Architektura směrovačů

Router (computing)

Jaké jsou základní funkce směrovače?

Směrování a přeposílání paketů.

Jaké jsou základní stavební prvky (funkční moduly) směrovače?

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)

Co je to kontext paketu a k čemu se používá?

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)

Jaký je rozdíl mezi sdílenou a přepínanou sběrnicí u směrovače?

sdílená (shared) – pouze jedna cesta v čase

přepínaná (switched) – umožňuje paralelní přenos

Jaké znáte typy architektur směrovačů? Stručně je popište.

Architektura se sdíleným procesorem (Shared CPU)

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

Architektura se sdílenými moduly pro přeposílání (Shared Forwarding Engine)

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

Distribuovaná architektura (Shared Nothing)

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)

Modulární propojení směrovačů (Clustered Architecture)

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)

Které operace jsou časově kritické na směrovači (Fast Path)?

Zpracování hlavičky IP

Přeposlání paketu

Klasifikace paketu

Uložení do front, plánování

Které operace nevyžadují přednostní zpracování (Slow Path)?

Zpracování ARP

Fragmentace a defragmentace

Pokročilé zpracování IP paketu

Správa a monitorování sítě – SNMP

Zpracování směrovacích paketů keep-alive

Aktualizace směrovacích informací

Čím se liší distribuovaná architektura od architektury se sdílenými jednotkami FE (přepínací modul)?

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

Popište průchod paketu směrovačem u architektury se sdíleným procesorem, se sdílenými jednotkami FE a u distribuované architektury.

Příchod paketu – přerušení CPU

Přenesení paketu do paměti po sdílené sběrnici (backplane)

Zpracování L2/L3 hlaviček v procesoru

Určení výstupního rozhraní ve FE

Paket zařazen do fronty správcem front

Paket zpracován správou provozu

Paket přenesen z paměti na výstupní rozhraní a odeslán

Po příchodu paketu zpracovány hlavičky a vytvořen kontext

Paket uložen do paměti na síťovém modulu

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

Informace poslány zpět na vstupní síťový modul

Paket předán sdílenou sběrnící výstupnímu síťovému modulu

Paket uložen správcem fronty do paměti

Po zpracování správcem provozu odeslán na výstup

Paket vstoupí do síťového modulu, zpracování hlaviček L2/L3

Paket uložen do paměti, kontext poslán jednotce FE

Přepínací modul FE určí výstupní rozhraní

Provede se klasifikace paketu – stanovení třídy provozu

Třída provozu uložena v kontextu paketu

Paket přenesen do paměti výstupního síťového modulu

Paket naplánován k odeslání správcem provozu

Přidání výstupních hlaviček, paket odeslán