08)Router architecture(Network Layer)

▣ Router Architecture

[두 가지 주요 기능] 

1. 라우팅알고리즘/프로토콜 수행(RIP, OSPF, BGF)

2. 입력 링크에서 출력 링크로 forwarding

  : routing processor를 통해 경로를 설정하게 되고 빠르게 forwarding하여 data를 넘길 수 있게 된다.

1) Input port function

 

  1. Physical Layer

    : Line termination에 속하며 Bit-level에서의 수신을 하게 된다.

  2. Data Link Layer
    : Ethernet? 이후에 공부할 수 있다고 한다.(ㅎㅎ)

  3. Decentralized Switching(분산 스위칭)

    : Datagram의 목적지 주소로 입력포트 메모리에 있는 Forwarding table을 이용하여 출력 포트를 검색한다. 

    : Line speed로 입력 포트를 처리한다.
     (2.5Gbps OC48링크, 256바이트 길이의 패킷을 초당 백만개 검색)
    : 데이터그램이 스위치 구조에 포워딩 하는 속도보다 빠르게 도착하면 큐잉(즉, 저장한다)

   <Switching Fabric은 3가지 유형의 구조를 갖는다>

   : input buffer롤 부터 적절한 output buffer로 전송한다.
   : switching rate - 패킷이 입력에서 출력으로 전속 될 수 있는 속도
      - 종종 입/출력 라인속도의 배수로 측정된다.
      - N개의 입력일 경우, 라인속도의 N배의 스위칭 속도가 적합

   

   1) Memory - 1세대 라우터

      : CPU의 제어하에 스위칭하는 전통적인 컴퓨터
      : 패킷을 시스템 메모리에 복사(즉, 모든 Input buffer로부터 들어오는 패킷들은 같은 메모리를 공유)

      : 메모리 대역폭에 따라 속도가 제한된다.(Datagram 당 2번 시스템 버스에 접근한다. - input → memory / memory→ output)

   2) Bus

      : 공유버스를 통해 입력 포트 메모리의 datagram을 출력포트 메모리로 이동시킨다.
      : 공유버스, 즉 하나의 통로를 통해 패킷이 이동하기 때문에, contention이 발생하며, 대역폭에 따라 스위칭 속도가 제한된다.
        (Input과 Output이 한번에 한번의 flow를 만든다)

      : 32 Gbps bus, Cisco 5600 - 액세스 네트워크와 기업 네트워크에서 동작하는 라우터로는 충분

   3) Interconnection을 통한 스위칭

      : Bus의 대역폭의 한계를 극복
      : Crossbar switch - n개의 입력 포트와 n개의 출력 포트로 연결된 2n개의 버스로 구성
      : cisco 12000 - 60Gbps의 속도로 스위칭

   [Input Port Queueing]

    : 스위치 구조가 모든 도착하는 패킷을 전달할 정도로 빠르지 않기 때문에 관리(큐잉)을 필요로 한다.
    1. HOL 블로킹(head of eh line blocking)
       : 큐의 앞부분에서 저장된 데이터그램이 다른 패킷을 전달하는 것을 방해
       : 큐잉 지연과 입력버퍼의 오버플로로 인하여 패킷의 손실이 발생

2) Out port function

  - Buffering : Switching 구조가 패킷의 output link의 속도보다 더빨리 도착할 때는 queueing(버퍼관리)를 필요로 한다.
  - Scheduling discipline : 버퍼(Queue)에 저장된 Datagram들을 선택하여 전송(default로 Fast FIFO로 구현)

  [Output Port Queuing]

   1. 스위칭 구조를 통해 패킷 도착 속도가 출력 라인 속도보다 클 경우 버퍼링발생

   2. 큐잉과 출력 버퍼의 오버플로로 인하여 패킷의 손실이 발생한다.

  [Buffering]
   : Buffering 큐칙 - 버퍼링 용량(B)은 Link용량(C)과 전형적인 RTT값(250msec)의 곲
     (ex. C=10Gbps 일경우 2.5Gbit buffer)

   : 최근에는 대용량 TCP흐름(N)에 따른 버퍼링 필요량으로 새롭게 계산