Tiziana FerrariSperimentazioni su infrastruttura geografica JAMES della rask-force tf-ten1 Tag Switching

Tiziana Ferrari Sperimentazioni su infrastruttura geografica JAMES della rask-force tf-ten

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Tag Switching

http://www.dante.net/ten34/DELIVERABLES/D14.2/2.html


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Tag switching

• Tag switching è una implementazione proprietaria CISCO

di un protocollo in via di standardizzazione da IETF

(Internet Engineering Task Force, http://www.ietf.org/)

detto MPLS (MultiProtocol Label Switching)

http://www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.html


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• è uno dei protocolli che permette di integrare reti IP e reti ATM combinando:

– la flessibilità del maccanismo IP di routing (di instradamento) dei pacchetti IP, di tipo connection-less

– la semplicità e velocità di inoltro delle celle (di tipo connection-oriented) tipiche di ATM

– la configurazione dinamica delle connessioni ATM attraverso il protcollo TDP (Tag Distribution Protocol). Rispetto ad una rete IP basata su Classical IP over ATM (ovvero caratterizzata da un backbone ATM con VP e/o VC configurati staticamente e permanenti), una rete tag switching ATM risulta più scalabile perchè l’intera inrastruttura ATM è configurata dinamicamente.

Tag switching: caratteristiche


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ATMrouter

switch

Connessione ATM

Scambio di informazioni di routing

r1r2

r3r4 r5

r6r7

Esempio di rete IP basata su dorsale ATM statica


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Esempio di rete tag switching basata su ATM

Tag Switch(Switch ATM o Router)

Tag Edge Routers

Tag switching cloud

IP

IPIP

IPRete IP tradizionale

Rete IP tradizionale

Rete IP tradizionale


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Modello classico e modello tag switching

Modello classico

prefix int prefix int prefix intprefix int

Tabelle di routing

IP

Modello tag switching

Address prefix Output tag, output interface

128.80.10171.69

100,200 int 1150,200 int 1

Int 1

Dest=128.89.10.2

int tag, out tag100,200 40,700

int tag, out tag40,700 80,500

100,200 100,200... 40,700 40,700 80,500 80,500... ...

Dest=128.89.10.2

VPI=100

VPI=100 VPI=40 VPI=80data

data


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Tag switching e ATM

171.69

128.89.10

i/f 0

i/f 1i/f 1

VPI=100

VPI=40

VPI=50

...

128.89.10

1

1

171.69

LocalTag

RemoteTag

AddressPrefix Interface

x

x

100,200

100,300

...

128.89.10

1

0

171.69

100,200

Ingress router:-calcola il match piu’ lungo fra l’indirizzo di destinazione e i prefissi della tabella di routing-associa il corrispondente tag al pacchetto I successivi router utilizzano solo

il tag per fare l’instradamento

100,300

40,700

50,600

LocalTag

RemoteTag

AddressPrefix Interface


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Confronti strutturali

Rete IP e ATM mista

Rete Tag Switching

- unico meccanismo di routing: shortest path- dato un indirizzo di destinazione, non si possono stabilire cammini preferenziali per alcuni pacchetti

- traffic management (cammini preferenziali)- forwarding veloce- struttura ATM dinamicamente configurata- limitato overhead del protocollo di routing IP (nel caso si volesse realizzare un full mesh)- qualita’ di servizio su cammini preferenziali

- connessioni ATM da configurare manualmente (l’utilizzo geografico di UNI non è ancora maturo)- elevato numero di apparati rispetto al caso precedente- in caso di full mesh, il traffico di routing è molto elevato- I pacchetti IP devono attraversare molteplici router (maggiore latenza), gli switch non implementano IP


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Infrastruttura di test

4515 cell/sec

4750 cell/sec

4515 cell/sec (1.68 Mbps)

4750 cell/sec

4750 cell/sec

4750 cell/sec 4750 cell/sec (1.78 Mbps,livello applicazione)


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Architettura IP

• OSPF (interior routing protocol) configurato su tutti gli apparati che utilizzano tag switching

• tutti gli edge router costituiscono un unico AS (AS100), internal BGP tra i router nell’AS100

• insieme di AS periferici

• scopo: – minimizzare il numero di TVC (Tag Virtual Circuit) facendo in

modo che tutto il traffico tra gli AS esterni utilizzi un solo TVC

– generare una maglia completa di TVC tra tag edge router e tag switch

– scalabilità: numero di TVC proporzionale al numero di nodi della rete tag e non alla dimensione delle tabelle di routing


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Configurazione del protocollo BGP


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Configurazione su tag switch!interface ATM0/1/0 description verso James no ip address atm pacing 2000 force atm pvp 5 atm pvp 51 !interface ATM0/1/0.5 point-to-point description VP ---> CH (Switch) TAG ip unnumbered Loopback0 tag-switching ip!interface ATM0/1/0.51 point-to-point description VP ---> AT (Aconet) TAG ip unnumbered Loopback0 tag-switching ip!...

<- terminazione del VP verso la Svizzera<- terminazione VP verso l’Austria

<- tunnelling di tag switching sul VP svizzero; TVC di controllo: (5,32)

<- tunnelling di tag switching sul VP austriaco; TVC di controllo: (51,32)

<- shaping del traffico


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!interface ATM0/1/1 description to router 7500 ciscotest ip unnumbered Loopback0 atm pacing 2000 force tag-switching ip tag-switching vpi 2 tag-switching control-vc 2 32!…!router ospf 109 network 192.168.40.0 0.0.0.255 area 0!

<- range di VPI utilizzabili per la creazione di TVC verso il router

<- VPI=2,VCI=32: connessione ATM utilizzata inizialmente dal protocollo TDP per stabilire successivamente i vari TVC. Il valore di default è (0,32)

<- protocollo OSPF utilizzato all’interno della rete tag per stabilire i vari TVC (attraverso i quali i tag edge router appaiono direttamente connessi)

Configurazione su tag switch -cont-

tagswitchINFN#sh ip ospf nei

Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface192.168.50.1 1 FULL/ - 00:00:37 192.168.50.1 ATM0/1/0.5192.168.30.1 1 FULL/ - 00:00:36 192.168.30.1 ATM0/1/0.51192.168.41.1 1 FULL/ - 00:00:34 192.168.41.1 ATM0/1/1tagswitchINFN#


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Configurazione su tag edge router!interface ATM2/0.10 tag-switching ip unnumbered Loopback0 tag-switching ip tag-switching vpi 2 tag-switching control-vc 2 32...!router ospf 109 network 192.168.41.0 0.0.0.255 area 0 network 192.168.42.0 0.0.0.255 area 0 network 192.168.43.0 0.0.0.255 area 0!

router bgp 100 no synchronization network 192.168.42.0 neighbor 192.168.11.1 remote-as 100 neighbor 192.168.21.1 remote-as 100 neighbor 192.168.31.1 remote-as 100 neighbor 192.168.43.2 remote-as 140 neighbor 192.168.43.2 route-map next-hop in neighbor 192.168.43.2 route-map next-hop out neighbor 192.168.51.1 remote-as 100 neighbor 192.168.61.1 remote-as 100!

! route-map next-hop permit 10 set ip next-hop 192.168.42.1

<- sessione BGP esterna (AS140)

<- sessionei BGP interne tra tag edge router (AS100)


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Schema dei TVC

192.168.40.1

192.168.10.0

192.168.11.1

192.168.13.0

192.168.20.1

192.168.21.1

192.168.30.0

192.168.31.1

192.168.33.0

192.168.40.0192.168.50.0

192.168.21.0

192.168.22.0

192.168.51.1

192.168.52.0


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1. Round Trip Time (RTT)

min/av/max RTT from Italy

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

CH ES FR AT DE

Destinations

RT

T (

ms

ec

)

min RTT

av RTT

max RTT


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RTT

• Nessuna differenza di RTT nel testbed con e senza tag switching (senza tag switching = PVP ATM e static routing)

• velocità superiore di forwarding del 10% solo sui router che ricevono in input pacchetti già recanti il tag (nel nostro caso gli unici tag router sono di edge e hanno il compito di inserire il tag nei pacchetti, oltre che di farne il forwarding)

tag switching è una architettura interessante più per le capacità di integrare IP e ATM, per la dinamicità del setup dei TVC e per il possibile supporto della qualità di servizio, che per la velocità intrinseca del forwarding


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2. Throughput con e senza tag switching (connessioni simplex)

TCP Throughput of half duplex connection IT -> CH

8

16 32

64 128

8 16

32 64

128

1.62

1.63

1.64

1.65

1.66

1.67

1.68

1.69

1.7

1.71

1.72

8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106

113

120

127

socket size (Kbytes)

Th

rou

gh

pu

t (M

bp

s)

with tag

without tag


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Throughput con e senza tag switching -cont-

• Massimo utilizzo della banda dei TVC

• indipendenza dalla dimensione dei socket per RTT 12

msec, maggiore dipendenza quando RTT 70 msec

• dipendenza del throughput dal tipo di AAL5 encapsulation

ATM utilizzata (RFC 1483):

– tag switching: VC based multiplexing encapsulation

– PVC: AAL5 LLC-SNAP encapsulation


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3. Throughput su connessioni full-duplex

Aggregated throughput of TCP connections with and without tag on the link IT-CH

32

32

8

16 32 64 128256

8

16

64128

256

8

16 32 64 128 256

16

8

64128

256

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Socket size (Kbytes)

Th

rou

gh

pu

t (M

bp

s)

IT->CH without tag

IT<->CH without tag

IT->CH with tag

IT<->CH with tag


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CPU utilization

• Problemi di utilizzo di CPU con flussi TCP unidirezionali (media su 5min pari al 19%) su router C7200 - beta software ?

• Massimo utilizzo su router C7500: < 3%

• Elevata packet loss per stream UDP sia unidirezionali che bidirezionali: beta software C7200?


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• Attraverso il traffic engineering è possibile assegnare ai pacchetti fra una determinata sorgente A e un destinatario B un cammino dedicato preferenziale (linea rossa in figura: destinazione preferenziale: rete 192.168.33.0)

• il resto del traffico destinato alle altre reti che si trovano a valle del router 192.168.31.1 viene instradato in modo standard (cammino verde)

• nel protocollo IP classico, a tutti i pacchetti verso le reti a valle del router 192.168.31.1 viene assegnato lo stesso cammino

Traffic engineering


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Traffic Engineering: configurazione su router

router traffic-engineering traffic-engineering filter 1 egress 192.168.33.0 255.255.255.0 traffic-engineering route 1 Tunnel2000 loop-prevention on!

!ip cef switchip multicast-routingip dvmrp route-limit 7000tag-switching advertise-local-tagstag-switching tsp-tunnels!...

!interface Tunnel2000 ip unnumbered Loopback0 transmit-buffers backing-store tunnel mode tag-switching tunnel tsp-hop 1 192.168.40.1 tunnel tsp-hop 2 192.168.50.1 tunnel tsp-hop 3 192.168.30.1 tunnel tsp-hop 4 192.168.31.1 lasthop!

!interface ATM2/0.10 tag-switching ip unnumbered Loopback0 tag-switching ip tag-switching vpi 2 tag-switching control-vc 2 32 tag-switching tsp-tunnels!...

<- abilitazione della funzionalità TSP tunnel

<- configurazione degli hop del tunnel

<- selezione del tipo di traffico da inviare su un dato tunnel


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Riferimenti bibliografici

• Documentazione su MPLS: http://www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.html

• Documentazione su Tag Switching:

http://www.cisco.com/warp/public/732/tag/tag_resources.html

• Scaling the Internet With Tag Switching,

http://www.cisco.com/warp/public/732/tag/pjtag_wp.htm

• Architecture and Performance of a Label-Based Switching Wide Area Network,

T.Ferrari, J-M. Uzé, C.Vistoli http://www.cnaf.infn.it/~ferrari/hpn98/

• QoS and Multiprotocol Label Switching Experiments for the Design of an ATM-

based National Network, T.Ferrari, C.Vistoli, A.Ghiselli,

http://www.cnaf.infn.it/~ferrari/papers/myarticles/inet98.html

Documents

Tiziana FerrariSperimentazioni su infrastruttura geografica JAMES della rask-force tf-ten1 Tag Switching