Large Scale Networks: Switching & Forwarding (Week 5)

Transkripsi

1 Large Scale Networks: Switching & Forwarding (Week 5) Jaringan Komputer Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia Semester 003/004 Versi: 1.01

2 Overview Komponen jaringan: hosts & links Jaringan pada media fisik tunggal: point-to-point shared medium tantangan dan solusi contoh Versi: 1.1

3 Switching & Forwarding Motivasi: Why not just one direct link network? Pendekatan: Bagaimana model direct link dapat di-ekstensi? Tantangan: Masalah yang timbul dan solusi yang mungkin? Contoh: Implementasi pada real networks 3 Versi: 1.1

4 Why switching? Keterbatasan direct connected networks Terbatas jumlah host yang terjaring Point-to-point: hosts. Ethernet (IEEE 80.3): max. hosts 104 Terbatas jarak/jangkauan/area jaringan Ethernet (IEEE 80.3): jarak.5 km. Point-to-point: jauh untuk dua host, tapi tidak pada area antara kedua host tsb. Perbandingan: Jaringan telepon: jangkauan luas dan jumlah telepon tidak terbatas. Dukungan peralatan: switch (koneksi dari satu link dengan link yang lain, antar switch dst.). 4 Versi: 1.1

5 Packet Switching Solusi: packet switching melayani multiple direct link networks switch: mengontrol flows dari frames/packets ekspansi link connections : tidak mempengaruhi (transparan) dari sisi aplikasi (layer atas). Switch menyediakan: bentuk (topologi) lokal: star (konsentrasi). 5 Versi: 1.1

6 Forwarding (1) Challenges for packet switching? Fokus pada transmisi paket => paket diproses oleh switch => forwarding Paket X Which way should packet Y go? Paket Y Which way should packet X go? 1. Challenge: forwarding!!! 6 Versi: 1.1

7 Forwarding () Forwarding membutuhkan informasi tujuan paket bentuk dan informasi jaringan (path mencapai tujuan) pemilihan rute terbaik books.com host yahoo.com Dimana informasi forwarding disimpan?. Challenge: routing!!! 7 Versi: 1.1

8 Forwarding (3) Tambahan complexity? dua (atau lebih) input paket dengan forwarding output link yang sama Paket X Which goes first? Paket Y 3. Challenge: contention (buffer)!!! 8 Versi: 1.1

9 Challenges Packet Switching Efisien (forwarding) Switch dengan banyak output ports Perlu menentukan output port mana Routing (dynamic network) Perlu informasi untuk forwarding (penentuan output port) Membangun (view) bentuk dan path dalam jaringan + menyimpan informasi tsb. Contention multiple paket menuju ke satu output port memutuskan paket mana yang berhak bagaimana dengan paket yang menunggu? 9 Versi: 1.1

10 OSI: Network Layers (1) 10 Versi: 1.1

11 OSI: Network Layers () Fungsi switch: menghubungkan physical layer yang berbeda, perantara bagi jaringan dengan teknologi hardware yang berbeda. 11 Versi: 1.1

12 Agenda Membangun jaringan skala luas: Tidak semua host terhubung langsung Switching & Forwarding (Bab 3.1) Datagrams (Bab 3.1.1) Virtual Circuit (Bab 3.1.) Source Routing (Bab 3.1.3) Implementation (Bab 3.1.4) Bridges & LAN Switches (Bab 3.) Learning Bridges (Bab 3..1) Spanning Tree Algorithm (Bab 3..) Broadcast & Multicast (Bab 3..3) Limitations of Bridges (Bab 3..4) 1 Versi: 1.1

13 Scalable Networks Switch forwards packets from input port to output port port selected based on address in packet header T3 T3 STS-1 Input Ports Switch Output Ports T3 T3 STS-1 Keuntungan mencakup jangkauan area yang luas: host tidak perlu terhubung langsung (switch sebagai distribution point ). jumlah host besar => perbanyak jumlah switch (tidak terdapat kendala fisik dan kontrol media). 13 Versi: 1.1

14 Switch forwarding Tugas utama: memilih output port untuk paket yang masuk Goals: mampu memilih dengan informasi yang sangat terbatas: berdasarkan paket atau konfigurasi switch. implementasi sederhana/efisien (proses forwarding cepat). Tiga pendekatan: Datagrams Virtual Circuit Source Routing 14 Versi: 1.1

15 Datagrams: concept (1) Setiap paket mempunyai informasi lengkap (header) => switch mampu mengirimkan ke tujuan Analogi: surat (amplop berisi alamat lengkap) Forwarding Tidak perlu set-up (membangun) hubungan (path); connectionless Setiap paket dapat melalui path yang berbeda Switch menerjemahkan Alamat host global => pemilihan output port Menyimpan tabel untuk penerjemahan 15 Versi: 1.1

16 Datagrams: concept () Each packet forwarded independently 3 Host C Host D 0 Host A Switch 1 1 Host E Switch Host F Each switch maintains a forwarding (routing) table Table: mapping tujuan host dengan output port Host G 0 Host B 1 3 Switch 3 Host H 16 Versi: 1.1

17 Forwarding Table (Switch ) Tujuan A B C D E F G H Port Versi: 1.1

18 Datagrams: pro & cons Keuntungan paket dikirim segera (cepat, tidak perlu setup hubungan) path independent: rute disesuaikan dengan keadaan jaringan (setiap paket, memilih rute terbaik). Kerugian: header: alamat lengkap (overhead bits) kemungkinan paket tidak sampai lebih besar (karena belum ada setup, unknown ) storage besar dan mapping global address ke port proses lambat (setiap paket diproses dengan overhead yang sama). 18 Versi: 1.1

19 Virtual Circuit: concept (1) Connection oriented Perlu setup hubungan sebelum data/paket dikirimkan Hasil connection oriented: membangun path (fixed route) antara source dan destination Setiap data paket akan mengikuti rute path. Akhir hubungan: explisit terminate connection. Dukungan switch Maintain state information per connection Reserve switch resources per connection buffer space, transmission bandwidth Apply flow control per connection. 19 Versi: 1.1

20 Virtual Circuit: concept () Setiap switch (during setup): membuat VC table Switch menerjemahkan: Id VC inco Switch 1 1 Analogi: telepon 11 3 Switch 1 0 Host A 7 0 Switch Host B 0 Versi: 1.1

21 Forwarding Tables in VC Setiap koneksi baru akan membuat entry baru pada switch Forwarding Tables (FT) terdapat 4 kolom: input port number (incoming paket masuk), input VC Identifier (VCI dari paket masuk), output port number (outgoing paket keluar) output VCI (VCI digunakan oleh paket keluar) Paket keluar: header di update sesuai dengan VCI dari output VCI 1 Versi: 1.1

22 Virtual Switching Example Contoh: A B 4 C D Versi: 1.1

23 Forwarding VC table Switch 3 Switch 1 Incoming Outgoing node VC node VC A 1 3 A A A 5 Switch Incoming Outgoing node VC node VC C C 6 Incoming Outgoing node VC node VC Switch 4 Incoming Outgoing node VC node VC Switch 6 Incoming Outgoing node VC node VC 3 7 B B 5 B B Switch 5 Incoming Outgoing node VC node VC 4 5 D D Versi: 1.1

24 VC: pros & cons Virtual Circuit Switching Model Perlu satu RTT untuk setup connection Paket data mengikuti rute yang telah diketahui. Keuntungan: Paket data hanya perlu nomor VCI (bits sedikit) Kehandalan: koneksi telah tersambung => kesiapan switch dan host tujuan (reserve resources). Kerugian: Jika switch/link fail => perlu setup koneksi baru lagi. Switch kemampuan lebih (prosesor dan memori) untuk mengatur alokasi link, memelihara table dan status setiap koneksi (complexity). 4 Versi: 1.1

25 Source Routing Forwarding source routing Header paket berisi informasi arah (path) dan tujuan (source menentukan path ke tujuan) Path akan diikuti pada setiap switch yang dilalui Arah (directions) memberikan dalam bentuk: output port dari switch yang akan dilalui. dalam bentuk array (nomor port) dan absolut (nomor port dan nama switch) 5 Versi: 1.1

26 Example: Source routing Source: rotate directions (reversal) 0 Switch Switch Host A Switch 3 3 Host B 6 Versi: 1.1

27 Forwarding: sorce routing Forwarding: mengikuti arah (directions) header paket Keuntungan: Switch sangat sederhana (tidak perlu menyimpan dan memproses tabel) => murah dan cepat Kerugian: Host (source) harus mengetahui bentuk jaringan => path ke tujuan. Perubahan jaringan harus disebarkan ke semua hosts Header dapat menjadi sangat besar dan keterbatasan besarnya jaringan. Digunakan: IBM SNA networks. 7 Versi: 1.1

28 Switch: Abstract Operational View A Switching Element (SE) menerapkan operasi swithch: information packets are received at the input ports an output port is selected, and the information packet is forwarded out to this port 1 1 N N Figure Versi: 1.1