[NEW] Architettura di un router

Transcript

ARCHITETTURA DI UN ROUTER
F
Francesco
Li
Licandro
d
Architetture Avanzate di Rete
OUTLINE
| Background
B k
d
Cos’è
un router?
Perchè
P hè servono router sempre più
iù veloci?
l i?
Perchè è difficile realizzare un router?
| Architetture
e tecniche
Frrancesco Lica
andro
IP
address
dd
l k
lookup.
Packet buffering.
Switching.
S it hi
L’evoluzione dell’architettura di un Router
2
Router Architectures
INTRODUZIONE
Una rete a commutazione di messaggi è composta
interamente da elementi con funzione di mirror
che sono device denominati router
router, bridge e
switch.
| Il Router serve a collegare una rete di PC ad
un'altra LAN o ad Internet mediante un
collegamento di tipo LAN/ISDN/ADSL.
|
Roouter Architeectures
Frrancesco Lica
andro
3
DISPOSITIVI DI RETE
Frrancesco Lica
andro
4
COS’È IL ROUTING?
R3
A
R1
R4
B
C
D
E
R2
Destination Next Hop
D
R3
E
R3
F
R5
R5
F
Rou
ter
Arc
5
hite
ctur
es
R3
A
1
4
Ver
20 by
ytes
B
C
R4
16
32
Total Packet Length
HLe T.Service
T Service
n
Flags Fragment Offset
Fragment ID
TTL
P t l
Protocol
Destination
Next Hop
Destination
D
ti ti Add
Address
D
Options
(if any)R3
F
D
Data
E
H d Ch
Header
Checksum
k
R2
Source Address
E
D
R1
R3
R5
R5
F
6
R3
R4
B
C
D
A
R1
E
R2
R5
F
7
POINTS OF PRESENCE (POPS)
POP2
POP4
B
C
E
POP5
POP6
POP7
D
A
POP1
POP3
POP8
F
8
DOVE VENGONO UTILIZZATI I ROUTERS AD
ALTE PRESTAZIUONI
((10 Gb/s))
R1
R2
R5
R4
R3
R8
R9
R10
R7
R11
R14
R13
(10 Gb/s)
R6
R15
(10 Gb/s)
R16
R12
Rou
ter
Arc
9
hite
ctur
es
(10 Gb/s)
COME APPARE UN CORE-ROUTER
Cisco
sco GS
GSR 12416
6
Juniper
Jun
p r M160
M 6
19”
19”
6ft
Capacità: 160Gb/s
Potenza: 4.2kW
Full rack
Capacità: 80Gb/s
Potenza: 2.6kW
Half-a-rack
3ft
2ft
2.5ft
10
FUNZIONI DEL ROUTER
|
Le funzioni principali dei router sono:
Commutazione del traffico
y DNS (Domain Name Service)
Ser ice)
y Mantenimento dell’ambiente e memorizzare le relative
valutazioni nella tabella di routing
y
Frrancesco Lica
andro
11
TABELLE DI ROUTING
|
Le tabelle di routing includono:
y
y
y
y
Frrancesco Lica
andro
serie di indirizzi esistenti sulla rete (Destin. Address);
la porta verso cui inoltrare il pacchetto (interface) ;
i dati necessari per acquisire un messaggio su un router
più vicino alla destinazione (Hops);
i dati di routing (la metrica, una misura amministrativa
del tempo o della distanza), e diversi contrassegni
temporali.
12
COS’ E’ UN ROUTER
|
I ROUTER possono essere
Sono dispositivi atti alla connessione tra vari
host di una LAN ad altre reti
(LAN WAN,
(LAN,
WAN INTERNET)
Frrancesco Lica
andro
13
ROUTER SOFTWARE
Talvolta denominati gateway, sono programmi
gestiscono il traffico tra calcolatori e le
connessioni tra LAN.
LAN
| Esistono architetture programmabili ed
estendibile di router software
|
Frrancesco Lica
andro
Zebra
y Quagga
Q gg
y Click
y
14
ROUTER HARDWARE
|
Un router hardware è un computer a tutti gli
effetti ed è composta dai seguenti elementi:
Frrancesco Lica
andro
un processore (CPU);
(CPU)
y vari tipi di memoria, le quali vengono utilizzate per
immagazzinare
g
le informazioni;;
y un sistema operativo;
y varie porte ed interfacce per connettersi a dispositivi
periferici e per comunicare con altri computer.
y
15
CISCO SYSTEMS
|
Frrancesco Lica
andro
fondata da un gruppo di scienziati della Stanford
University nel 1984;
y ha sede negli Stati Uniti, nel cuore della Silicon
V ll
Valley;
y ad oggi controlla più dell'80% del mercato dei router;
y Migliaia di società private,
private service provider
provider, enti
governativi, sia in Italia che nel mondo, basano le
loro infrastrutture di rete sulle soluzioni Cisco
S
Systems.
y
Cisco Systems è conosciuta come la Regina di
Internet, è una delle più grandi multinazionali
del mondo,
mondo è leader nel settore tecnologico per le
infrastrutture e i servizi di rete.
16
ARCHITETTURA BASE DI UN IP ROUTER
Routing
Protocols
Routing
Table
Packets Input
Forwarding
Switching
Table
Control Plane
Packets Output
Datapath
per-packet
processing
p
g
Rou
ter
Arc
17
hite
ctur
es
UN ESEMPIO: CATALYST 6506
18
PORCESSAMENTO DEI DATI
Header Processing
D t
Data
Hd
Hdr
Lookup
Update
IP Address Header
IP Address
~1M prefixes
Off hi DRAM
Off-chip
D t
Data
Hd
Hdr
Coda
Next Hop
Address
Table
Buffer
Memory
~1M packets
Off hi DRAM
Off-chip
Rou
ter
Arc
19
hite
ctur
es
SCHEMA GENERICO DI UN ROUTER
Data Hdr
Header Processing
Lookup
IP Address
Update
Header
Header Processing
Lookup
IP Address
Add
Update
Header
H
d
Buffer
Address
Table
Data Hdr
Address
Table
Data Hdr
Data
MemoryHdr
Header Processing
Lookup
IP Address
Buffer
Manager
Data Hdr
Buffer
Memory
Address
Table
Data Hdr
Buffer
Manager
Update
Header
Buffer
Manager
B ff
Buffer
Memory
20
PROCESSAMENTO PER PACCHETTO IN UN
IP ROUTER
Ri
Riceve
i pacchetti
h tti in
i ingresso
i
d l link.
dal
li k
2
2.
Lookup:
L
k
Ri
Ricerca
d ll’i di i
dell’indirizzso
di destinazione
d ti
i
dei pacchetti ed identifica la prota di suscita in
base alle tabella di routing.
g
Header Processing: modifica dell’header dei
pacchetti : ad es., decremento del campo
TTL update
TTL,
d t d
dell checksum.
h k
Switching: Invio del pacchetto verso la porte
di uscita.
uscita
Buffering: Accoda i pacchetti
Invio dei p
pacchetti sul link di uscsita.
3.
4.
5.
6.
Frrancesco Lica
andro
1.
21
COMPONENTI DI UN ROUTER
|
I componenti di un router giocano un ruolo chiave
nel processo di configurazione. Sapere quali
componenti sono coinvolti nel processo di
configurazione permette di capire come il router
g
ed utilizza i comandi eseguiti
g
immagazzina
dall’utente.
Frrancesco Lica
andro
22
|
y
y
y
y
y
AUI: interfaccia Ethernet di tipo
AUI (attachment unit interface);
10BaseT/100BaseT: interfaccia
Eth
Ethernet;
t
SERIALE: interfaccia seriale
sincrona (da collegare, con
pp
cavo p
proprietario,
p
,a
apposito
modem sincroni con interfaccia
V.35);
BRI: interfaccia verso un accesso
base ISDN;
ATM: interfaccia ATM, in fibra
oppure in rame.
Le Interfacce di rete sono le
connessioni di rete sulla
scheda madre del router, e
sono:
23
ALTRI COMPONENTI
|
|
Frrancesco Lica
andro
|
|
RAM : nella RAM si trova la configurazione "corrente" del
router e le varie variabili temporanee necessarie al router per
il suo funzionamento: tabelle di routing, arp cache e il buffer
riempito dai pacchetti in coda. Il contenuto della RAM viene
perso in fase di spegnimento o riavvio del router (memoria di
tipo "volatile") .
NVRAM (non volatile RAM): preserva la configurazione utile
allo startup e al backup
backup. Contiene il registro di configurazione.
configurazione
Non viene persa in caso di spegnimento del router;
FLASH: è la memoria di tipo "permanente", nella quale si
trova il sistema operativo (Internetwork Operating System IOS). Nella memoria Flash possono essere salvate diverse
versioni dell'IOS;
ROM: è la memoria nella quale si trova il software di
di
diagnostica
ti e il software
ft
di base
b
d
dell router
t (f
(fondamentalmente
d
t l
t
quello necessario al boot dell'apparato); l’aggiornamento
software nella ROM richiede la rimozione e sostituzione dei
p sulla CPU.
chip
24
MICROPROCESSORE
|
|
In aggiunta ai componenti del router
possiamo trovare delle Schede di
espansione che si inseriscono in appositi
alloggiamenti (slot) e ospitano vari tipi di
interfacce fisiche (Ethernet, modem
ecc.), nonchè eventuali moduli avanzati.
Frrancesco Lica
andro
instradare i pacchetti (processo di forwarding) provenienti dalle
varie interfacce di input e determinare l'interfaccia di uscita dove
inoltrare gli stessi;
y calcololare le tabelle di instradamento e l'aggiornamento dei
dati di routing;
g
y garantire il controllo delle funzioni del router e permetterne
la gestione (attraverso i comandi dell'amministratore).
y
Il componente che sovreintende al funzionamento di tutto
l'apparato è il:
Microprocessore: la sua potenza varia a seconda della
pp
appartiene.
pp
versione del router e della classe a cui l'apparato
Diversi router Cisco montano più di una CPU. I compiti svolti
dal microprocessore sono fondamentalmente i seguenti:
25
IL SISTEMA OPERATIVO
|
Frrancesco Lica
andro
L’immagine del sistema
operativo IOS non può essere
visualizzata sul terminale.
L’immagine viene eseguita dalla
memoria RAM e caricata da uno
delle diverse origini
g
di input.
p
Il sistema operativo è strutturato
in modo da eseguire delle
operazioni come lo spostamento
dei dati, la gestione delle tabelle
e dei buffer, gli aggiornamenti
degli instradamenti e
l’esecuzione dei comandi utente.
Una versione
ersione sal
salvata
ata di questo file di configurazione
configura ione è
immagazzinato nella NVRAM in modo permanente e viene
caricato nella memoria principale RAM ogni volta che il
router viene acceso.
26
CHE COSA CONTIENE UN ROUTER
|
Porta di Ingresso
Struttura del
commutatore
(switching
fabric)
Porta di Uscita
Frrancesco Lica
andro
Porta di Ingresso
Porta di Uscita
|
Il compito
it fondamentale
f d
t l di un router
t è quello
ll di ttrasferire
f i
un datagram da un link di ingresso all’appropriato link di
uscita
Una vista generale dell’architettura
dell architettura di un generico router è
mostrata in figura
27
Processore di
Instradamento
|
|
Frrancesco Lica
andro
|
|
Porte
P
t di iingresso: permettono
tt
l’
l’utilizzo
tili
d
dello
ll
strato fisico e dello strato del link dati. Inoltre
svolgono funzioni di ricerca e di inoltro. Ad esempio i
pacchetti di controllo (per esempio che trasportano
informazioni del protocollo di instradamento per
RIP, OSPF o BGP) sono inoltrati dalla porta di
ingresso al processore di instradamento
Struttura del commutatore: collega le porte di
ingresso del router con alle sue porte di uscita
Porte di uscita: immagazzina i pacchetti che le
sono stati passati e poi li trasmette sulle porte di
uscita. In poche parole compie all’inverso le
f
funzionalità
i
li à d
delle
ll porte di ingresso
i
Processore di instradamento: esegue il protocollo
di instradamento mediante tabelle di routing
28
PORTE DI INGRESSO
|
|
Accodamento
Frrancesco Lica
andro
Elaborazione della porta di ingresso
Ricerca,,
Inoltro,
Stru
uttura deel commu
utatore
Terminazione di
linea
Elaborazione
El
b
i
link
li k
dati
(protocollo,
decapsulamento )
|
La ffunzione
L
i
d
della
ll porta
t di ingresso
i
è quella
ll
di determinare il segnale di linea della porta e
l’elaborazione del link dati implementato dagli strati
fisico e del link dati.
La funzione di ricerca/inoltro (lookup/forwarding) è
centrale nella funzione di commutazione dei router.
router
La scelta della porta di uscita è effettuata usando le
informazioni contenute nella tabella di
i t d
t
instradamento.
29
PORTE DI INGRESSO
Frrancesco Lica
andro
Benché la tabella di instradamento sia
calcolata
l l t dal
d l processore di instradamento,
i
d
una
sua copia ombra è tipicamente immagazzinata in
ciascuna porta di ingresso ed aggiornata dal
processore di instradamento.
| In questo modo le decisioni di commutazione
possono essere prese localmente. A ciascuna
porta di ingresso, senza richiedere l’intervento
del processore di instradamento.
|
30
PORTE DI INGRESSO
Nei router con scarsa capacità di
elaborazione alle porte di ingresso, queste
possono semplicemente inoltrare il pacchetto al
processore di instradamento, che effettua la
ricerca nella tabella di instradamento e invierà il
pacchetto all’appropriata porta di uscita
| Data l’esistenza di una tabella di instradamento,
la ricerca in questa tabella è concettualmente
semplice:
|
Frrancesco Lica
andro
Bisogna cercare all’interno della tabella l’ingresso
relativo a una destinazione che meglio si accorda con
l’indirizzo della rete di destinazione
y
31
VELOCITÀ DI UN ROUTER
L’elaborazione eseguita dalla porta di ingresso è
desiderabile che avvenga a velocità lineare
(line speed),
speed) cioè,
cioè che una ricerca possa essere
eseguita in meno tempo di quello richiesto per
pacchetto alla p
porta di ingresso.
g
ricevere un p
| Per dare un’idea delle prestazioni richieste per
una ricerca, con un link a 2.5 Gbit/s e pacchetti
lunghi 256 byte si ha un tasso di circa 1 milione
di ricerche la secondo.
|
Frrancesco Lica
andro
32
DA COSA DIPENDE LA VELOCITÀ DI UN
ROUTER
|
Ricerca degli indirizzi (Address lookup),
y Packet buffering
y Switching.
S
y Diemensione dei pacchetti dati
y
Esistono tre potenziali colli di bottiglia che
limitano le prestazioni di un router:
33
IP ADDRESS LOOKUP
128.9.176.0/24
128.9.16.0/21 128.9.172.0/21
65.0.0.0/8
0
128 9 0 0/16
128.9.0.0/16
142.12.0.0/19
128.9.16.14
Routing lookup: Trovare il prefisso di
corrispondenza più lungo ( l'itinerario più
specifico) fra tutti i prefissi che corrispondono
all'indirizzo di destinazione..
232-1
34
INDIRIZZAMENTO IP
CLASSLESS INTERDOMAIN ROUTING (CIDR)

Lo spazio degli indirizzi IP è diviso in segmenti.
Ogni segmento è descritto da un prefisso.
Un prefisso è nella forma x/y dove x indica Il prefisso di tutti gli
indirizzi allaprtentei a quella linea di segmento, e y indica la lunghezza
di quel segmento.
es.: Il prefisso 128.9/16 rappresenta la linea di segmento contenenete
gli indirizizzi compresi tra 128.9.0.0 e 128.9.255.255.
128.9.0.0
128.9/16
0
216
128 9 16 14
128.9.16.14
232-11
Frrancesco Lica
andro
65/8
35
INDIRIZZAMENTO
R
O IP
CLASSLESS INTERDOMAIN ROUTING (CIDR)
128=2^7
9=2^3+2^0
16=2^4
16
2 4
14=2^3+2^2+2^1
76543210
⇒ 128.9.16.14 = 10000000.00001001.00010000.00001110
128.9/16 =1000000.00001001.xxxxxxxx.xxxxxxxx
128.9.0.0
128.9/16
0
216
128 9 16 14
128.9.16.14
232-11
Frrancesco Lica
andro
65/8
36
SCHEMA DEL BLOCCO DI RICERCA
Frrancesco Lica
andro
37
AUMENTO DELLE DIEMSIONI DELLE
TABELLE DUI ROUTING
Il lookup deve
essere veloce:
circa 30 ns per
una linea
li
d
da
10Gb/s
Source: http://www.cidr-report.org/
Dimensioni
elevate delle
tabelle di
routing : circa
150.000 entries
nel 2005;
38
VELOCITÀ DI LOOKUPS
Linea
Pacchetti
d 40 Byte
da
B t
(Mpkt/s)
1997
1999
2001
2003
622Mb/s
2.5Gb/s
10Gb/s
40Gb/s
1.94
7.81
31.25
125
2006?
160Gb/s
500
Anno
39
ALBERI DI RICERCA
|
0
0
1
0
1
1
0
0
Frrancesco Lica
andro
1
|
Una tecnica per risol
risolvere
ere il problema della ricerca è quella di
immagazzinare gli ingressi delle tabelle di instradamento in
una struttura ad albero. Ciascun livello nell’albero corrisponde
a una bit nell’indirizzo di destinazione. Per cercare un
indirizzo, si parte semplicemente dal nodo base dell’albero. Se il
primo è uno 0, allora il sottoalbero di sinistra conterrà l’ingresso
della tabella per un indirizzo di destinazione; altrimenti si
troverà nel sottoalbero di destra.
Allo stesso modo di procede per tutti i bit dell’indirizzo e
l’indirizzo di destinazione viene trovato dopo N passi (dove N è
il numero di bit che forma l’indirizzo)
40
AUMENTO DELLA VELOCITÀ DI RICERCA
|
y
Un’altra tecnica è quella di mantenere le tabelle
di istradamento di recente accesso in cache
[Feld eie 1988]
[Feldmeier
Frrancesco Lica
andro
|
La serie router Cisco 8500 ha 64K di CAM per
ciascuna porta di ingresso
Molte tecniche sono state indagate per ottenere
un aumento della velocità di ricerca (lookup). Le
attuali memorie indirizzabili (CAM) permettono
ad un indirizzo IP a 32 bit di essere presentato
p p
praticamente costante.
alla CAM in tempo
41
STRUTTURA DEL
COMMUTATORE
Una volta determinata la porta di uscita,
il pacchetto viene inoltrato alla struttura di
commutazione
| Attraverso questa struttura i pacchetti sono
realmente spostati da una porta di ingresso a una
di uscita
| La commutazione può essere eseguita in diversi
modi:
|
Frrancesco Lica
andro
Commutazione attraverso la memoria
y Commutazione per mezzo di un bus
y Commutazione attraverso una rete intercollegata
y
42
COMMUTAZIONE ATTRAVERSO LA
MEMORIA
|
|
|
X
MEMORIA
B
Frrancesco Lica
andro
A
|
I Router
R t più
iù semplici
li i hanno
h
ricevono
i
lla commutazione
t i
ttra
le porte attraverso il controllo della CPU.
Una porta di ingresso con un pacchetto in arrivo segnala
ll’evento
evento la processore di instradamento attraverso
interrupt.
Il pacchetto viene copiata dalla porta di ingresso alla porta
di uscita attraverso la memoria
La velocità di elaborazione è pari a B/2 pacchetti/s, dove B
rappresenta la velocità di scrittura della memoria
Y
43
C
Z
COMMUTAZIONE PER MEZZO DI UN BUS
|
|
|
X
B
Y
Frrancesco Lica
andro
A
|
La porta
L
t di iingresso trasferisce
t f i
un pacchetto
h tt
direttamente sulla porta di uscita su un bus condiviso
Se un p
pacchetto in arrivo a una p
porta in ingresso
g
trova il bus occupato viene bloccato ed accodato.
La velocità è limitata dalla velocità del BUS
L velocità
La
l i à di alcuni
l
i Gbit/S
Gbi /S è sufficiente
ffi i
per i router
che operano in reti di accesso o aziendali
44
C
Z
BUS
COMMUTAZIONE ATTRAVERSO UNA RETE
INTERCOLLEGATA
|
A
B
C
Z
Y
X
Frrancesco Lica
andro
|
CROSSBAR
|
Un commutatore
U
t t
CROSSBAR è una rete di
interconnessione che
consiste in 2N bus che
connettono N porte di
ingresso con N porte di
uscita
Anche questo caso si il
bus di uscita è occupato
il pacchetto in ingresso è
accodato sulla porta di
ingresso
I commutatori della
famiglia Cisco 12000
usano una rete che
fornisce oltre 60 Gbit/s
45
PORTE DI USCITA
|
Accodamento
(gestione buffer)
Elaborazione
El
b
i
link
li k
dati
(protocollo, decapsula
mento )
Terminazione
di linea
Frrancesco Lica
andro
Sttruttura del
coommutattore
|
|
La porta
L
t di uscita
it preleva
l
i datagram
d t
che
h
sono stati immagazzinati nella memoria
della porta di uscita e li trasmette sul link in uscita.
L gestione
La
ti
dell’accodamento
d ll’
d
t ed
dell b
buffer
ff sono
necessarie quando la struttura del commutatore invia
pacchetti alla porta di uscita a un tasso che supera
quello del link
Possono essere implementate diverse politiche di
scheduling e di gestione dinamica della coda per la
Q S
QoS
46
Elaborazione della porta di Uscita
DOVE SI VERIFICA L’ACCODAMENTO?
|
|
Frrancesco Lica
andro
|
|
Le code
L
d di pacchetti
h tti sii possono formare
f
sia
i nelle
ll porte
t
di ingresso che nelle porte di uscita
E’ importante
p
considerare q
queste code p
perché al loro
crescere, lo spazio di buffer del router potrebbe
esaurirsi e potrebbe intervenire la perdita dei
pacchetti.
pacchetti
E’ qui, in queste code all’interno dei router, che i
pacchetti sono scartati
Se si ipotizza che le velocità delle porte in ingresso e
quelle di uscita siano uguali e che esistono n porte in
ingresso
g
ed n p
porte di uscita si deve avere che la
velocità della struttura di commutazione deve essere
almeno n volte superiore alla velocità delle linee di
ingresso per non avere nessun accodamento.
accodamento
47
GENERIC ROUTER ARCHITECTURE
Data Hdr
Header Processing
Lookup
IP Address
Update
Header
1
1
Header Processing
Lookup
IP Address
Add
Update
Header
H
d
2
2
NQueue
times line rate
Packet
Buffer
Memory
Address
Table
Buffer
Memory
Address
Table
Data Hdr
Queue
Packet
N times line rate
D
Data
Hd
Hdr
Header Processing
Lookup
IP Address
Address
dd
Table
Update
Header
N
N
Queue
Packet
Buffer
B
ff
Memory
48
GENERIC ROUTER ARCHITECTURE
Data Hdr
Header Processing
Lookup
IP Address
Update
Header
Address
Table
Data Hdr
Update
H d
Header
Address
dd
Table
Queue
P k t
Packet
2
2
Data Hdr
Buffer
Memory
y
Header Processing
Lookup
IP Address
1
Buffer
Address
Table
D
Data
Hd
Hdr
1
Data
Hdr
M
Memory
Header Processing
Lookup
IP Address
Add
Queue
Packet
Update
Header
Queue
Packet
Buffer
Data
MemoryHdr
Scheduler
N
N
Rou
ter
Arc
49
hite
ctur
es
PERFORMANCE DELL'APPARATO
|
La potenza di un router (intesa come numero di pacchetti al secondo
inoltrati) è variabile a seconda di alcune scelte architetturali del
router stesso:
y
|
Il segreto del successo dei router Cisco è, comunque, legato al sistema
di gestione. La potenza, da tutti riconosciuta, del sistema operativo
(Internetwork Operating System - IOS) è garanzia di funzionalità e
prestazioni
t i i ecellenti.
ll ti Questo
Q
t sistema
i t
(che
( h risiede
i i d nella
ll memoria
i
Flash) permette, attraverso appositi comandi, di configurare
l'apparato secondo le necessità dell'utente. L'IOS non è semplice ed
intuitivo, ma molto potente.
Frrancesco Lica
andro
y
i router di fascia bassa dispongono, generalmente, di schede (interfacce) a
funzionalità limitata.
limitata Tutto il lavoro viene demandato alla CPU
centrale, la cui potenza può essere variabile a seconda delle prestazioni
richieste;
i router di fascia media dispongono di schede intelligenti che montano, esse
stesse,, una CPU a bordo. Queste
Q
CPU svolgono
g
autonomamente una
consistente parte del processo di forwarding e la CPU centrale, svincolata
da alcuni oneri, si dedica al calcolo delle tabelle di routing e alla gestione
dell' apparato;
i router di fascia più alta dispongono di schede particolari che gestiscono il
processo
oce o di forwarding
fo a di g direttamente
di etta e te a livello
li ello hardware.
ha d a e
y
50
IL LAVORO DELLA RAM NEL ROUTER
Frrancesco Lica
andro
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Quando viene acceso il router, la ROM
esegue un programma di avvio (bootstrap).
(bootstrap) Questo
programma avvia alcuni test e successivamente
carica il software Cisco IOS nella memoria. Il
componente EXEC (command executive) che fa
parte dell’ IOS riceve ed esegue i comandi che
vengono immessi dall’utente.
Un router utilizza la RAM per caricare il file di
configurazione del router, file che contiene
processi e informazioni sulle interfacce che
direttamente influiscono sul funzionamento del
router; nella RAM sono caricate anche le tabelle
di rete mappate e l’elenco degli indirizzi del
routing.
g
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51
ANCHE I LA DIMENSIONE DEI PACCHETTI
INFLUISCE SULLE PRESTAZIONI
Frrancesco Lica
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PERCHÈ SERVONO ROUTER SEMPRE PIÙ
VELOCI?
1.
Evitare che i router diventino il collo di
bottiglia della rete Internet.
2.
Per aumentare la capacità dei POP capacity,
riducendo I costi le dimensioni e and to reduce
cost, size and power.
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andro
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PERCHÈ SERVONO ROUTER PIÙ VELOCI
1: EVITARE CHE I ROTER DIVENTINO COLLI DI
BOTTIGLIA DELLA RETE (BOTTLENECK)
10000
Packet Processing Power
Single Fiber Capacity
(commercial)
Spec95Int CPU rresults
≥ 2x
2 / year
1000
2x / 18 months
100
10
1
1985
1990
1995
0,1
Source: SPEC95Int & Coffman and Odlyzko.
2000
Rou
ter
Arc
54
hite
ctur
es
PERCHÈ SERVONO ROUTER PIÙ VELOCI
2: RIDURRE COSTI, POTENZAE COMPLESSITÀ DEI
POP
POP with large routers
POP with smaller routers

Porte: Prezzo >$50k, Potenza > 400W.
Normalmente il 50
50-60%
60% delle porte viene usato per le
interconnessioni
55
PERCHÈ È DIFFICILE REALIZZARE ROUTER
SEMPRE PIÙ VELOCI
La difficoltà viene dalla legge di Moore:
1.
y
y
Il limite è dato dalla velocità della memoria.
La velocità di accesso alla Memoria non segue la legge
Moore
La legge di Moore è troppo lenta:
2
2.
y
I Routers necerssitano di velocità sempre più maggiori
rispetto a quanto dettato dalla legge di Moore
Rou
ter
Arc
56
hite
ctur
es
LA LEGGE DI MOORE
•Nel 1965 Moore suppose che le
prestazioni dei microprocessori
sarebbero raddoppiate ogni 12
mesi.
•Nel 1975 questa previsione si rivelò
corretta e prima della fine del
decennio i tempi si allungarono a 2
anni, periodo che rimarrà valido per
tutti gli anni Ottanta.
Ottanta
•La legge viene riformulata alla fine
degli anni Ottanta ed elaborata
nella sua forma definitiva, ovvero le
prestazione dei processori
raddoppiano ogni 18 mesi.
Le prestazioni dei processori,
processori e il
numero di transistor ad esso
relativo, raddoppiano ogni 18 mesi.
Crescita del numero di transistor
per processori Intel (puntini) e legge
di Moore (linea superiore=18 mesi;
linea inferiore=24 mesi)
57
LA LEGGE DI MOORE – ORA
58
PERCHÈ È DIFFICILE REALIZZARE ROUTER
SEMPRE PIÙ VELOCI
VELOCITÀ DELLA DRAM IN COMMERCIO
1980 to
1983
1986
1995 Law:
1998
2001
It’s hard
keep
up 1989
with1992
Moore’s
1.
y 1000
The
Acc
cess Time (n
ns)
y
bottleneck is memory speed.
Memory speed is not keeping up with Moore’s Law.
100
1 1x / 18 months
1.1x
10
1
0,1
0,01
Moore’s Law
2x / 18 months
Rou
ter
Arc
59
hite
ctur
es
LE PRESTAZIONI DEI ROUTER SUPERANO
LA LEGGE DI MOORE
Crescita delle capacità dei router in commercio :
y
y
y
y
y
Capacità nel 1992 ~ 2Gb/s
C
Capacità
ità nell 1995 ~ 10Gb/s
10Gb/
Si ha avuto un tasso di aumento pari al
2.2x / 18 mesi
60
ROUTERS DI PRIMA GENERAZIONE
Shared Backplane
p
CPU
Route
Table
Buffer
Memory
Line
Li
Interface
Line
Li
Interface
MAC
MAC
MAC
Tipicamente
p
capacità
p
< 0.5Gb/s
Line
Li
Interface
61
ROUTERS DI SECONDA GENERAZIONE
CPU
Route
Table
Buffer
Memory
Line
Card
Line
Card
Buffer
Memory
Buffer
Memory
Buffer
Memory
Fwding
Cache
Fwding
Cache
Fwding
Cache
MAC
MAC
MAC
Tipicamente capacità < 5Gb/s
Line
Card
62
ROUTERS DI TERZA GENERAZIONE
Switched Backplane
CPU
Card
Line
Card
Local
Buffer
Memory
Routing
Table
Local
Buffer
Memory
Fwding
Table
Fwding
Table
MAC
MAC
Tipicamente
p camente capac
capacità
tà < 50Gb/s
Line
Card
63
ROUTERS DI Q
QUARTA GENERAZIONE
MULTI-RACKS, OPTICAL LINKS
Optical links
100s
of metres
Switch Core
Linecards
0.3 - 10Tb/s routers
Rou
ter
Arc
64
hite
ctur
es
(FUTURO) ROUTER DI QUINTA
GENERAZIONE
OPTICAL SWITCH CORE
Optical links
100s
of metres
Optical Switch Core
Linecards
10-100Tb/s routers, in project
Rou
ter
Arc
65
hite
ctur
es
(FUTURO) ROUTER DI SESTA
GENERAZIONE
ALL-OPTICAL ROUTERS
Optical links
100s
of metres
Optical Switch Core
Optical Linecards
100-1000Tb/s routers, in the far future
Rou
ter
Arc
66
hite
ctur
es