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Routing vs. Switching

Routing vs. Switching. Simon Osiander. Old World. New World. 300. 250. 200. IP. 150. Gesamter Weitverkehr. Voice. 100. 50. 0. 1996. 1997. 1998. 1999. 2000. 2001. Motivation. Veränderung der Internetlandschaft Anstieg der Nutzerzahlen Multimedia u. Echtzeitanwendungen

gaurav
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  1. Routing vs. Switching Simon Osiander

  2. Old World New World 300 250 200 IP 150 Gesamter Weitverkehr Voice 100 50 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 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 Simon Osiander

  3. Gliederung • Überblick: aktive Netzkomponenten • Bridge • Switch • Router • Layer 3 Switching • Ausblick: • Layer 4 Switching Simon Osiander

  4. Bridge 1 • Segmentiert Netzwerke • arbeitet auf OSI-Schicht 2 • Protokolltransparent • unsichtbar für vernetzte Endgeräte • 2 Konzepte • Transparente-Bridge/Spanning-Tree-Bridge • Source Routing Bridge Simon Osiander

  5. Bridge 2 • Transparente Bridge • Einfache Installation • Problem bei mehreren Switches: Schleifen • Spanning Tree • schlechte Nutzung der Bandbreite • Source-Routing-Bridge • angeschlossene Maschinen müssen Routen kennen • Rahmen trägt High-Order-Bit und Route Simon Osiander

  6. Switch • gleiche Funktion wie Bridge, aber mehr Ports (Multiport Bridge) • ermöglicht parallelen Datentransfer • gesamte Bandbreite steht zur Verfügung Simon Osiander

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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 Simon Osiander

  15. Fast IP (3Com) • NHRP liefert NBMA Adresse (z.B MAC) • hops werden reduziert Simon Osiander

  16. Fast IP (3Com) • B erhält Request und schickt Response zurück • Nicht geroutet, sondern über Switches • A erhält die NHRP Response und leitet den Verkehr zu Host B um • A startet standard IP Übertragung • Gleichzeitig NHRP Request in Richtung B • A möchte Daten zu B schicken • B ist in anderem Subnetz Simon Osiander

  17. 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

  18. 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 Simon Osiander

  19. 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

  20. Weiterleitungkomponente 2 • Weiterleitungsoperation basiert auf “Label-Swapping” Simon Osiander

  21. 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) Simon Osiander

  22. 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

  23. MPLS • Standardisierungen: • Protokolle für zielorientiertes, Multicast u. hierarchisches Routing • Unterstützung Expliziter Routen • Label-Transport, Label-Kapselung • QoS Simon Osiander

  24. 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

  25. Literatur 1. Layer 3 Switching: An Introduction By Robert Ciampa , http://www.3com.com/technology/tech_net/white_papers/500660.html 2. Next-Generation Routing for ISPs:Cascade's IP Navigator and Cisco's Tag Switching By Chuck Semeria, http://www.3com.com/nsc/501317.html 3. 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.html 4. IP-Switching, http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-97/ip_switching 5. IP Switching and Label Switching, http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788 -99 6. ftp://ftp.netlab.ohio-state.edu/pub/jain/courses/cis788-97/ip_over_atm/index. htm 7. Xipeng Xiao and Lional M. Ni “Internet QoS:the Big Picture” 8. Uyless Black, “Internet-Technologien der Zukunft”, Addison-Wesley 9. Dr. Franz-Joachim Kauffels, “Lokale Netze”, MITP Simon Osiander

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