen
Simon Osiander
Literatur
1. Layer 3 Switching: An Introduction By Robert Ciampa , http://www.3com.com/technology/tech_net/white_papers/500660.html2. Next-Generation Routing for ISPs:Cascade's IP Navigator and Cisco's Tag Switching By Chuck Semeria, http://www.3com.com/nsc/501317.html3. Next-Generation Routing for Enterprise Networks: 3Com's Fast IP, Cisco's NetFlow Switching, Ipsilon's IP Switching, and Cabletron's Secure Fast By Chuck Semeria , http://www.3com.com/technology/tech_net/white_pa pers/500636a.html4. IP-Switching, http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-97/ip_switching5. IP Switching and Label Switching, http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788 -996. ftp://ftp.netlab.ohio-state.edu/pub/jain/courses/cis788-97/ip_over_atm/index. htm7. Xipeng Xiao and Lional M. Ni “Internet QoS:the Big Picture”8. Uyless Black, “Internet-Technologien der Zukunft”, Addison-Wesley9. Dr. Franz-Joachim Kauffels, “Lokale Netze”, MITP
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