IP Switching

Tik-110.350 Tietokoneverkot: 9. kotitehtävä
WWW-työ (oma aihe)

Timo Tervo, 41824f

1. Johdanto

Tämä dokumentti kertoo uudesta tekniikasta nimeltään IP switching. Termille ei vielä ole olemasa hyvää suomennosta, joten tälläkertaa on tyytyminen tuohon englanninkieliseen versioon. IP switchingillä tarkoitetaan tekniikkaa, jossa ATM-kytkimien (tai muun kytkimen) kautta ohjataan reititettävää IP-liikennettä. Alati kasvavan Internet-liikenteen eri runkoverkkoihin kohdistama liikenne aiheuttaa nykyisellään isojakin ruuhkia, kun verkon reitittimet eivät enää pysty välittämään kaikkea niille tarjottua liikennettä. Ratkaisuksi on tarjottu perinteisen reitittimen ja ATM-kytkimen integroitua yhdistelmää, joka osaa tarvittaessa siirtää yhtäjaksoisen IP-pakettivirran kulkemaan suoraan ATM-kytkimen läpi. Tällä ratkaisulla tavoitellaan IP-protokollan reitityksen tarjoamaa joustavuutta ja ATM-liikenteen nopeutta. /1/

2. IP switching-tekniikka

IP Switching perustuu yksinkertaiseen ajatukseen tehdä päätöksiä IP-pakettien kytkennästä paikallisella tasolla IP-switchissä. Kun tällainen kytkin havaitsee tiettyä pysyvää ATM-virtuaalipiiriä pitkin tulevan IP-liikenteen joukossa tietyt kriteerit täyttävää liikennettä se valmistautuu siirtämään pakettivuon kytketylle ATM-yhteydelle, jolloin reitityksen vaatimaa IP-pakettien prosessointia ei enää kohta tarvittaisi. Samalla kytkin lähettää vuon edelliselle kytkimelle 'Redirect' -sanoman ylävirran suuntaan olevaa, IP-liikennettä varten määriteltyä PVC:tä pitkin./X/ IP Switchingin toiminta
Kun ylävirran kytkin myöhemmin itse päättää saman vuon siirrosta ATM-yhteydelle, se toimii samalla tavoin ja lähettää pyynnön jälleen ylävirtaan. Seuraava vaihe koittaa, kun alavirrasta tulee samaisen vuon siirtoa koskeva pyyntö siirtää se ATM-yhteydelle, tekee kytkimen reititysosa ratkaisun ja 'pudottaa' liikenteen nopeaksi ATM-liikenteeksi suoraan kytkimen ylävirran portista (jota kytkin on ylävirran suuntaan ehdottanut) kytkimen alavirran porttiin (joka on saatu parametrinä alavirran 'Redirect' viestissä). Kuvassa normaali IP-virta muuttuu ensin potentiaaliseksi ATM-yhteydeksi ja sitten lopulta ATM:ksi. /3/

Tällä tavalla toteutettuna pysyvät päätökset yhteyden muuntamisesta ATM-piiriksi paikallisina, jolloin systeemi ei vaikuta muuhun verkkoon millään tavoin. Samoin paikalliset päätökset mahdollistavat kytkimien päätösrajojojen hienosäädön vastaamaan Internetin runkoverkon ja jonkin yrityksen WAN:in poikkeavia tarpeita. Internetin runkoverkon IP-vuot ovat luonteeltaan lyhyempiä, jolloin pudotus ATM:ään täytyy tehdä aiemmin hyvän hyötysuhteen saavuttamiseksi.

IP Switching tekniikan alkuperäisenä kehittäjänä pidetään useimmiten Ipsilon Inc. nimistä amerikkalaista reititinvalmistajaa, joka tätä ennen on ollut aika pieni tekijä. Ipsilon on tekniikan kehitettyään lähtenyt avoimen tiedottamisen tielle ja julkaissut IP Switching-toteutustaan koskevat protokollatiedot ja esittänyt tärkeimmistä protokollistaan RFC:iden muodossa tulevia standaredeja. Tällaisia ovat liitteessä 3 mainittu, yhteyden ATM:ksi 'pudottamiseen' käytetty Ipsilon Flow Message Protocol sekä Ipsilon General Switch Management Protocol (RFC 1987), joka määrittelee tavan IP-kytkimen reititinosalle ohjata hallitsemaansa ATM-kytkintä./4/

3. Toteutusvaihtoehtoja

Samaa perusideaa ja sen variaatioita on tällä hetkellä kolme merkittävää: Ipsilonin alkuperäinen, avoin toteutus, Ciscon Systemsin softapohjainen NetFlow Switching -ratkaisu ja 3Com:in ratkaisu. Ciscon toteutuksessa reitittimen sisällä muodostetaan nopeampi, suora yhteys tuloportista lähtöporttiin tiettyjen kriteerien täyttymisen jälkeen. Vuon nopeutuminen on siis vain reitittimen sisäistä, eikä ratkaisu tarjoa tietoa ylävirran reitittimelle päätöksestään. Toisaalta ratkaisu on sovellettavissa myös muihin, kuin ATM-verkkoihin sen softapohjaisuuden takia. Ciscon NetFlow Switching:iä hyödyntävät laitteet toimivat myös SONET ja SDH-verkoissa./5/ ATM:n näkymät kuitenkin ovat tulevaisuudessa entistä houkuttelevammat, sillä sitä voidaan jo nyt ajaa myös tavallisessa CAT 5 UTP -parikaapellissa /6/.

3Comin ratkaisu tähtää myös IP:n kytkentään reitittämisen sijaan, kun IP-vuo on siihen sopivaa. 3Comin ratkaisussa päätöksen tekeekin verkon aktiivilaitteen sijasta lähettävä ja vastaanottava työasema erityisellä Next Hop Resolution Protocol:lla, joka on IETF:n laatima ehdotus. Fast IP tullee kuitenkin alussa toimimaan vain 3Comin omien laitteiden kanssa ja vaatii softapäivityksiä sitä käyttäviin verkkoclientteihin ja servereihin (lähinnä eri käyttöjärjestelmiin uudet verkkokorttiajurit). Etuna mainittakoon laaja yhteensopivuus monien eri verkkotekniikoiden kanssa, kuten Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI, Token Ring ja ATM. Lisäksi 3Com sanoo ratkaisunsa auttavan myös kapasiteetin hallinnassa, koska verkon keskellä olevien laitteiden ei toteutustavan takia tarvitse 'arvata' liikenteen prioriteettiä. /7/ & /8/

Muitakin ehdotuksia IP:n reitityksen nopeuttamiseksi virtausanalyysiä käyttäen on tehty - mm. Cascade Corporationin IP Navigator tähtää tähän ongelmaan ja tavoittelee markkinoita olemalla joka suuntaan avoin, eli hyödyntää Ciscon, 3Comin ja Ipsilonin käyttämiä protokollia siltä osin, kun ne ovat avoimia./9/ Myös IBM:llä on konsepti, joka tähtää IP-voiden kytkentään /10/

4. Yhteenveto

Olipa tulevaisuuden ratkaisu käytettävän toteutustavan suhteen mikä tahansa, on selvää, että nykyiset puhtaat reititinverkot eivät pysty välittämään kaikkea niille tarjottua kuormaa IP-pakettien reitityksen vaatiman prosessointikuorman takia. Liikenne kasvaa exponentiaalista vauhtia Internetin kasvun myöta ja samalla liikenteen viivevaatimukset tiukentuvat liikkuvan kuvan ja äänen välityksen tullessa yhä tärkeämmiksi liikenteen muodoiksi. Eri IP Switching tekniikat tarjoavat ratkaisun juuri tähän ongelmaan, kun vuon kaikkia paketteja ei tarvitse enää reitittää erikseen. Kun vuo on identifioitu, voidaan kaikki siihen kuuluvat paketit jatkossa kytkeä suoraan.

Erityisen houkuttelevalta IP Switching teknologia kuulostaa ATM:ään pohjautuvissa runkoverkoissa, joissa näin voitaisiin yhdistää IP-reitityksen joustavuus (IP piilottaa verkon toteutuksen sen käyttäjiltä) ATM-verkon nopeuteen. On vaikea uskoa ATM:n liikenneprotokolliksi tarjottuja ATM Forumin protokollien syrjäyttävän IP:tä, joka on saanut huomattavan vankan aseman Internetin takia. Tällöin ATM-verkot tarvitsevat IP:n kuljetus- ja reitityskyvyn voidakseen tyydyttää markkinoita.

5. Käytetyt lähdeviitteet

Lähdeviitteet arvosteltuna näkemykseni mukaan 1-5 tähteä *****

/1/ Walter Dey, Digital Equipement Corp. at CERN: "A Presentation on IP Switching" , http://africa.cern.ch/digital-at-cern/presentation/ip-switching-960911/ (25.4. 1997) ****
/2/ Ipsilon Flow Message Protocol, RFC 1953, ftp://ftp.funet.fi/pub/standards/RFC/rfc1953.txt (25.4.1997) ***
/3/ Ipsilon Technical White Paper on IP Switching, Ipsilon Inc, http://www.ipsilon.com/productinfo/wp-ipswitch.html (25.4.1997) *****
/4/ Ipsilon General Switch Management Protocol, RFC 1987, ftp://ftp.funet.fi/pub/standards/RFC/rfc1987.txt (25.4.1997) ***
/5/ NetFlow Switching, Cisco Systems Inc. , http://www.cisco.com/warp/public/733/packet/nfss_ov.htm (25.4.1997) ***
/6/ Keskustelu kansainvälisellä Usenet News -palstalla: news://nntp.hut.fi/comp.dcom.cell-relay - Stephen K. Rhoads: ATM Over UTP? - thread: Henricues Coeman, Eddie Hoffman (6.5.1997) ***
/7/ 3Com Annonunces Next Steps For Its Fast IP Product Strategy, 3Com Corp., http://www.3com.com/0files/releases/Jan2897c.html (25.4.1997) **
/8/ Fast IP: The Foundation for 3D Networking, 3Com Corp., http://www.3com.com/FastIP/501312.html (25.4.1997) *****
/9/ Cascade's IP Navigator, Cascade Corp., http://www.casc.com/products/ip/ipnavigator.html (26.4.1997) ***
/10/ Quick Guide to IBM Multiprotocol Switched Services, IBM Corp., http://www.networking.ibm.com/tr2/tr292170.ps (26.4.1997) ****

Aiheesta kiinnostuneille vielä muutama lisälinkki arvosteltuna näkemykseni mukaan 1-5 tähteä *****

Tätä sivua on viimeksi päivitetty 6. Toukokuuta 1997.