Semester 2003/2004Versi: 1.01

Jaringan Komputer

Fakultas Ilmu KomputerUniversitas Indonesia

Large Scale Networks:Switching & Forwarding

(Week 5)

2 Versi: 1.1

Overview

Komponen jaringan:hosts & links

Jaringan pada media fisik tunggal:

point-to-pointshared mediumtantangan dan solusicontoh

3 Versi: 1.1

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”

4 Versi: 1.1

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 denganlink yang lain, antar switch dst.).

5 Versi: 1.1

Packet Switching

Solusi: packet switchingmelayani “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).

6 Versi: 1.1

Forwarding (1)

Challenges for packet switching?Fokus pada transmisi paket => paket diproses oleh switch => forwarding

Which way shouldpacket Y go?

Which way shouldpacket X go?

Paket X

Paket Y

1. Challenge: forwarding!!!

7 Versi: 1.1

Forwarding (2)

Forwarding membutuhkan informasitujuan paketbentuk dan informasi jaringan (path mencapai tujuan)pemilihan rute terbaik

Dimana informasi forwarding disimpan?

2. Challenge: routing!!!

books.com

hostyahoo.com

8 Versi: 1.1

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)!!!

9 Versi: 1.1

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.

Contentionmultiple paket menuju ke satu output portmemutuskan paket mana yang berhakbagaimana dengan paket yang menunggu?

10 Versi: 1.1

OSI: Network Layers (1)

11 Versi: 1.1

OSI: Network Layers (2)

Fungsi switch: menghubungkan “physical layer” yang berbeda, perantara bagi jaringan dengan teknologi hardware yang berbeda.

12 Versi: 1.1

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)

13 Versi: 1.1

Scalable Networks

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

Keuntunganmencakup 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).

InputPorts

T3T3

STS-1

T3T3STS-1

Switch

OutputPorts

14 Versi: 1.1

Switch forwarding

Tugas utama: memilih output port untuk paketyang masukGoals:

mampu memilih dengan informasi yang sangat terbatas:berdasarkan paket atau konfigurasi switch.implementasi sederhana/efisien (proses forwardingcepat).

Tiga pendekatan:DatagramsVirtual CircuitSource Routing

15 Versi: 1.1

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 berbedaSwitch menerjemahkan

• Alamat host global => pemilihan output port• Menyimpan tabel untuk penerjemahan

16 Versi: 1.1

Datagrams: concept (2)

Each packet forwarded independently Host D

0

132

1 3

01

2

Host B

Switch 2

Host G

Host ESwitch 1Host F3

Host C

Host A

Each switch maintains a forwarding (routing) table

0

2Switch 3

Host HTable: mapping tujuan host dengan output port

17 Versi: 1.1

Forwarding Table (Switch 2)

0H0G1F2E3D3C0B3APortTujuan

18 Versi: 1.1

Datagrams: pro & cons

Keuntunganpaket 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).

19 Versi: 1.1

Virtual Circuit: concept (1)

Connection orientedPerlu setup hubungan sebelum data/paket dikirimkanHasil connection oriented: membangun path (fixed route) antara source dan destinationSetiap data paket akan mengikuti rute path.Akhir hubungan: explisit terminate connection.

Dukungan switchMaintain state information per connectionReserve switch resources per connection

• buffer space,• transmission bandwidth

Apply flow control per connection.

20 Versi: 1.1

Virtual Circuit: concept (2)

Setiap switch (during setup): membuat VC tableSwitch menerjemahkan:

Id VC incoAnalogi: telepon

0

132

01 3

2

013

25 11

4

7Switch 3

Host B

Switch 2

Host A

Switch 1

21 Versi: 1.1

Forwarding Tables in VC

Setiap koneksi baru akan membuat entry baru pada switchForwarding 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

22 Versi: 1.1

Virtual Switching Example

Contoh:

1

2

3

4

5

6AB

CD

1

5

2

37

1

8

54 2

3

6

5

2

23 Versi: 1.1

Forwarding VC table

Incoming Outgoingnode VC node VCA 1 3 2A 5 3 33 2 A 13 3 A 5

Incoming Outgoingnode VC node VC1 2 6 71 3 4 44 2 6 16 7 1 26 1 4 24 4 1 3

Incoming Outgoingnode VC node VC3 7 B 83 1 B 5B 5 3 1B 8 3 7

Incoming Outgoingnode VC node VCC 6 4 34 3 C 6

Incoming Outgoingnode VC node VC2 3 3 23 4 5 53 2 2 35 5 3 4

Incoming Outgoingnode VC node VC4 5 D 2D 2 4 5

Switch 1

Switch 2

Switch 3

Switch 4

Switch 6

Switch 5

24 Versi: 1.1

VC: pros & cons

Virtual Circuit Switching ModelPerlu satu RTT untuk setup connectionPaket data mengikuti rute yang telah diketahui.

Keuntungan:Paket data hanya perlu nomor VCI (bits sedikit)Kehandalan: koneksi telah tersambung => kesiapanswitch 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).

25 Versi: 1.1

Source Routing

Forwarding source routingHeader paket berisi informasi arah (path) dan tujuan (source menentukan path ke tujuan)Path akan diikuti pada setiap switch yang dilaluiArah (directions) memberikan dalam bentuk:

• output port dari switch yang akan dilalui.• dalam bentuk array (nomor port) dan absolut (nomor

port dan nama switch)

26 Versi: 1.1

Example: Source routing

Source: rotate directions (reversal)

0

13

2

0

01

2

03

3 0 1 3 01

30 1

Switch 3

Switch 2

Switch 13 1

2

Host A

13

Host B2

27 Versi: 1.1

Forwarding: sorce routing

Forwarding: mengikuti arah (directions) header paketKeuntungan:

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 hostsHeader dapat menjadi sangat besar dan keterbatasan besarnya jaringan.

Digunakan: IBM SNA networks.

28 Versi: 1.1

Switch: Abstract Operational View

A Switching Element (SE) menerapkan operasi swithch:

information packets are received at the input portsan output port is selected, andthe information packet is forwarded out to this port

1

2

N

1

2

N

Figure 7.12

……