Large Scale Networks: Switching & Forwarding (Week 5)

Jaringan Komputer

Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia

Large Scale Networks:

Switching & Forwarding

(Week 5)

Overview

Komponen jaringan:

hosts & links

Jaringan pada media fisik tunggal:

point-to-point shared medium

tantangan dan solusi

contoh

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”

Why switching?

Keterbatasan “direct connected networks”

Terbatas jumlah host yang terjaring

• Point-to-point: 2 hosts.

• Ethernet (IEEE 802.3): max. hosts 1024

Terbatas jarak/jangkauan/area jaringan

• Ethernet (IEEE 802.3): jarak 2.5 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.).

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).

Forwarding (1)

Challenges for packet switching?

Fokus pada transmisi paket => paket diproses oleh switch => forwarding

Which way should packet Y go?

Which way should packet X go?

Paket X

Paket Y

1. Challenge: forwarding!!!

Forwarding (2)

Forwarding membutuhkan informasi

tujuan paket

bentuk dan informasi jaringan (path mencapai tujuan) pemilihan rute terbaik

Dimana informasi

forwarding disimpan? 2. Challenge: routing!!!

books.com

host yahoo.com

Forwarding (3)

Tambahan “complexity”?

dua (atau lebih) input paket dengan forwarding output link yang sama

Paket Y

Which goes first?

Paket X

3. Challenge: contention (buffer)!!!

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?

OSI: Network Layers (1)

OSI: Network Layers (2)

Fungsi switch: menghubungkan “physical layer”

yang berbeda,

perantara bagi jaringan dengan teknologi hardware

yang berbeda.

Agenda

Membangun jaringan skala luas: Tidak semua host terhubung langsung

Switching & Forwarding (Bab 3.1)

• Datagrams (Bab 3.1.1)

• Virtual Circuit (Bab 3.1.2)

• Source Routing (Bab 3.1.3)

• Implementation (Bab 3.1.4)

Bridges & LAN Switches (Bab 3.2)

• Learning Bridges (Bab 3.2.1)

• Spanning Tree Algorithm (Bab 3.2.2)

• Broadcast & Multicast (Bab 3.2.3)

• Limitations of Bridges (Bab 3.2.4)

Scalable Networks

Switch

forwards packets from input port to output port port selected based on address in packet header

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).

Input Ports T3

T3 STS-1

T3 T3 STS-1 Switch

Output

Ports

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

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

Datagrams: concept (2)

Each packet forwarded

independently ^{Host D}

0 1 3

2

1 3

0 1 2

Host B

Switch 2

Host G Host E Switch 1

Host F 3

Host C

Host A

Each switch maintains a forwarding (routing) table

0

2

Switch 3 Host H

Table: mapping tujuan host

dengan output port

Forwarding Table (Switch 2)

0 H

0 G

1 F

2 E

3 D

3 C

0 B

3 A

Port

Tujuan

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).

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.

Virtual Circuit: concept (2)

Setiap switch (during setup): membuat VC table Switch menerjemahkan:

Id VC inco

Analogi: telepon

0 1 3

2

0

1 3

2 0

1 3

2

5 11

4 7

Switch 3

Host B Switch 2

Host A

Switch 1

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

Virtual Switching Example Contoh:

1

2

3

4

5 A 6

B

C

D 1

5

2 3

7 1

8 4 2 5

3 6

5

2

Forwarding VC table

Incoming Outgoing node VC node VC

A 1 3 2 A 5 3 3 3 2 A 1 3 3 A 5

Incoming Outgoing node VC node VC 1 2 6 7 1 3 4 4 4 2 6 1 6 7 1 2 6 1 4 2 4 4 1 3

Incoming Outgoing node VC node VC

3 7 B 8 3 1 B 5 B 5 3 1 B 8 3 7

Incoming Outgoing node VC node VC

C 6 4 3 4 3 C 6

Incoming Outgoing node VC node VC 2 3 3 2 3 4 5 5 3 2 2 3 5 5 3 4

Incoming Outgoing node VC node VC

4 5 D 2 D 2 4 5

Switch 1

Switch 2

Switch 3

Switch 4

Switch 6

Switch 5

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).

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)

Example: Source routing

Source: rotate directions (reversal)

0 1

3 2

0 0

1 2

0 3

3 0 1 1 3 0

3 0 1

Switch 3 Switch 2

Switch 1

3 1

2

Host A

1 3

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.

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 2

N

1 2

N

… …