Architektura směrovačů

Router (computing)

Směrování a přeposílání paketů.

• Síťové rozhraní (network interface)
• Přepínací modul FE (forwarding engine)
• Správa front (queue manager)
• Správa provozu (traffic manager)
• Propojovací deska, sběrnice (backplane)
• Procesor pro směrování (route control processor)

• Datová struktura obsahující informace o zpracovávaném paketu.
• Vytvořena při vstupu paketu do zařízení.
• Informace se postupně doplňují.
• Paket uložen během zpracování v paměti.
• Mezi moduly předáván kontext paketu.
• Po vyplnění směrovacích informací v kontextu paketu je paket přenesen ze vstupního bufferu do výstupního bufferu.

• Ingress interface number
• Ingress interface type
• Ingress L2 information
  • Source MAC address
  • Dest. MAC address
• L3 information
  • Source IP address
  • Dest. IP address
  • Protocol type
  • DSCP (QoS)
  • Dest. port (TCP/UDP)
  • Source port (TCP/UDP)

• sdílená (shared) – pouze jedna cesta v čase
• přepínaná (switched) – umožňuje paralelní přenos

• Architektura podobná klasickým počítačům
  • Procesor s pamětí
    • Implementace fukčních modulů: přepojovací modul FE, správce front, správce provozu, zpracování L2/L3, směrování, správa a monitorování
  • Přídavné karty propojené sdílenou sběrnicí (backplane)
    • Sdílejí procesor i sběrnici
  • Nízký výkon – použití pro menší sítě
  • Propustnost < 0.5 Gb/s

• Paralelní zpracování paketů
  • Může docházet k přeskládání paketů
  • Přeskládání způsobuje zpomalení TCP spojení
• Řešení přeskládání
  • Každý tok zpracován ve stejném modulu FE
• Rozšiřitelná architektura
  • Lze přidávat moduly FE
• Slabým místem sdílená sběrnice (shared backplane)
  • Možné nahradit přepínanou sběrnicí (switched backplane)
• Propustnost < 5 Gb/s

• Oddělení procesu směrování a přeposílání
  • Směrování probíhá na obecném procesoru
  • Při aktualizaci směrovací tabulky se změny přenesou i do přepínací tabulky
• Propustnost směrovače až 640 Gbps
• Rozšiřování omezeno počtem slotů pro síťové moduly
• Páteřní přepínače
  • Velký počet portů pro připojené sítě
  • Rychlost optických sítí i 2.4 Gbps (OC-48)

• Několik směrovačů připojených k centrálnímu přepínači
• Síťové moduly umístěny ve více chassis
  • Centrální přepínač
  • Propojení pomocí vysokorychlostních optických linek
• Klastr se chová se jako jeden směrovač
  • Přepínání paketů probíhá mezi síťovými moduly v různých chassis
• Důraz na redundanci a zálohování
  • Záložní přepínač (single point of failure)

• Zpracování hlavičky IP
• Přeposlání paketu
• Klasifikace paketu
• Uložení do front, plánování

• Zpracování ARP
• Fragmentace a defragmentace
• Pokročilé zpracování IP paketu
• Správa a monitorování sítě – SNMP
• Zpracování směrovacích paketů keep-alive
• Aktualizace směrovacích informací

• Jednotka FE přemístěna na síťovou kartu
• Každý funkční modul implementován v hardware
  • Specializované technologie ASIC a FPGA
  • Propojení hw komponent rychlými sběrnicemi
• Zpracování paketů přesunuto do síťového modulu

1. Příchod paketu – přerušení CPU
2. Přenesení paketu do paměti po sdílené sběrnici (backplane)
3. Zpracování L2/L3 hlaviček v procesoru
4. Určení výstupního rozhraní ve FE
5. Paket zařazen do fronty správcem front
6. Paket zpracován správou provozu
7. Paket přenesen z paměti na výstupní rozhraní a odeslán

1. Po příchodu paketu zpracovány hlavičky a vytvořen kontext
2. Paket uložen do paměti na síťovém modulu
3. Kontext a IP hlavička přenesy a zpracovány v modulu FE
   • Použití přepínací sběrnici (forwarding backplane)
   • IP hlavička použita ke směrování
   • Nalezené informace uloženy do kontextu
4. Informace poslány zpět na vstupní síťový modul
5. Paket předán sdílenou sběrnící výstupnímu síťovému modulu
6. Paket uložen správcem fronty do paměti
7. Po zpracování správcem provozu odeslán na výstup

1. Paket vstoupí do síťového modulu, zpracování hlaviček L2/L3
2. Paket uložen do paměti, kontext poslán jednotce FE
3. Přepínací modul FE určí výstupní rozhraní
   • Provede se klasifikace paketu – stanovení třídy provozu
   • Třída provozu uložena v kontextu paketu
4. Paket přenesen do paměti výstupního síťového modulu
5. Paket naplánován k odeslání správcem provozu
6. Přidání výstupních hlaviček, paket odeslán