Fontes utilizadas - UMinho

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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 pacote num encaminhador IP 1. Aceitar o pacote de uma ligação de entrada 2. Localizar o endereço de destino do pacote na tabela de reenvio, para identificar a(s) porta de 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 espera 6. Transmitir o pacote pela linha de saída

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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 !

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Qual o aspecto dos comutadores /encaminhadores?

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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

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Interior dum Encaminhador IP melhor esforço

Outra visão dum Encaminhador IP

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Componentes Arquitecturais BásicosPlano de dados: processamento por pacote

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InterconexõesDuas Técnicas Básicas

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InterconexõesFilas de Espera de Saída

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InterconexõesComutação via Memória Partilhada

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Inúmeros trabalhos provaram e tornarampossível:

– Equidade(Fairness)

– Garantia de atraso

– Controlo de jitter

– Garantia de Perdas

– Garantias estatísticas

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FilasdeEspera deSaídaQuão rápida podeser a memória partilhada?

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InterconexõesFilas de Espera de Entrada com Crossbar

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Filade Esperade EntradaHead of Line Blocking

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Head of Line Blocking

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Filas de Espera de Saída Virtuais

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Page 4: Fontes utilizadas - UMinho

B

FiladeEsperadeEntrada Filas de Espera de Saída Virtuais

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Engenho de Expedição

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Rede destino Porta

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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

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Prefixospodem sobrepor-se

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128.9.176.0/24

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128.9.0.0/16142.12.0.0/1965.0.0.0/8

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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

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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

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Tamanho da Tabela de Expedição

Fontehttp://www.telstra.net/ops/bgptable.html

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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

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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

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Page 6: Fontes utilizadas - UMinho

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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

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Routers IP dePrimeira GeraçãoEstrutura de Filas: Memória Partilhada

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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

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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?

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Switches/Routers de 3ª GeraçãoEstrutura de filas de espera

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Routers/Switches de 4ª Geração

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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

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Routers/Switches de 4ª Geração

Routers/Switches de 4ª GeraçãoEstruturas de filas de espera

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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