RT 1. Routers IP. Manuel P. Ricardo. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

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Maria do Loreto Macedo Carvalhal
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2 RT 2 Bibliografia» Aula preparada com base seguinte bibliografia S. Keshav, An Engineering Approach to Computer Networking, Addison-Wesley, 1997 L. Peterson and B. Davie, Computer Networks, Morgan Kaufmann, 2000 S. Keshav, R. Sharma, Issues and Trends in Router Design Cisco White Paper, The Evolution of High-End Router Architectures N. McKeown, Achieving 100% Throughput in an Input-Queued Switch J. Mogul, K. Ramakrishnan, Eliminating Receive Livelock in an Interrupt-driven Kernel

3 RT 3 Introdução Router elemento de rede» Interligação de redes heterogéneas rede única (IP) Funções de um router» Transferir pacotes: portas de entrada portas de saída» Suportar tecnologias de rede heterogéneas (nível 2/1)» Diferenciar serviços de rede (IP QoS)» Participar em algoritmos distribuídos de identificação de rotas

RT 4 Routers Presentes em todas as redes IP» Redes de acesso Interligam pequenas empresas/ clientes domésticos ao ISP» Redes empresariais Interligam até dezenas de milhar de computadores» Redes de

4 RT 4 Routers Presentes em todas as redes IP» Redes de acesso Interligam pequenas empresas/ clientes domésticos ao ISP» Redes empresariais Interligam até dezenas de milhar de computadores» Redes de transporte Interligam ISPs ou redes empresariais através de ligações longas Não directamente acessíveis a computadores Projecto de routers requisitos» Redes de acesso Múltiplas tecnologias e protocolos» Redes empresariais Muitas portas; baixo custo por porta; configuração fácil; mecanismos de QoS» Redes de transporte Encaminhar pacotes a débitos elevados; poucos links

5 RT 5 Componentes de um Router Portas de entrada Portas de saída Comutador Processador de rotas

6 RT 6 Porta de Entrada - Funções Implementação de protocolos De nível 2 (PPP, SLIP) ou nível 3 (PPTP, IPSec) Selecção da porta de saída» Identificação de endereço de destino dos pacotes» Inspecção da tabela de encaminhamento» Selecção da porta saída Classificação dos pacotes em classes pré-definidas Garantias de QoS Controlo do acesso ao comutador

7 RT 7 Comutador Tipos» Barramento Interliga todas as portas de entrada e saída» Matriz 2N barramentos; N*N pontos de contacto Transferência simultânea de pacotes» Memória partilhada Pacotes armazenados em memória partilhada Comutação de apontadores ou cabeçalhos Filas de pacotes» Fila à saída» Fila à entrada B comutador > B portaentra da B comutador < B portaentra da

8 Porta de Saída, Processador de Rotas RT 8» Porta de saída Armazena pacotes antes da transmissão pelo link de saída Podem implementar algoritmos de escalonamento (prioridades, garantias) Implementação de protocolos de nível 2» Processador de rotas Calcula tabelas de rotas e define encaminhamentos Executa protocolos de rotas Executa software de configuração e gestão do router Trata pacotes não explicitados na tabela de encaminhamento da carta de entrada

9 RT 9 Representação Alternativa (McKeown) Admission Control Routing Protocols Routing Reservation Control Plane Packet Classification Policing & Access Control Forwarding Switching Output Scheduling Datapath per-packet processing Ingress Interconnect Egress

10 Representação Alternativa 1. Ingress 2. Interconnect 3. Egress RT 10 Classifier Forwarding Policing & Access Control Forwarding Decision Classifier Forwarding Policing & Access Control Forwarding Decision Classifier Forwarding Policing & Access Control Forwarding Decision Limitation: Memory b/w Limitation: Interconnect b/w Power & Arbitration Limitation: Memory b/w

11 Router de Primeira Geração RT 11» Equipamento de baixo custo» Todos os pacotes são processados na carta principal (CPU)» Débito limitado por CPU e barramento» Software processamento normal de pacotes é interrompido com chegada de novos pacotes Mau comportamento em cargas elevadas latência grande, débito baixa

12 RT 12 Router de Primeira Geração Shared Backplane CPU Route Buffer Memory CPU Memory Interface Interface Interface Interface MAC MAC MAC Typically <0.5Gb/s aggregate capacity

13 Router de Segunda Geração CPU Route Buffer Memory RT 13 Card Buffer Memory Fwding Cache MAC Card Buffer Memory Fwding Cache MAC Card Buffer Memory Fwding Cache MAC» Cartas de rede inteligentes Podem ser master do barramento Têm informação de encaminhamento de pacotes Encaminham pacotes directamente entre si Generalidade dos pacotes não é processado pela carta principal (CPU) Typically <5Gb/s aggregate capacity

14 RT 14 Router de Terceira Geração» Equipado com matriz Possibilidade de comutação simultânea de N pacotes Pacotes trocados directamente entre cartas

15 RT 15 Router de Terceira Geração Switched Backplane Card CPU Card Card Interfac e CPU Local Buffer Memory Routing Local Buffer Memory Memory Fwding Fwding MAC MAC Typically <50Gb/s aggregate capacity

16 RT 16 Matriz de Comutação» Modelo simplificado 2N barramentos em paralelo» Na comutação de pacotes Ponto de contacto aberto o tempo suficiente para transferir pacote da entrada para a saída» Pode ser conter buffers internos

17 RT 17 Matriz Elementar Encaminhamento» Se 0 pacote enviado pela linha superior» Se 1 pacote enviado pela linha inferior Se 2 pacotes para mesma saída» Buferiza ou elimina pacote

18 RT 18 Matriz Banyan Matriz NxN composta elementos bxb» log b N andares» N/b elementos por andar Matriz Encaminhamento automático Síncrona ou assíncrona Regular implementação fácil em VLSI Em qualquer porta de entrada Pacote com endereço x é entregue na saída x! Se dois pacotes endereçados para x Situação de bloqueio N= 8 b= 2

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