Routing vs. Switching
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Routing vs. Switching 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 300 Gesamter Weitverkehr – – – – – – – Old World New World 250 200 IP 150 Voice 100 50 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 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 Protokolltransparent unsichtbar für vernetzte Endgeräte • 2 Konzepte • Transparente-Bridge/Spanning-Tree-Bridge • Source Routing Bridge F A B B1 C G H B2 D E Simon Osiander 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 Switch • gleiche Funktion wie Bridge, aber mehr Ports (Multiport Bridge) • ermöglicht parallelen Datentransfer gesamte Bandbreite steht zur Verfügung C C C S C S C C S B 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) Router1 A Router2 LIS1 LIS2 LIS3 B NBMA Netzwerk ohne NHRP • NBMA Netz aufgeteilt in 3 LIS (logische IP Subnetze) • Kommunikation zwischen Zwischen Subnetzen nur über Router möglich Simon Osiander Fast IP (3Com) • NHRP liefert NBMA Adresse (z.B MAC) • hops werden reduziert Router1 A Router2 LIS1 LIS2 LIS3 NHS1 NHS2 B NHS3 NBMA Netzwerk mit NHRP Simon Osiander Fast IP (3Com) • A B startet erhält Request möchte die standard Daten NHRP zu und IPResponse BÜbertragung schickt schicken Response und leitet zurück den zu Host B um • Verkehr Nicht B Gleichzeitig ist ingeroutet, anderem NHRP sondern Subnetz Request über in Switches Richtung B Host A Router NHRP Anfrage Switched LAN Infrastructure NHRP Antwort Fast IP shortcut Host 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 Ausgang Netzzugang Kanten TSR TSR • • • • Routing Protokoll & TDP Verkehrsfluß 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 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 Switching Router TIB Tag=111 MAC='a13' eingehend . . . 1 Tag=111 . . . ausgehend . . . Tag=555 Schnittstelle=4 MAC='abc' . . . 2 3 4 Tag=555 MAC='abc' Simon Osiander Kontrollkomponente • Erzeugt Tag-Bindungen und verteilt sie unter den TagSwitches • Beinhaltet Routing Protokolle und Tag Distibution Protocol • Sammlung von Modulen mit speziellen Routingfunktionen • Zielorientiertes Routing • Multicast • Flexibles Routing • Dienstqualität (Quality of Service) Simon Osiander 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.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
