Routing vs. Switching

flutteringevergreenNetworking and Communications

Oct 29, 2013 (3 years and 5 months ago)

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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

Gesamter Weitverkehr

IP

Voice

New World

Old 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


Protokolltransparent


unsichtbar für vernetzte Endgeräte


2 Konzepte


Transparente
-
Bridge/Spanning
-
Tree
-
Bridge


Source Routing Bridge

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

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


Simon Osiander

Fast IP (3Com)


NHRP liefert NBMA Adresse (z.B MAC)


hops werden reduziert


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 um


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

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”

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)

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