CLASSICAL IP nad ATM

Transkript

1 CLASSICAL IP nad ATM Vypracoval: Albert Srník Dne OBSAH 1. Hlavní rozdíly mezi ATM a IP technologií 1.1. Connection-oriented vs. Connectionless 1.2. QoS-aware vs. Best Effort 2. Modely řešení IP nad ATM 2.1. Peer Model 2.2. Overlay Model 2.3. PAR a I-PNNI 3. Classical IP nad ATM 3.1. Rozdíly mezi Classical IP a "Normálním" IP 3.2. Classical IP nad ATM - Úvod 3.3. Způsob doručování IP paketů 3.4. Routery a ATM 3.5. Postup spojení 3.6. Pohled do budoucnosti 4. Použité materiály 1. Hlavní rozdíly mezi ATM a IP technologií 1.1. Connection-oriented vs. Connectionless ATM - pro spojení dvou míst potřebuje nejdřív vybudovat virtuální kanál a potom jsou poslána data (všechny data jdou přes vytvořený virtuální kanál)

2 IP - nepotřebuje předvytvořit žádnou cestu, IP paket je poslán routerem nezávisle na hop-to-hop základu (jednotlivé části zprávy mohou jít různými cestami ke svému cíli), kam je paket poslán se určí z hlavičky IP zprávy Z výše uvedených rozdílů plynou dvě možnosti přenosu IP zprávy přes síť ATM: při poslání vytvořit kanál na požádání (ON-DEMAND), drahé zejména pro malé data (Switched VC) data jsou poslána po předkonfigurovaných cestách (nemusí být optimální - Permanent VC) 1.2. QoS-aware vs. Best Effort ATM - umožňují zjišťovat různé parametry jako propustnost kanálu (Bandwidth), zpoždění spojení atd. IPv4 - neobsahuje žádné z výše uvedených dodatkových služeb 2. Modely řešení IP nad ATM 2.1. Peer Model Uvažuje ATM vrstvu jako rovnocenou síťovou vrstvu jako IP, používá stejné adresovací schéma jako IP pro připojená ATM koncová zařízení. ATM požadavky obsahují IP adresy a mezilehlé switche přepínají požadavky za použití routovacích protokolů (např. OSPF). Tento model, přestože zjednodušoval adresové schéma pro koncové systémy a podporovala-li síť ATM jiné síťové vrstvy (jako IPX, Appletalk), switch rozuměl všem routovacím protokolům, byl zamítnut. Hlavním důvodem byl komplikovaný návrh ATM switchů. ATM switche musely obsahovat všechny funkce IP routeru.

3 2.2. Overlay Model Uvažuje ATM síť jako data link vrstvový protokol na jehož vrchu IP pracuje. V tomto modelu má síť ATM svoje adresovací schéma a routovací protokoly. ATM adresový prostor není logicky spojen s IP adresovým prostorem a neexistuje žádná aritmetická mapovací funkce mezi oběma. Každý systém má typicky ATM adresu a z ní neodvoditelnou IP adresu. Jelikož neexistuje přirozené mapování mezi oběma adresami, jedinná cesta jak získat druhou adresu ze známé první je přes nějaký adresový rozkládací protokol (addressing resolution protocol). V tomto modelu existují vpodstatě dvě dílčí řešení: První řešení uvažuje ATM jako LAN a rozděluje ATM síť do několika logických subsítí skládajících se z koncových systémů se stejným IP prefixem. Toto řešení je známo jako Classical IP over ATM. Koncové systémy ve stejné logické subsíti tzv. LISu (Logical IP subnet) spolu komunikují přes end-to-end ATM spoje, a stejně jako v LAN, ARP servery jsou používány v LISu pro převod IP adres na ATM adresy. Nicméně, provoz mezi koncovými systémy mezi různými LIS jdou přes router, kdykoliv jsou připojeny do stejné ATM sítě. Toto není žádoucí protože routery představují velké zpoždění a může dojít k bandwidth bottleneck. K vyřešení se používají kroky z NHRP (Next Hop Resolution Protocol). Druhé řešení - LANE - LAN Emulation, umožňuje simulovat LAN protokoly jako Ethernet nebo Token Ring. LANE dovoluje spouštět současně IP aplikace nad ATM bez modifikací. Bohužel, jako v případu Classical IP over ATM, i LANE provoz mezi různými emulovanými LAN (ELAN) jde přes

4 router. Tento problém řeší kombinace LANE a NHRP ----> Multiprotocol Over ATM (MPOA) pomocí vytvoření shortcutů, které obchází routery mez ELANy PAR a I-PNNI V předešlých modelech používali ATM i IP oddělené routovací protokoly. ATM používalo P-NNI a IP používalo OSPF. V IP nemají routery žádnou informaci o interní topologii ATM sítě, naopak v ATM síti, switche nedokáží rozeznat mezi ATM-připojeným routerem a ATMkoncovým systémem. Někdy je žádoucí pro router, aby porozuměl routovacímu protokolu ATM, pro zavedení end-to-end ATM spojení s ostatními routery. Jedno možné řešení je PNNI argumented routing (PAR), v kterém ATM-připojený router se chová jako ATM switch a je zaručena výměna topologie a informací mezi switchi a routery. Další možné řešení se jmenuje Integrated PNNI (I-PNNI), které navrhuje použití PNNI jako samostatného protokolu použitého v sítích obsahujících switche a routery. V pokračování svého referátu se budu zabývat technologií Classical IP. 3. Classical IP nad ATM 3.1. Rozdíly mezi Classical IP a "Normálním" IP Classical IP nad ATM (CLIP nebo RFC1577) je odlišné od "normálního" IP v mnoha aspektech: spojení je uskutečněno pomocí Switched nebo Permanent Virtual Circuits (SVC / PVC), rozdíl mezi PVC a SVC spočívá v různém vytvoření VC (Virtual Circuits) viz. dále nejsou žádné prostředky pro Broadcast a Multicast, všechna spojení jsou Point-to-Point

5 není použita žádná emulace LAN standartní velikost framu je 9180 bytů maximální vyslaná jednotka (maximum transmission unit MTU) je 65,535 bytů 3.2. Classical IP nad ATM - Úvod Classical IP může pracovat pod ATM permanent virtual circuits (PVC) i switched virtual circuits (SVC). Aby byl možný provoz IP "connectionless" datagramového protokolu nad "connection-based" ATM sítí, musí být určeno: 1. mapování IP adres na ATM adresy nebo ID virtuálního spojení, 2. pravidla určující jakým způsobem vytvořit nové spojení, je-li používán SVC. IP adresy jsou v jednoduché PVC síti mapovány do VC (virtual circuits nebo virtual connections) manuálně. Uživatel definuje každou stanici do lokální adresové tabulky (local address table), která specifikuje které VC odpovídá dané IP adrese v ATM síti. Tvar položky v local address table: <ATM Address, IP Adress> - Timestamp - VC entry Při použití SVC, musí koncové stanice umožnit mapování IP adresy na ATM adresu a VC automaticky na požádání. Aby to bylo možné je potřeba přidat nový protokolový element: ATMARP (ATM address resolution protocol) server (viz. Obrázek1). ATMARP server je umístěn v každé LIS, kde umožňuje koncové stanici dotázat se na ATM adresu, kterou má použít k získání paketu z dané cílové IP adresy. ATMARP server v každé LIS automaticky udržuje databázi pro mapování IP adres na ATM adresy. ATMARP server je většinou softwarový modul běžící na file serveru nebo pracovní stanici, nebo může být zabudován do routeru nebo ATM switche v síti. Obrázek 1: ATM - IP V IETF Classical IP over ATM specifikaci, je ATMARP server umístěný v každé LIS( logical IP subnet) odpovědný za sladění IP adres s ATM adresami pro individuální klienty. Server může běžet na určité platformě, nebo sídlit v síťovém zařízení jako je např. router nebo switch

6 V IP ATM síti používající SVC, každá stanice v LIS při inicializaci nastaví ATM spojení na ATMARP server, aby se zaregistrovala. Classical IP over ATM specifikace neurčuje jak má stanice nalézt adresu ATMARP serveru. Tento krok se typicky uskuteční manuálně - zprávcem sítě. Vytvoří se Data Direct VC na ATMARP server, pokud server akceptuje volání, pošle inverzní ATMARP request k volající koncové stanici, požadující její IP adresu. Server udržuje přijmutou informaci v local address table, aby mohl odpovědět na žádosti od ostatních stanic. Tvar ATMARP zprávy: Operation Code : o ATMARP_Request = 1 o ATMARP_Reply = 2 o InATMARP_Request = 8 o InATMARP_Reply = 9 Hardware Type 0x0013 Protocol Type 0x /1 Length of source ATM Number (1) Operation Code Length of source Protocol Address 0 0/1 Length of target ATM Number Length of target Protocol Address Source ATM Number Source Protocol Address Target ATM Number Target Protocol Address

7 o ATMARP_NAck = 10 - pošle ATMARP server v případě vyhledávacího výpadku Aby aktuální tabulka obsahovala všechny změny v síti a měla minimální velikost, server vyhazuje adresové položky každých: v případě pracovní stanice každých 15 minut, v případě serveru každých 20 minut, pokud nejsou znovu prověřeny. Koncová stanice může udržet ATM spojení otevřené, nebo periodicky opětovně navázat pro obnovení své položky v address table Způsob doručování IP paketů IP pakety jsou doručovány v ATM adaptační vrstvě (AAL) 5 PDU(protocol data units). Každá PDU obsahuje LLC/SNAP (Logical Link Control/subnetwork access protocol) hlavičku identifikující protokol, následují data, dále normální AAL 5 části s pad, length, a CRC (cyclic redundancy check). CPCS-PDU Payload Pad CPCS-UU CPI Length CRC - viz dále (hlavička identifikující protokol + data) - Pole PAD umožňuje výstup CDCS-PDU umístit přesně do ATM buňky - User-to-User identifikace - (Common Part Indicator) pole srovná CPCS-PDU část na 64 bits. - pole Length indikuje délku pole Payload v bytech. Maximální hodnota je (64KB - 1) - CRC pole chrání všechny ostatní pole CPCS-PDU kromě CRC pole. Formát payload pro směrování IP PDU

8 IP PDU LLC OUI PID - normální IP datagram začínající IP hlavičkou - 3-bytová LLC hlavička s formátem DSAP-SSAP-Ctrl. Pro IP data je nastavena na 0xAA-AA-03 pro indikaci přítomnosti SNAP hlavičky. Ctrl pole má vždy hodnotu 0x03 specifikující Unnumbered Information Command PDU. - 3-bytová OUI (Organizationally Unique Identifier) identifikuje organizaci, která administruje smysl následujících 2-bytů Protocol Identifier (PID). Pro specifikaci EtherType v PID, OUI je nastaveno na 0x Protocol Identifier (PID) pole specifikuje typ protokolu následujícího PDU. Pro IP datagramy je přidělený EtherType nebo PID 0x Standardní velikost MTU pro IP členy v ATM síti je rozepsána v RFC 1626 a je definována na 9180 bytů. LLC/SNAP hlavička je 8 bytů; proto je standardní velikost ATM AAL5 PDU 9188 bytes. Možné hodnoty se nachází mezi bytů. Uživateli je umožněno měnit MTU velikost, ale všichni členové LIS musí být změněny, aby používali stejnou velikost. RFC 1755 doporučuje, aby všechny implementace podporovaly MTU velikost až do 64KB Routery A ATM Classical IP over ATM nepožaduje žádné změny do konvenční internetové sítě založené na routerech. Classical IP může být směrováno stejně jako klasické IP - pakety jsou forwardovány od odesílatele k routeru, a dále od routeru k routeru až dojdou ke svému cíli. Během cesty, IP hlavička, upper-layer protokol a data zůstanou vpodstatě nezměněna (s výjimkou jistých kontrolních polí a možného rozdělení zlomků do menších IP datagramů), dokud lower-level MAC layer zapouzdření nebude kompletně nahrazeno jiným typem hlavičky v každém router hopu. Protože IP navštěvuje ATM jako jiný typ subsítě (spolu s Ethernet, token ring, FDDI, frame relay, a WAN obvody), internetová síť v které jsou všechny tyto typy médií

9 promíchány, může být jednoduše včleněno ATM do páteře nebo do vysoce výkoné pracovní skupiny, která komunikuje se zbytkem sítě jako router. Uvnitř každé LIS, systém komunikují stanice jako point-to-point ATM VC(virtual connection). IP pakety jsou zapouzdřeny do AAL 5 PDU na hraně ATM sítě. ATM buňky v PDU jsou poté vyslány switch-switch přes ATM síť. Po příchodu do cíle (nebo na vzálený okraj) jsou znovu sestavena na IP paket. V IP pohledu, se ATM síť jeví jako jednoduchý hop, bez ohledu na počet ATM switchů Postup spojení Následující obrázek ukazuje krok za krokem postup, jak je uskutečněno ATM spojení v Classical IP over ATM síti. Když klient Client1 v LIS A chce poslat data klientovi Client2 ve stejné LIS, první IP paket poslaný klientem Client1 spouští žádost na ATMARP server. IP/ATM softwarový modul v klientovi Client1 posílá ATMARP_request požadavek na ATMARP server. ATMARP server se podívá na IP adresu klienta Client2 ve své tabulce a nalezne odpovídající ATM adresu. ATMARP server následně pošle nazpět odpověď klientovi Client1 pro srovnání ATM adresy. Klient Client1 poté použije právě získanou ATM adresu k vytvoření SVC přímo ke klientovi Client2. Když klient Client2 odpoví IP paketem ke klientovi Client1, spustí se také dotaz na ATMARP server. Obrázek 2: Classical IP spojení, Krok za krokem K vybudování spojení za použítí Classical IP over ATM, vysílací stanice (Client1) vyšle ATMARP_request na ATMARP server v LIS (1). Server srovná IP adresu přijmací stanice (Client2) se svou ATM adresou a vrátí ATM adresu vysílacího klienta client(2) Klient1 poté použije adresu k vybudování ATM spojení (3). Když Client2 přijme první paket, vyšle také ATMARP_request na server k nalezení lokace odesílatele (4). Jakmile server vrátí požadovanou adresu, oba klienti mohou komunikovat přímo bez dalšího zásahu ze strany serveru (5)

10 Když přijme ATM adresa klienta Client1, klient Client2 zjistí, že má volání od klienta Client1 (ATM adresa) a nemá vytvářet žádná jiná spojení. Jakmile je spojení známé pro oba klienty, komunikují klienti přímo přes SVC, za použití standartního protokolu nad IP. Stanice může vlastnit více jak jeden aktivní VC v čase. File server nebo server mohou vlastnit stovky spojení během krátké časové periody, v závislosti na množství klientů, které systém zpravuje. Spojení, které nejsou po specifikovaný čas využitá (standartně od 15 do 20 minut) jsou automaticky odstraněna (aby se nezatěžovaly síťové prostředky). Classical IP over ATM protokoly jsou určené pro práci uvnitř ATM LIS. V současnosti je snaha odstranit toto omezení, používají se k tomu dva přístupy pro komunikaci mezi dvěma LISy: přes router obejití routeru pomocí multiple LIS Aby mohly dvě ATM stanice v různých LISech komunikovat, musí být router v každé subsíti a ATMARP server v každé LIS. Multiple ATMARP servery nemusí být nutné, protože server bývá často konfigurován pro práci s více jak jednou LIS nezávisle. Když klient v jedné LIS zkouší poslat IP paket ke klientovi z jiné LIS, IP software vysílacímu klientovi oznámí, že cílová adresa je off-net a pošle paket na standartní gateway (router) v LISu. To spustí ATMARP_request k nalezení AT adresy routeru, doprovázenou call setupem od vysílacího klienta k routeru. Jakmile je přijmut IP paket od vysílacího klienta, router vyžádá ATMARP_request k nalezení ATM adresy příjmacího klienta. To nastaví volání k tomuto klientu.

11 Důsledek výše uvedené komunikace mezi koncovými stanicemi přes router je, že jsou vytvořeny dva VC přes ATM síť: jeden od vysílacího klienta k ATM rozhraní routeru druhý od routeru k přijmací stanici Vysílací stanice dělí IP pakety do buněk pro přenos přes ATM síť, aby byly znovu sestaveny v routeru. Router následně provede rozhodnutí kam poslat paket na základě informace získané z hlavičky IP paketu. Přerozdělí pakety pro poslání přes další VC k přijmacímu klientovi. Některé routery (někdy nazývané one-armed routery) mohou být nakonfigurovány pro směrování paketů do a z stejného ATM rozhraní. Takto uvažované routery zajistí bezpečné filtrování rozdílných částí sítě, jako mezi částí ATM sítě a WAN. Ale nejsou-li zvláštní bezpečnostní omezení, zprávci sítí mohou požadovat přednostně vysokou rychlost a nízké zpoždění ATM pro poskytnutí vyššího výkonu pro uživatele. Jedna cesta jak to provést za pomoci Classical IP je nakonfigurovat sdílený systém zdrojů (jako na file serveru), přes více jak jednu LIS. To znamená koncové stanice budou ve stejné LIS jako zdroje, které nejčastěji používají. Takovéto sítě umožňují obejít routery, eliminují zbytečné hopy paketů a poskytují vyšší výkonost. Tato velmi užitečná technika také dovoluje zprávcům sítě sdružovat aplikace do oddělených subsítí, každou s vlastní kvalitou služeb, prioritou a propustností Pohled do budoucnosti Ačkoli technologie Classical IP pracuje v současnosti dostatečně dobře, v budoucnosti představuje Classical IP subsíť potenciální omezení ATM v IP sítích, protože neexistuje obecný způsob pro přepínání provozu mezi IP subsítěmi nad ATM internetwork. To je považováno za problém, protože vzrůstající potenciál nabídky ATM služeb zprávy, redukce zpoždění a zvýšení propustnosti by tímto mohl být omezen. V současnosti nejméně dvě skupiny pracují na vývoji pokročilé technologie IP nad ATM. První skupina IETF se zaměřuje na zjištění jak směrovat IP nad většími skupinami, s vložením ATM, frame relay a SMDS. Další skupina ATM Forum's Multiprotocol Over ATM (MPOA) zabývající se hlavním problémem

12 přenosem složených protokolů (jako IP, IPX/SPX, Appletalk a další) nad ATM pomocí obejití routerů. Jedním z prvních výsledků činosti obou výše uvedených skupin je vytvoření cutthrough směrovacího schématu, pomocí kterého směrovací datbáze udržované v routerech jsou přístupné pro VC call setup. To obstarává optimální směrování nad ATM sítí. V součsnosti je diskutován návrh IETF NHRP-next hop routing protocol, který řeší lépe převod adres (požadavky řešení ATM adresování) než RFC 1577 ATMARP, adresa je předána z ATM routeru do ATM routeru dokud ATM adresa cíle IP adresa (nebo router na výstupu ATM sítě) není naučena. Další oblastí zájmu je IP multicast nad ATM. Existuje několik aplikací a protokolů, které dnes používají IP multicast.ačkoli ATM Forum LAN emulation (LANE) specifikace obsahuje multicast služby, RFC 1577 je nemá. IETF pracovní skupina nyní rozvíjí návrh pro multicast adress resolution protocol. 4. Použité materiály Specifikace RFC: Další odkazy: RFC Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5 RFC Classical IP and ARP over ATM RFC ATM Signaling Support for IP over ATM RFC Classical IP and ARP over ATM RFC Definitions of Managed Objects for Classical IP and ARP Over ATM Using SMIv2 (IPOA-MIB) Tutorial ATM : Classical IP - francouzsky Classical IP (RFC 1577) - holandsky Clasical IP over ATM Securing 'Classical IP over ATM Networks' Classical IP Over ATM: A Status Report Internet Encyclopedia Classical IP - rozdil od normal IP ATM_Glossary ATM Lexicon