Fontes utilizadas - UMinho
Transcript of Fontes utilizadas - UMinho
�
Encaminhadores IP
Sistemas Telemáticos 2002/2003
LESI
Grupo de Comunicações por Computador
Departamento de Informática
Universidade do Minho
Fontes utilizadas
• Alguns materiais de– Scott Karlin and Larry Peterson– Zhenhai Duan– N. Mckeown @stanford.edu;– S. Keshav @ cornell.edu
• Artigo– IP Routers Architecture: An Overview , James
Aweya, acessível na net.
A Internet é um grafo de encaminhadores !
� ���������� ��� ��
���������������
����������������������
Qual o aspecto dos comutadores /encaminhadores?
������������ �������������� � �� � ��
�������������� ����
������� � � ���� �����
Componentes dum Encaminhador Genérico
Processamento de um pacotenum encaminhador IP
1. Aceitar o pacotedeuma ligação de entrada2. Localizar o endereço de destino do pacotena
tabelade reenvio, para identificar a(s) portade saida .
3. Manipular o cabeçalho do pacote: decrementar o TTL e calcular a soma de verificação do cabeçalho.
4. Enviar o pacote para a(s) portas de saída.5. Colocar o pacote na fila de espera6. Transmitir o pacote pela linha de saída
�
Interior dum Encaminhador IP melhor esforço
Outra visão dum Encaminhador IP
������������
�������� ����������� � ���������
�� ������ ��������������
� �������� ��� � �� � �
��������� ��� � �� � �
Componentes Arquitecturais BásicosPlano de dados: processamento por pacote
�!�� ���� ��� "!��#����� ��������������
$ ���������������
�!�� #����
� ����� ��������
$ ����� ��������
� ����� ��������
$ ����� ��������
InterconexõesDuas Técnicas Básicas
%����������������� ����
��� ��� � ����� ���& ��� ��������� � ��'��� ��
(�!#!��������)
��� ��� � ����� ������� � ���*��
%����������������+ �,�
InterconexõesFilas de Espera de Saída
%�������+ �,��� �-�����
. �� /������ �����0�������� ��
12���. �� /��� 3�(�4�)!�
�
�
�
12 . �� /��� 3���!�
�
�
�
+ �,���
+ �,� �
InterconexõesComutação via Memória Partilhada
5 � ����������� �������� �� �� /���������� �� ���� � �� 6
���������� �� ��� �����7�������������� �� ��� ��� �7����1�� ������������#�������� ��
��� �� /���
� ���� � + �,� �
� ���� �
� ���� �
Inúmeros trabalhos provaram e tornarampossível:
– Equidade(Fairness)
– Garantia de atraso
– Controlo de jitter
– Garantia de Perdas
– Garantias estatísticas
"
FilasdeEspera deSaídaQuão rápida podeser a memória partilhada?
. �� /��������� ��
2����� � � ���88��9��
+ �: . ���;� �
�
�
�
< ; ��������������� �� /���< �������=������ �� /������������< ���� ����7��� �� *��� �����>8? �@�< �����*�������/��� ���A8? �@�
InterconexõesFilas de Espera de Entrada com Crossbar
� ��#����
$�
����� ����
$ �����+ �,�
: ������
12 . �� /��� 3���
Filade Esperade EntradaHead of Line Blocking
����
����� �!" #$$"
Head of Line Blocking
FiladeEsperadeEntrada Filas de Espera de Saída Virtuais FiladeEsperadeEntrada
Filas de Espera de Saída Virtuais
����
����#$$"
B
FiladeEsperadeEntrada Filas de Espera de Saída Virtuais
: ������
12 . �� /��� 3���
�� �����C�
Engenho de Expedição
������� ��
�����
�����
� ����������
���������,�
Rede destino Porta
� ���������������
������������$ �������������0��� � ��� � �� � �
>;!8!8!8@A
��A!D!8!8@�>
�BD!��!8!8@�D
"
�
E
$ %%& %'%(#
#% �)�$�$*#!
!��$�$�$
#&%�#%�$�$*#)
!��$�$�$*
!��%���%���%��
Ex. de Tabelade Expedição
7142.12.0.0/19
1128.9.0.0/16
365.0.0.0/ 8
Porta de saídaPrefixo IP de Destino
������ ���6�8F"������
� �� � ��������
#% �)�#!�#&
Prefixospodem sobrepor-se
128.9.16.0/21 128.9.172.0/21
128.9.176.0/24
�+�, ����������������- � � ������ �����������'���� ���'�� (�!�!������ � ��� �����,����)�� ��� �� ����������'���� ���'��� �� �� ���� ������ !
0 232-1
128.9.0.0/16142.12.0.0/1965.0.0.0/8
#% �)�#!�#&
. ��� ������'�� � ���'��
A
"�
�B
. ��������,�/�0
��
,��
������
��/�0
128.9.0.0/16142.12.0.0/19
65.0.0.0/8
Dificuldade da unificação com o prefixo mais longo
128.9.16.14
128.9.172.0/21
128.9.176.0/24
128.9.16.0/21
1���� 2�(����������-�F ��,��������,�/�0F . �������/�0
Lookup da Tabela de Encaminhamento
• Não é nada fácil!
• A operação de busca não é uma unificaçãoexacta– O lookup directo precisa de 4G entradas (32
bits no endereço IP)
– Unificação com o maior prefixo• Tabelasde Hash
• Árvores balanceadas
;
8
�8888
�8888
"8888
B8888
;8888
>8888
E8888
A8888
D8888
�88888
Tamanho da Tabela de Expedição
Fontehttp://www.telstra.net/ops/bgptable.html
D; D> DE DA DD 88:
���
���
����
�����
�8G888@�
Trees e Tries
Binary Search Tree
< >
< > < >
log2 N
N entries
Binary Search Tr ie
0 1
0 1 0 1
111010
Trees and TriesMultiway tries
16-ary Search Tr ie
0000, ptr 1111, ptr
0000, 0 1111, ptr
000011110000
0000, 0 1111, ptr
111111111111
Interiores dum Encaminhador IP com QOS
Componentes Arquitecturais Básicos dum Router com QoS
PoliciamentoEscalonamento
da SaídaComutação
Encaminhamento
Controlo de Congestão
ReservasControlode Admissão
Controlo
Fluxo dedadosprocessamento por pacote
Componentes arquitecturais básicosPercurso de dados: processamento por pacote
�!�� ���� ��� "!��#����� ��������������
� �������������������
������� � �H�� ��� �: ������
$ ��������������
�!�� #����
� ����� ��������
� ����� �������������
������� � �H � ��� �: ������
$ ����� ��������
� ����� ��������
� ����� �������������
������� � �H � ��� �: ������
$ ����� ��������
1�� �����6�12�. �� /��� 1�� �����6�12�� ���� ���� ��#�� H�: ������#�� �
1�� �����6�12 . �� /���
>
Evolução dos Encaminhadores IP
Routers IP de Primeira Geração
� A maioria dos switches Ethernet e routers mais baratos
�O Estrangulamento pode ser o CPU, barramento de I/O ou
host adaptor
� O que é mais caro? Barramento? Memória? Interface? CPU?
Shared Backplane
Line Interface
CPU
Memory
CPU BufferMemory
LineInterface
DMA
MAC
LineInterface
DMA
MAC
LineInterface
DMA
MAC
� �������
� �������
Routers IP dePrimeira GeraçãoEstrutura de Filas: Memória Partilhada
5 � ����������� �������� �� �� /���������� �� ���� � �� 6
���������� ����I����J���� ����������� ����I����J���� �!1�� ������������#������
�� ����� �� /���
� ���� � � �������
� ���� �
� ���� �
Inúmeros trabalhos provaram e tornarampossível:
– Equidade(Fairness)
– Garantia de atraso
– Controlo de jitter
– Garantia de Perdas
– Garantias estatísticas
Routers IP de Segunda GeraçãoCPU Buffer
Memory
L ineCard
DMA
MAC
LocalLocalBufferBuffer
MemoryMemory
L ineCard
DMA
MAC
LocalLocalBufferBuffer
MemoryMemory
L ineCard
DMA
MAC
LocalLocalBufferBuffer
MemoryMemory
� Correspondência de portas nas placas de interface
� Alta % de acertos na cache local para lookups
� O que é mais $? Bus? Memória? Interface? CPU?
�
Routers IP deSegunda GeraçãoEstruturas combinadas de filas de entrada e saída
2��
��������������� �����7����
���������������� �����7����
� ��� ���@1������ � ��������-������ �����
Switches/Routers de 3ª Geração
LineCard
MAC
LocalBuffer
Memory
CPUCard
LineCard
MAC
LocalBuffer
Memory
Sw itched Backplane
Line Interface
Line Interface
Line Interface
Line Interface
Line Interface
Line Interface
Line Interface
Line InterfaceCPU
Memory
�Disponibiliza percursos paralelos (switching fabric)
� O que é mais $? Bus? Memória, CPU?
E
: ������
Switches/Routers de 3ª GeraçãoEstrutura de filas de espera
+ & ���
���������������� �����7����
���������������� ����7����
� �������@1������ � �������������������
�������������
� ������ � ����K;8? �@������������#��#��
Routers/Switches de 4ª Geração
+ & ��� ���� 1� �����
1�#��=���/������
�88L�������
Separação física entre o núcleo de comutação e as cartas de linha
• Distribui energia por vários armários.
• Permite todo armazenamento (buffering) colocado nas placasde linha:– Reduz energia.
– Coloca a complexidade(escalonamento, gestão de buffers, políticade descartede pacotes, etc…) naplacade linha
+ & ��� ���� 1� �����
1�#��=���/������
�88L�������
�����1�+
Routers/Switches de 4ª Geração
Routers/Switches de 4ª GeraçãoEstruturas de filas de espera
���������������� �����7����
���������������� �����7����
M�����������������@��������$ ����� � K��������-����������& ��� � #�������
1N��H
��,���� ��������
� ���� �� � �����,�
%������������������,��-�������
� ���� �� � �� ��,�
� ���� �� � �� ��,�
+ & ��� %�����
+ & ��� : ��������
1� ���� 1� ����
+ & ��� ����(2���������)
1N��H
��,���� ��������
1N��H
��,�������������
� ������ � ���K;� �@�������������#��#��
Problemas dos Fabricantes• Rápida expedição (lookup de rotas)• Identificação de Fluxos
– Percurso rápido de expedição
• Suporte deQoS– Routers de núcleo, empresa ou acesso– A simplicidade é a chave do sucesso
• Fiabilidade(estabilidade) de routers de alta velocidade – Energia dual– Percursos de dados duplicados
• Facilidade de configuração– Má configuração é outro problema sério
• Possibilidade de contabilização