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ISO e livelli
Gli algoritmi di routing e di forwarding appartengono al livello 3 del modello OSI e hanno la funzionalità di instradare i pacchetti.
Il modello a livelli (OSI) è formato da 7 livelli, a partire dal più basso (fisico) al più alto (applicativo). Tale modello è solo teorico e cerca di dare un’inquadratura di alto livello alle varie funzioni che devono essere presenti nella rete. Esso, infatti, è solo un elenco di funzioni da realizzare affinchè la rete funzioni correttamente. Ognuna di queste funzionalità è stata inserita in un certo blocco. Per esempio il livello fisico riguarda i cavi ecc.
In questo corso ci si concentra sul livello network (rete), che, secondo il modello OSI, tratta le problematiche di internet working, ossia si occupa di instradare i messaggi sulla rete in modo corretto. A livello 3 si lavora con pacchetti entranti nel router, che devono essere instradati sull'uscita corretta in modo da arrivare a destinazione. A livello 3 è necessario, inoltre, un sistema di riconoscimento dei guasti, che permetta una soluzione ai problemi che si possono riscontrare (cambiare i percorsi a seconda delle condizioni).
Il principale problema dello schema OSI è che si tratta di un modello logico, ma che in realtà non è mai stato seguito alla lettera. Ci sono, infatti, tecnologie che fanno instradamento a livello 3 (ip) o altre che fanno instradamento a livello 2 (bridged-lan). Un esempio è rappresentato dai bridge e dagli switch, che hanno il compito di instradare i pacchetti sulla rete, anche se essi operano al livello due.

Routing e forwarding
Per routing si intende la capacità di configurare nella rete i percorsi da seguire per raggiungere ogni destinazione presente nella rete. Esso significa che per ogni singolo nodo della rete è dato l’elenco dei nodi successivi per ogni altra destinazione. A seconda della tecnologia di routing esistono diversi modi per esprimere i passi successivi. Il routing non è un sistema facilmente scalabile, in quanto per ogni nodo della rete, devo conoscere il percorso per raggiungere i restanti nodi.
Le informazioni di routing, utili ai router per indirizzare il traffico, devono essere trasportate in pacchetti speciali, all’interno della rete. Essi viaggiano insieme ai dati e costituiscono overhead: sono quindi da considerarsi dei costi, in quanto diminuiscono le prestazioni della rete.
Il forwarding è, invece, il concetto che sta alla base del routing. Secondo questo principio, dato un nodo, tutti i pacchetti in ingresso devono essere inoltrati al nodo successivo, in base alle informazioni contenute dentro una tabella di instradamento presente all’interno del router stesso.
A livello 3 l’inoltro dei pacchetti si può dividere in:
-fase di inoltro dei pacchetti – routing.
-fase in cui la rete prende il traffico in ingresso e lo smaltisce verso la destinazione.
Da un punto di vista concettuale ci sono differenze tra routing e forwarding, in quanto il primo è un processo di tipo cooperativo, in cui tutti i router devono lavorare insieme per trovare il percorso che deve eseguire un pacchetto. Nel secondo caso, invece, ogni singolo nodo deve eseguire una procedura, che consiste nel consultare una tabella e inviare i pacchetti sull’uscita corretta. Il processo di forwarding è molto più veloce perché usa solo informazioni locali, ma deve essere eseguito una volta per ogni pacchetto, mentre il routing è un’operazione onerosa anche se viene eseguita di tanto in tanto.

Algoritmi di forwarding
Gli algoritmi di forwarding più importanti sono:
-Forwarding (Routing) by network address, che prevede che il pacchetto in ingresso al nodo contenga l'informazione riguardante la destinazione finale. Compito del nodo è quello di consultare le tabelle di instradamento, e decidere in quale destinazione il pacchetto debba proseguire. Il vantaggio di questo tipo di forwarding è che è molto facilmente implementabile, perchè il nodo è state-less, nel senso che il pacchetto viene inoltrato senza tenere conto del percorso effettuato in precedenza dal pacchetto stesso. Gli svantaggi sono dati dal fatto che serve spazio all'interno del pacchetto per conservare l'informazione riguardante la destinazione. Con questa tecnica si generano anche problemi logici, in quanto c'è il rischio che si creino loop oppure percorsi multipli per andare da sorgente a destinazione.
-Label swapping, che prevede di identificare ogni percorso con un numero che varia da arco ad arco. Al passaggio per ogni router, il numero viene convertito in un altro numero. E' essenziale che vengano consultate delle tabelle di codifica, che, come nel caso precedente, devono essere aggiornate. Il vantaggio principale è quello che questa tecnica è molto scalabile. Un altro vantaggio rispetto alla tecnica precedente è che al posto che trasportare all'interno del pacchetto l'intero indirizzo di destinazione, si immagazzina solo un numero, che normalmente è molto piccolo. Lo svantaggio principale è la difficoltà di implementazione, soprattutto in fase di inizializzazione. Un esempio di rete che usa questa tecnica è l'ATM. Per creare le tabelle di conversione è necessario utilizzare un algoritmo di forwarding by network address, sono quindi necessari dei pacchetti che contengono la serie degli indirizzi di destinazione. In ATM, ad esempio, vengono inviati dei pacchetti con una label convenzionale che serve affinchè ogni pacchetto instauri una nuova regola di conversione all'interno della tabella di routing. Questo protocollo è utilizzato soltanto in reti basate su sessioni (come quella telefonica), in quanto è necessaria una segnalazione prima di iniziare la trasmissione e la creazione di un percorso virtuale univoco, in modo da garantire l'ordine di invio/arrivo dei messaggi.
-Source routing, che prevede che all'interno di ogni pacchetto sia presente la lista dei nodi da attraversare. Gli svantaggi principali sono dovuti all'overhead e alla necessità che la sorgente conosca l'intera topologia della rete per produrre dei pacchetti completi.
Tra questi algoritmi si tende a preferire il forwarding by network, in quanto è il più veloce, semplice e scalabile. In più il forwarding è utilizzato nelle reti IP. Il label swapping consente il forwarding in reti di qualità ed è utilizzato nelle reti "core" degli operatori. Il sistema source routing è ormai in disuso, anche se IPv3 e IPv6 possono funzionare in questa modalità.