Switchade nätverk Tre sätt att förmedla data Datagram Virtual circuit Source routing Bryggor ATM Switchkonstruktion Delade medier Ethernet Token Ring Trådlöst Förra föreläsningen 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 1 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 2 Switch En mekanism för att skapa stora nätverk Multi input - multi output Stjärntopologi till Ethernet, Token ring,... Fördelar Stora nätverk kan byggas Stora områden kan täckas, P2P mellan switchar Ny host till switch påverkar inte andra Olika protokoll på olika ar Hur förmedlar man data? Identifierare i headern Datagram (connectionless) Virtual circuit (connection-oriented) Source routing Vad krävs Unika adresser Identifiera enskilda ar i en växel 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 3 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 4 Datagram (connectionless) Varje paket har information om destinationen Forwarding tabell En bakgrundsprocess uppdaterar tabellen Kännetecken Paket kan skickas när som helst och var som helst Sändaren vet inte om paketet kan levereras Paket hanteras oberoende av varandra Kan hitta vägar runt problem Virtual Circuit Switching (VCS) VC - Virtual circuit Två steg Uppkoppling (connection setup) permanent - PVC via signaler - SVC Dataöverföring 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 5 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 6 1
Permanent Virtual Circuit VC-tabell sätts upp av administratör in in-vci (Virtual Circuit Identifier) ut ut-vci Nackdel Mycket jobb i stora nätverk 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 7 Switched (signalled) VC Uppkoppling Ett setup meddelande skickas in i nätverket Varje switch skapar ny post i VC-tabellen Meddelandet når slutligen dest, skapar VCI Varje nod, i turordning, skickar ACK tillbaka med VCI Dataöverföring Nedkoppling Meddelande skickas 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 8 Kännetecken för VCS Minst 1 RTT fördröjning Liten OH för varje datapaket Vid fel, riv allt och koppla nytt Hur vet switchen vägen till destinationen? När kopplingen är uppe En väg finns Meddelanden kommer att skickas vidare Resursallokering 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 9 Contention - Congestion Contention Flera paket vill till samma länk samtidigt Congestion När köerna i switchen är fulla och paket börjar slängas Datagram Bryr sig inte, kontroll högre upp Högt utnyttjande VCS Hop-by-hop flödeskontroll Konservativt Exempel: Frame Relay (VPN), ATM, X.25 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 10 Source routing Sändaren har info för att skicka till dest Ett sätt: Ett nummer för varje ut för varje växel Ordnad lista Kännetecken Sändaren måste veta allt Varierande header-längd Varianter på hantering av headern Kan användas i både datagram och VCS Skalningsproblem Bryggor Används för att förmedla paket mellan delade medier - extended LAN A B C Bridge Port 1 Port 2 X Y Z 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 11 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 12 2
Lärande bryggor Skicka inte vidare alla paket Forwarding tabell Manuellt inlagd, eller läs avsändaradressen på alla inkommande paket Varje post tidsstämplad Vid paket som inte finns i tabell, skicka till alla Problem: loopar Spanning Tree Algorithm Cyklisk graf - uppspännande träd Spanning Tree Algorithm Radia Perlman Varje brygga bestämmer vilka ar den skickar paket över En brygga kan bli utan arbete Dynamisk distribuerad algoritm 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 13 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 14 Algoritmöversikt Exempel Varje brygga har en unik identifierare Den brygga med lägst ID väljs som rot Alla andra bryggor räknar ut kortaste vägen till rot, noterar vilken som används = prefered path Alla bryggor kopplade till ett givet LAN väljer en designated brygga till rot, den som ger kortast väg C E G A B2 I B3 B6 D B1 B5 B4 B7 F H J B K 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 15 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 16 Hur görs det? Konfigureringsmeddelande Antagen rotbryggas ID Kostnaden från rot till den som mottog meddelande ID på bryggan/en som skickade meddelande Varje brygga sparar bästa meddelande Hur görs det (forts)? När är ett meddelande bättre? C1-rot-ID < C2-rot-ID => C1 om lika: C1-kost < C2-kost => C1 om lika: C1-egen-ID < C2-egen-ID => C1 Initialt alla tror att de är rot alla skickar meddelanden på alla ar 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 17 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 18 3
Hur görs det (forts 2)? När brygga vet ej rot, sluta generera medd endast rot genererar medd vid jämvikt När brygga vet ej designated, sluta skicka vidare vid jämvikt skickar endast designated vidare Rot skickar konfig-medd regelbundet Om en brygga ej får konfig-medd regelbundet, startar den en ny runda Broadcast och multicast Broadcast enkelt Skicka vidare allt Multicast I praktiken som broadcast (låt varje host best.) Spanning Tree Algorithm kan utökas Lär genom att kolla på avsändare för multicast-replypaket från host 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 19 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 20 Begränsningar för bryggor Skalar dåligt Spanning Tree Algorithm skalar linjärt Broadcast skalar inte En lösning Virtuella LAN (VLAN) Tillåter inte olika protokoll med olika headrar på olika ar Transparens bra, men kan vara farligt Ökad fördröjning - (Omkastning av paket) Congestion - Räkna med bryggor 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 21 ATM Asynchronous Transfer Mode Kopplingsorienterat paketväxlat nätverk Telefoni, high-speed switching Uppkopplingssignalering (Q.2931) Allokerar resurser vid uppkoppling (QoS) Adressering i olika format, ej MAC-adresser Paket kallas celler och har fast storlek 5 byte header + 48 byte data = 53 byte 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 22 Variabel eller fix paketstorlek? Fördelar med variabel storlek Anpassa storleken till behovet Högre utnyttjande - stora paket mindre OH Fördelar med fix storlek Lättare bygga snabba switchar enklare med fix strolek parallell processning möjlig -> skalar bra 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 23 Stora eller små paket För små - hög OH För stora - padding Små paket förbättrar kö-prestandan Ger finare kontroll Köer med små paket brukar vara kortare Små paket är bra för voice -trafik 64 Kbps (8-bitar samplas vid 8KHz) 1 byte/125 µs ATM - kompromiss (32 + 64)/2 = 48 byte 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 24 4
Cell format 4 8 16 3 1 GFC VPI VCI Type CLP 8 HEC (CRC-8) UNI - User-Network Interface GFC: Generic Flow Control - (lokal kontroll) VPI: Virtual Path Identifier VCI: Virtual Circuit Identifier Type: Management, congestion control, AAL5 CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Check (CRC-8) NNI - Network-Network Interface GFC är del av VPI 384 (48 bytes) Payload 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 25 Segmentering och ihopsättning AAL - ATM Adaption Layer AAL 1 och 2 för applikationer med realtidskrav AAL 3/4 för paketdata AAL 5 alternativ till AAL 3/4 AAL ATM AAL ATM 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 26 AAL 3/4 - AAL 5 AAL 3/4 CS-PDU - Convergence Sublayer Protocol Data Unit 8 8 16 < 64 KB 0 24 8 8 16 CPI Btag BASize User data Pad 0 Etag Len Cell format 40 2 4 ATM header Type SEQ MID Payload Length CRC-10 AAL 5 CS-PDU < 64 KB 0 47 bytes 16 16 Data Pad Reserved Len 10 352 (44 bytes) 6 10 32 CRC-32 ATM i LAN ATM används inte så mycket, men ATM är en switchad teknologi ATM designat för hög hastighet ATM har ingen avståndsbegränsning ATM har inget naturligt sup för broadcast och multicast Designa om ovanliggande protokoll LAN emulering (LANE) Cell format - Använder sista biten i Type-fältet 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 27 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 28 LAN Emulering LAN Emulering (forts) Flera adresser och identifierare behövs ATM adress MAC adress VCI Löses med servrar LEC - LAN Emulation Client LECS - LAN Emulation Configuration Server LES - LAN Emulation Server BUS - Broadcast and Unknown Server H1 LES BUS H2 ATM network Point-to-point VC Point-to-multipoint VC 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 29 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 30 5
Switchkonstruktion Baserad på arbetsstation Ett paket använder I/O-bussen två gånger Alla slåss om samma I/O-buss CPU Main memory I/O bus Interface 1 Interface 2 Interface 3 Switchhårdvara Tre designutmaningar Genomströmning Skalbarhet Kostnad Prestandamått Prestanda/kostnadsenhet Kostnad/ för given hastighet Paket/sekund (pps) 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 31 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 32 Genomströmning Svårt att definiera En funktion av trafiken När anländer paket? Vilken ut ska paket till? Hur stora är paketen? Contention är största problemet Skalbarhet Mängden hårdvara är en funktion av antalet ar Hur ökar kostnaden med antalet ar? Hårdvara har gränser 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 33 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 34 En switchs uppbyggnad Fabric 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 35 En switchs uppbyggnad (forts) ar Header-analys Styr fabriken eller skickar info till fabriken med varje paket Fabriken Så enkel som möjligt Buffrar ibland ar Buffring QoS 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 36 6
Datagram Bryggor Virtual circuit ATM Source routing Switchkonstruktion Sammanfattning 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 37 Algorhyme I think that I shall never see A graph more lovely than a tree. A tree whose crucial property Is loop-free connectivity. A tree that must be sure to span So packets can reach every LAN. First, the root must be selected. By ID, it is elected. Least-cost paths from root are traced. In the tree, these paths are placed. A mesh is made by folks like me, Then bridges find a spanning tree. - Radia Perlman 14/11-00 Datakommunikation - Jonny Pettersson, UmU 38 7