MPLS- Switching

Menuju High Speed NetworkMenuju High Speed NetworkMenuju High Speed NetworkMenuju High Speed NetworkMenuju High Speed NetworkMenuju High Speed NetworkMenuju High Speed NetworkMenuju High Speed Network

Pengenalan MPLS

Multi-Protocol Label Switching (MPLS) adalah suatu metode forwarding (meneruskan data melalui suatu jaringan dengan menggunakan informasi dalam label yang dilekatkan pada paket IP.

MPLS menggabungkan teknologi switching layer-2 dengan teknologi routing layer-3

MPLS menyederhanakan routing paket dan mengoptimalkan pemilihan jalur (path) yang melalui core

network.

Format MPLS header packets

Komponen MPLS

1a. Existing routing protocols (e.g. OSPF, ISIS) establish reachability to destination networks

1b. Label Distribution Protocol (LDP) establishes label to destination network mappings.

4. Label Edge Router at egress removes label and delivers packet

2. Ingress Label Edge Router receives packet, performs Layer 3 value- added services, and label packets

3. Label Switches switch label packets using label swapping

Komponen MPLS

Label Switched Path (LSP)Merupakan jalur yang melalui satu atau serangkaian LSR dimana paket diteruskan oleh label swapping dari satu MPLS node ke MPLS node yang lain.Label Switching RouterMPLS node yang mampu meneruskan paket-paket layer 3.MPLS Edge Node atau Label Edge Router (LER)MPLS node yang menghubungkan sebuah MPLS domain dengan node yang berada di luar MPLS domain.yang berada di luar MPLS domain.MPLS Egress NodeMPLS node yang mengatur trafik saat meninggalkan MPLS domain.MPLS Ingress NodeMPLS node yang mengatur trafik saat akan memasuki MPLS domain.MPLS LabelMerupakan label yang ditempatkan sebagai MPLS header.MPLS Node adalah node yang menjalankan MPLS. MPLS node ini sebagai control protocol yang akan meneruskan paket berdasarkan label. Dalam hal ini MPLS node merupakan sebuah router.

Paket yang masuk ke router ingress MPLS akan diberi label sesuai dengan tujuannyaDi jaringan MPLS label tersebut yang menjadi alamat switchingDi router egress Di router egress label MPLS akan dibuang dan paket akan dikirimkan ke tujuan sesuai dengan protokol aslinya

Bidang Arsitetur MPLS

Label DistributionProtocol

Label Forwarding outgoing

Label binding information exchange

Control Plane

Label ForwardingInformation BaseIncoming

labeled packet

outgoing labeled packet

Forwarding Plane

Control Plane

Ketika paket IP sampai di LER (ingress router), dilakukan proses klasifikasi paket ke dalam Forward Equivalence Class (FEC). Klasifikasi ke dalam FEC dapat berdasarkan destination IP address maupun nilai dari IP Precedence pada header paket IP. Semua paket-paket yang diklasifikasikan ke dalam FEC yang sama akan diperlakukan dengan perlakuan yang sama, misalnya dengan meneruskan paket ke jalur tertentu.

Sedangkan di sisi core (LSR) dilakukan beberapa hal yaitu :Sedangkan di sisi core (LSR) dilakukan beberapa hal yaitu :

Melihat label (label lookup) terhadap paket yang datang

Menentukan outgoing interface dan outgoing label paket tersebut

Menukar label paket yang datang dengan outgoing label yang sesuai (label swapping) dan mengirimkan melalui outgoing interface tertentu

Forwarding Plane

MPLS forwarding plane bertanggung jawab dalam meneruskan paket berdasarkan nilai dari label.

Proses penerusan data juga berdasarkan informasi pada LFIB (Label Forwarding Information Base).

Setiap MPLS node akan menggunakan dua label, yaitu : Label Information Base (LIB) dan LFIB.

LIB berisi informasi semua label yang dimiliki oleh MPLS node local dan pemetaan (mapping) label-label tersebut terhadap label-label yang diterima dari MPLS node tetangga. LFIB menggunakan sebagian label-label yang ada di dalam LIB untuk proses packet forwarding.

Pembangunan LSP pada area MPLS

MPLS IP forwarding melalui LSP

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

47.13

13

IntfIn

Dest IntfOut

LabelOut

IP 47.1.1.1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

47.13

13

IntfIn

Dest IntfOut

LabelOut

IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1

47.247.3

1

2

2

1

23

3In Out Out3 47.1 1 0.50

IP 47.1.1.1

47.247.3

1

2

2

1

23

3In Out Out3 47.1 1 0.50

IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1

Proses pemberian label

Pembangunan LSP pada area MPLS serta proses pemberian label pada paket data IP yang melewati path tersebut. LSP dibangun antara Ingress LER dengan Engress LER dengan router-router lain yang termasuk di dalam LSP pada area MPLS. Protokol pensinyalan akan memantapkan path melalui setiap router yang dan memesan bandwidth untuk data flowingdi dalam path. Sebagai contoh table forwarding beserta label yang digunakan pada Ingress LER sebagai berikut;

Inteface in Destination Interface out Label out

3 47.1 1 0.50

Tabel forwading yg baru

Dari Ingress selanjutnya paket data akan di-forward ke router selanjutnya dan label yang ada di header data :Inteface In, Label in, Destination, Interface out, Label out (3 - 47.1 1 0.50) akan dibaca oleh router tersebut untuk mendapatkan informasi tabel forwarding yang diberikan. Selanjutnya router tersebut akan mengganti label yang ada pada header dengan label baru sebagai informasi berikutnya untuk tabel forwarding yang baru. Berikut contoh tabel forwading yang baru;

Inteface in Label in Destination Interface out Label out

3 0.50 47.1 1 0.40

Pada akhir dari path yakni di Engress LER, header yang diterima oleh router tersebut akan dihapuskan dari paket data IP yang diterima, sehingga paket data IP tersebut akan kembali ke bentuk semula seperti sebelum memasuki area MPLS dan siap untuk dikirim ke router berikutnya.

ATMAsynchronous Transfer Mode Menerapkan konsep cell dan tetap (53B = 5B header +

48B payload) Memberikan kecepatan dan kepastian waktu pelayanan

Dirancang untuk melayani trafik data dan voice Dirancang untuk melayani trafik data dan voice (lebih utama) Connection oriented menggunakan virtual circuit untuk

menggantikan fungsi circuit switch yang dibutuhkan olehtrafik voice

Rancangan ini menjadi bumerang ketika fakta trafikyang dominan menjadi trafik data

Terdapat 2 jenis paket ATM : UNI dan NNI

Diagram Functional Cell Switch Fabric (CSF)

CSF prinsipnya berfungsi memindahkan sel-sel (signalling, manajemen, user data) antara blok fungsional lain dalam switch, atau secara khusus CSF merutekan sel user dari IM ke OM yang sesuai (appropriate). Requirement lain yang harus dipunyai CSF adalah: multicasting, fault tolerance, dan loss delay priorities. Fungsi tambahan CSF meliputi: konsentrasi, duplikasi, penjadualan sel, pemilihan sel terbuang, dan memonitor kongesti.

SM

align Buffer

K

o

n

s

e

n

t

r

a

s

i

,

d

u

p

l

i

k

a

s

i

,

d

i

s

t

r

i

b

u

s

i

align

SM

Buffer management

Routing dan

buffering

Configuration control

Exp

., red

und

ancy

traffic com

bining

Pendekatan Shared Medium

Sel-sel incoming secara sekuensial broadcast pada bus dalam bentuk round robin. AF berfungsi melewatkan sel-sel yang sesuai menuju buffer keluaran, di samping menguji routing taginternal tiap sel jika ditujukan ke keluaran. Jika bus dari SM beroperasi pada kecepatan yang cukup tinggi paling tidak NV sel/detik (throughput total), maka dipastikan tidak ada konflik bandwidth, dan semua antrian terjadi pada keluaran.

Address filter

1 S/P

N

Buffer

N

1TDM

BUS

S/P1 AF P/S1

AF P/S1

Gambaran struktur logical switchSwitch mempunyai 16 port input dan 16 port keluaran, tiap port bekerja pada kecepatan 400 Mbps ( clock rate 50 MHz 20 ns).

Maka throughput = 6,4 Gbps (sebagai jumlah data yang diproses di switch).

Atau throughput = 12,8 Gbps (total I/O rate).

6,4 Gbps ekivalen 15 juta paket/detik, di ATM 1 sel 53 byte.

1 to N routersSE/ES

N

input

1

N

output

1

Pendekatan Fully Interconected

Terdapat paths yang bebas sebanyak N2 yang mungkin (dari pasangan masukan/keluaran). Dalam desain ini, sel-sel yang datang di-broadcast secara terpisah ke semua keluaran, sel-sel dilewatkan melalui AF ke antrian keluaran (AF boros/banyak sekali).

21

input

buffer

Address filterN

AFAF AFAF AFAF

1 N

output

Antrian keluaran

Tidak ada konflik (karena N2 path).Semua antrian terjadi di keluaran.Dapat mencapai throughput optimal NV sel/detik.AF dan buffer bekerja pada kecepatan port.

Mekanisme self routing

Metoda routing dalam switch fabric multistage disebut shelf routing atau source routing. Routing header bukan header ATM. Header ATM merupakan data untuk switch.

Switch fabric

adapter

Switch fabric

Stage-1

Stage-2

Stage-3

in

out

a1 X d1

a2 X d2

a3 x d3

out

ATM cells

C: elemen vector routing:mensepesifikasi rute bahwa sel harus melewati switching fabric yg diulang dati tabel VCI

User data Hdr

User info d1d2d3c

User info d2d3ca1

User info d3ca1a2

User info ca1a2a3

Adapter menggunakan field VPI/VCI untuk menempatkan masukan yang tepat untuk VC sesuai tabel routing-nya,Nilai VPI/VCI akan dikoreksi (di keluaran adapter) yang di-update ke dalam sel,

ketika sel diterima di switch (stage), routing tag sekarang di-kopi ke bagian kontrol,

Operasinya sebagai berikut:

External adapter menerima sel ATM dari link eksternal,Adapter menggunakan field VPI/VCI untuk menempatkan masukan yang tepat untuk VC ini sesuai tabel routing-nya,Nilai VPI/VCI akan dikoreksi (di keluaran adapter) yang di-update ke dalam sel,Vektor routing menspesifikasi rute bahwa sel harus melewati switching fabric yang diulang dari tabel VCI,Sel diantrikan ke stage-1 (sebelum menerima sel, switch menempatkan buffer paket kosong ke port input),Jika sel diterima di switch (stage-1), routing tag sekarang di-kopi ke bagian kontrol,Header untuk routing berotasi seterusnya (dan ini merupakan routing tag yang sekarang),Header untuk routing berotasi seterusnya (dan ini merupakan routing tag yang sekarang),Demikian seterusnya (stage-2, stage-3); routing tag: menentukan port keluaran.

Multistage Design

Bentuk sederhana dari serial switching tingkat per tingkat adalah switching network Banyan.

Stage-1 Stage-2 Stage-3ES

1

0ES1

01 1

1

0

1

0

1

1

0

1

0

001

101

010011

100101

110111

collision

1

01

0

1

0

1

01

1

0000001

010

1101110010

110111001

11011100

Bit-1Bit-1

110111

Dalam prakteknya switch masukan/keluaran (sepasang) untuk menghasilkan hubungan full duplex. Operasinya sebagai berikut.

.Ketika arus bit (blokdata) diterima di input, selanjutnya ES menggunakan bit-ke-1 (sebagai penentu routing) guna menentukan hubungan (link) dari 2 keluaran yang tersedia (pengiriman data).Bit yang digunakan untuk menentukan routing kemudian dibuang, sedangkan blok data terus dikirim ke tingkat switch selanjutnya (di mana proses yang sama diulangi).Dari gambar di atas, terdapat blok data dengan routing header: 010. Arus bit ditransmisikan dengan bit-ke-1 adalah 0 (dari kanan ke kiri).dengan bit-ke-1 adalah 0 (dari kanan ke kiri).Data merupakan keluaran dari switch fabric pada link keluaran yang tepat (tujuan 001).Data keluaran yang mengandung routing header (001) dibuang.

Karena switch beroperasi secara sinkron dari end to end, maka tiap stage dari switch minimal mempunyai buffer 3 bit. Jika 2 blok data dilewatkan melalui switch (dengan routing header 101 dan 001) maka akan terjadi tabrakan (collision). Untuk mengatasi hal ini maka perlu digunakan pem-buffer-an baik di sisi input atau disisi output dari tiap elemen switching

Blocking di Dalam Jaringan Banyan

Jumlah sel yang dapat bertubrukan untuk menuju port keluaran yang sama pada satu ES adalah N. Banyan Network akan non blocking internal jika (kecepatan link internal = N kecepatan incoming link). Contoh: 16x16 switch jika incoming link 155 Mbps maka

kecepatan link internal 600 Mbps.

64x64 switch 1,2 Gbps .dst untuk 128 x 128 ; 256 x 256

Hal yang penting dalam jaringan Banyan

Hanya satu jalur hubungan (port input port keluaran). Jaringan Banyan mempunyai self-routing switch.Jaringan Banyan mempunyai blocking internal yang terjadi bila lebih dari satu sel mencoba menggunakan (mengakses) link yang sama antara 2 stage. Maksimum hubungan masukan-keluaran pada link internal dicapai pada saat (k = 0,5 log2 N) atau hubunganmaksimum = N. Blocking internal menyebabkan throughput maksimum = N. Blocking internal menyebabkan throughput menurun drastis yang sebanding dengan jumlah port di jaringan.Dalam switch non blocking internal, bahwa tiap port input dapat berhubungan dengan tiap port keluaran. SE = 0,5 N log2 N total state yang berbeda = 2SE = 2 x 0,5 N log2 Nhubungan maksimum = NJaringan Banyan dapat diskalakan (scalable)

Contoh Topologi Switch lain : Jaringan Omega

Stage-1 Stage-2 Stage-3

0

n-1

SEn

0

Sama modelnya (link)

2x211

00

SE

SE

Untuk mengurangi degradasi keluaran yang terjadi dan tubrukan di port keluaran perlu dilakukan 3 penempatan buffer:

SE (2x2)

Input Buffering (FIFO) Output Buffering (OB)

:

Satu sel yang tak dapat mencapai port keluaran,

selama cycle time akan menempati HOL padaFIFO yang kemudian akan bisa mencoba lagi(berhubungan dengan sistem antrian).

Switch non blocking internal masih mengalami blocking padaport keluaran karena tubrukan di port keluaran. Dengan OB,semua sel yang bertubrukan untuk mencapai port keluaran yangsama disimpan di port keluaran sampai link transmisimemungkinkan. OB menambah throughput switch melebihi IBbila hanya 1 dari sel-sel bertubrukan dari input yang berbeda.

SE (2x2)

memory

memory

Internal buffering

Buffer pada tiap link internal bisa digunakan sebagai temporary store bagi sel yang

bertubrukan dalam mencapai port keluaran yang sama pada tiap SE.mengeliminir blocking HOLtidak mengimplementasi FIFOjumlah sel datang secara serentak

pada SE = Nbuffer besar ada cell delay

Jaringan Sorting Batcher

untuk non blocking internal

resolve konflik keluaran

Banyan network2x2 sorter 4x4 sorter 8x8 sorter

IV V VI

Pola jaringan OMEGA

N = 8maka

sorter=24I

II III

up sorter

down sorter

2x2 crosspoint

Operasinya sebagai berikut

Dua pasang bilangan pertama di-sort dengan menggunakan per-sorter 2 x 2. Selanjutnya dua bilangan yang telah di-sort akan di-sort dengan menggunakan sorter 4 x 4. Dua pen-sorter dari 4 bilangan kemudian di-sort oleh sorter 8 x 8, dan seterusnya. Menghasilkan jaringan multistage dan menambah ukuran. Tiap sorter n x n terdiri dari salah satu pen-sorter up dan pen-sorter down. Bila dua bilangan di-sort dan di-merge, maka satu list menggunakan up sorter SE dan yang lain di-merge, maka satu list menggunakan up sorter SE dan yang lain down sorter SE. Dalam rangka men-sort 2k elemen, k tingkat pen-sorter dibutuhkan.

Dimensi Jaringan Sorting Batcher

Lihat Pers :

stage, tiapdalamsorter N/2dengan

sorter dari stage k , 2

1) (k k =

+= stage

( )1loglog N 0,25 2x2pensorter 22 += NN

Untuk gambar di atas:k = 3

elemen = 2k = 23 = 8 state = 3(3+1)/2 = 6

pensorter 2x2 = 0,25 (8) log2 8 [(log2 N)+1]= 0,25 (8) (3) (3+1) = 2 (3) (4) = 24