Date post: | 25-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | agustin-maldonado-aguilera |
View: | 226 times |
Download: | 0 times |
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Uvod
http://kondor.etf.rs/~aleksandra/ASR.html [email protected] Paviljon II, konsultacije: utorak 2-4PM Literatura
H.J. Chao, C.H. Lam, E. Oki, Broadband Packet Switching Technologies, John Wiley and Sons Inc., NY 2001
G. C. Sackett, Cisco Router Handbook, Mc Graw Hill, NY 1999
Izabrani radovi na veb sajtu
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Ispit
Ispit se radi kroz projekat. Studenti podeljeni u timove, dva/tri studenta u timu. Projekat je modeliranje i analiza performansi paketskog
sviča, odnosno rutera za zadate matrice saobraćaja. Modeliranje u programskom jeziku C. Pisani izveštaj treba da obuhvati kratak opis rutera,
algoritma, opis matrica saobraćaja, i analizu performansi sviča. Nosi 50 poena.
Studenti pojedinačno usmeno prezentiraju projekat uz slajdove, i odgovaraju na dva teorijska pitanja. Usmena prezentacija projekta nosi 34 poena, odgovori 14 poena i poseta Iritelu 2 poena.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Raspored kursa
Nov. 6. - Uvod i Paketsko procesiranje. Nov. 7. - Paketsko procesiranje: IP lukap. Nov. 13. - Paketski svičevi sa izlaznim baferima i
paketski svičevi sa zajedničkim baferom. Nov. 20. - Paketski svičevi sa ulaznim baferima. Okt. 27. - Implementacija funkcionalnosti
paketskih svičeva u FPGA čipovima. Opis projekta i priprema za lab vežbe.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Raspored kursa
Dec. 4. - Birkoff-von-Neumann i multistepeni svičevi
Dec. 11. – Poseta Iritelu Dec. 18., 25.– Lab vežbe
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Svičevi ili komutatori
Svičevi (komutatori) Sa komutacijom kola Paketski svičevi
Svičevi sa komutacijom kola Telefonske centrale Transportni svičevi
Paketski svičevi su jezgro Mostova Rutera
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Arhitektura Internet rutera i paketskih svičeva
Paketski procesor Procesiranje sloja 2 Lukap Segmentacija i rekonstrukcija paketa
Paketski svič (komutator) Centralni procesor
OSPF, RIP,BGP MPLS Protokoli zaštite
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Terminologija
Paketski svič ili komutator je sastavni deo mosta ili Internet rutera.
Pošto most odnosno ruter najpre odrede svoj izlazni port na koji je okvir odnosno paket usmeren na osnovu MAC adrese okvira odnosno IP adrese paketa.
Zatim je okvir odnosno paket prosleđen kroz komutator. Komutator sadrži bafere. Kontroler komutatora određuje da li i kada će okviri odnosno paketi biti prosleđeni kroz komutator.
Vendori mostove zovu svičevima (na engleskom Ethernet switch obavlja i funkcije mosta).
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Arhitektura Internet rutera
ULAZNO IZLAZNIMODUL
ULAZNOIZLAZNIMODUL
ULAZNOIZLAZNIMODUL
KOMUTATORGENERATOR
TAKTACENTRALNI PROCESOR
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Arhitektura Internet rutera (3D)
UIM UIM UIM UIM UIM UIMKOM CP
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Ulazno-izlazni modul-Paketski procesor
PROCESORFIZIČKOG
SLOJA
PROCESORSLOJALINKA
MREŽNIPROCESOR BAFER
BAFERMREŽNI
PROCESOR
PROCESORSLOJALINKA
PROCESORFIZIČKOG
SLOJA
LUKAPMEMORIJA
SPI-4,(POS-PHY-4)SFI-4
SFI-4 SerDes Framer InterfaceSPI-4 System Packet Interface
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Standardizovani interfejsi čipova SFI-x (SerDes Framer Interface) i SPI-x (System Packet
Interface) su OIF (Optical Internetworking Forum) standardi.x=3 za 2.4Gb/s, x=4 za 10Gb/s i x=5 za 40Gb/s brzinu portova
SFI-x je interfejs između SerDes čipa optičkog primopredajnika i procesora fizičkog sloja. Može povezati više čipova koji izvršavaju protokole fizičkog sloja. Definiše format signala, i klokova, kao i proces kodovanja i sinhronizacije.
SPI-x je interfejs preko koga se prenose paketi promenljive dužine. Definiše format signala, i klokova, kao i kontrolu toka. Takođe razgraničava pakete i adresira kanale kojima paketi pripadaju.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Paketski procesor SDH frejmer prilagodjava SDH signal
transiverima na ploči, i procesira SDH zaglavlje Procesor sloja linka izdvaja okvire i pakete,
dekoduje signal i konvertuje signal u odgovarajući format
Mrežni procesor obrađuje IP zaglavlje, i vrši IP lukap, odnosno određuje izlazni port na osnovu IP adrese
Paketi, odnosno ćelije se čuvaju u baferima pre i/ili posle komutacije
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Proizvođači
Vendori čipova su: Agere Systems, PMC Sierra, Broadcom, Mindspeed, Vitesse Semiconductors, AMCC, Exar Corporation, Conexant Systems, Marvell Technology Group, takođe i velike kompanije kao Agilent, Freescale, Intel IBM, Infineon, Motorola, Texas Instruments, Toshiba.
Vendori koji proizvode rutere i svičeve: Cisco, Juniper, Huawei, ZTE, Avici, Chiaro, Allied Telesyn i druge.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Skalabilnost
Skalabilni ruteri, odnosno ruteri velikog protoka, smanjuju broj tranzitnih portova, a samim tim: cenu mreže, kašnjenje i verovatnoću otkaza usled kompleksnosti mreže.
Dve funkcije su usko grlo u ruterima velikog kapaciteta: IP lukap Komutiranje paketa, odnosno ćelija
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
IP lukap Najjednostavniji algoritam je trie algoritam koji se zasniva
na stablu sa prefiksima IP adresa koji su mrežne adrese. Najduži prefiks odgovara listu stabla, koji sadrži i ID
izlaznog porta. Stablo i portovi se čuvaju u brzoj memoriji, SRAM-u. U najgorem slučaju broj pristupa memoriji je jednak
dužini adrese, 32 kod IPv4 i 128 kod 128 IPv6. Na 10Gb/s, najkraći paket je 50ns, a pristup memoriji traje
5-10ns.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Arhitektura komutatora (svičeva)
Paketski svičevi sa baferima na izlazu Paketski svičevi sa zajedničkim baferom Paketski svičevi sa baferima na ulazu Birkoff-von-Neumann svičevi Torusni svičevi Clos svičevi
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Svičevi sa izlaznim baferima Ako više paketa dolaze istovremeno za isti izlazni
port, oni se memorišu u baferu tog izlaza. U najgorem slučaju paketi sa svih ulaza dolaze na
isti izlaz, te protok bafera mora biti jednak protoku sviča.
Protok sviča je ograničen protokom bafera. Opsluživanje paketa u svakom baferu kontroliše
poseban kontroler, ili skedžuler. Ovo omogućava visok kvalitet servisa: rezervacije kapaciteta, garancije kašnjenja i fer servis za saobraćaj najboljeg pokušaja.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Svičevi sa zajedničkim baferom Svi paketi se upisuju u isti bafer i ispisuju iz istog
bafera. Protok bafera je dva puta veći od protoka sviča, ili
protok sviča je duplo manji od maksimalnog protoka bafera.
Broj bafera visokog protoka je N puta manji, gde je N broj portova.
Opsluživanje paketa je takođe nezavisno pa se postiže isti kvalitet servisa, s tim što je memorija za čuvanje paketa po izlazu manja.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Svičevi sa ulaznim baferima Kapacitet sviča se povećava kada su baferi na ulazu.
Baferi više ne limitiraju protok sviča. Paketi se iz ulaznih bafera šalju na izlaze kroz kros-bar. Kros-bar je takav da u nekom trenutku ulaz šalje najviše
jedan paket i izlaz prima najviše jedan paket. Uzimajući u obzir funkcionisanje kros-bara, i informaciju
o paketima u baferima, kontroler prosleđuje pakete kroz kros-bar.
Opsluživanje paketa postaje kompleksno, pa je teško ostvariti kvalitet servisa.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Birkoff-von-Neumann svičevi Paketi se segmentiraju na ćelije i te se ćelije prosleđuju
kroz TDM svič na ulazu, u memorije. Iz memorija se ćelije čitaju kada dođu na red za
opsluživanje, opet kroz TDM svič, sada na izlazu. Na svakom izlazu se odlučuje o redosledu opsluživanja
ćelija, a prema TDM rasporedu. Prednost je to što nije potreban centralni kontroler. Mana je što može doći do katastrofalnog blokiranja. O tome koliko je fer servis nema podataka.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Torusni svičevi
Torusni svič je multistepeni. Svaki ulazno-izlazni modul ima svoj svič preko
koga je povezan sa 6 susednih ulazno-izlaznih modula.
Prednost ove arhitekture je da se lako proširuje. Mana ovakvog sviča je da je blokirajući, i unosi
dugo kašnjenje paketa. Ne zna se ništa o tome koliko fer servis pruža ova
arhitektura.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Clos svičevi Clos svič je višestepeni svič, konkretno trostepeni. Svičevi u ulaznom stepeni su povezani sa svičevima u
srednjem stepenu koji su povezani sa svičevima u izlaznom stepenu.
Paketi su podeljeni na ćelije koje se balansiraju kroz svičeve u srednjem stepenu tako da su svi linkovi u sviču jednako opterećeni.
Ne postoji potreba za centralnim kontrolerom. Može biti neblokirajući. Ne zna se puno o tome koliko je opsluživanje paketa fer.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Transportni svičevi Transportni svičevi komutiraju kola, što znači da
alociraju fiksni kapacitet između portova. Ovaj fiksni kapacitet se zapravo sporo menja.
Transportni svičevi komutiraju SDH signale, koji u sebi nose ili TDM signale ili pakete.
Kompanije koje proizvode transportne svičeve su tradicionalni telekomunikacioni vendori i druge novije kompanije: Lucent, Siemens, Ericsson, Huawei, ZTE, NEC, Ciena, ali i domaća firma Iritel.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Paketsko procesiranje
Podrazumeva obradu paketa sve dok nije sačuvan u memoriju komutatora (sviča).
Najbolje razumevanje o pojedinim funkcijama se dobija kroz zaglavlja protokola koji se implementiraju.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Procesor fizičkog sloja
PROCESOR FIZIČKOG
SLOJA
PROCESORSLOJALINKA
MREŽNIPROCESOR BAFER
BAFERMREŽNI
PROCESOR
PROCESORSLOJALINKA
PROCESORFIZIČKOG
SLOJA
LUKAPMEMORIJA
POS-PHY-4,SPI-4SFI-4
SFI-4 SerDes Framer InterfaceSPI-4 System Packet Interface je osnova za POS-PHY-4 (ili PL-4)
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
SDH (SONET) funkcije TDM hijerarhija služi da se između rutera mogu obezbediti fleksibilni
protoci. PDH (Plesio-chronous Digital Hierarchy) pruža kapacitete do 565Mb/s, a SDH do 40Gb/s.
Osnovno multipleksiranje je grubo, u PDH svaki sledeći nosioc ima 4 puta veći protok od prethodnog počev od E1 od 2Mb/s, kao i u SDH nosioci sadrže 1-1024 nosioca STM-1 sa protokom 155Mb/s. SONET ima nosioce sa 3,6,12,18,24,36,48,192, 468 i 3072 nosioca OC-1 sa protokom od 52Mb/s.
Kod SONET-a DS3=OC1, kod SDH E4=STM-1 VCAT (Virtual Concetanation) i LCAS (Link Capacity Adjustment
Scheme) se koriste da bi između rutera mogle da se dinamički obezbede flexibilni kapaciteti linkova.
SDH takođe omogućava da se otkriju problemi transmisije na linku, sekciji ili putanji.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
VCAT i LCAS VCAT omogućava fleksibilniju podelu kapaciteta nego
SDH i to na različite načine. Prvo, uzastopno sporiji nosioci mogu da se spoje i da im
se dodeli kraće zajedničko zaglavlje, pri čemu se povećava efikasnost kanala.
Moguće je takođe da se spajaju nosioci koji nisu uzastopni, a koji su na raspolaganju, da bi se preneo kanal veće bitske brzine. Ovakva grupa nosioca se zove VCG (Virtual Concatenation Group).
LCAS je signalizacioni protokol sa kraja na kraj, sa dvostrukim rukovanjem, kojim se usklađuju kapaciteti predajnika i prijemnika.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Procesor fizičkog sloja
Prima signal, izdvaja takt iz njega, uobličava signal, uklanja smetnje, usaglašava fazu signala i vrši detekciju bita.
Vrši dekodovanje bita. Ukoliko se paketi prenose preko TDM signala
(PDH, SDH): procesor izdvaja zaglavlja, i vrši demultipleksiranje odnosno multipleksiranje.
Vrši konverziju signala u format potreban sledećem bloku.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Procesor sloja linka
PROCESOR FIZIČKOG
SLOJA
PROCESORSLOJALINKA
MREŽNIPROCESOR BAFER
BAFERMREŽNI
PROCESOR
PROCESORSLOJALINKA
PROCESOR FIZIČKOG
SLOJA
LUKAPMEMORIJA
POS-PHY-4,SPI-4SFI-4
SFI-4 SerDes Framer InterfaceSPI-4 System Packet Interface je osnova za POS-PHY-4 (ili PL-4)
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Popularna zaglavlja sloja linka
HDLC
PPP
Eternet
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Popularna zaglavlja sloja linka Popularni protokoli sloja linka su HDLC, PPP, i Eternet Zajedničke polja su: flegovi, adresa destinacije, kontrolna
suma za proveru ispravnosti okvira, i mrežni protokol. HDLC ima i kontrolno polje kojom se određuje vrsta
okvira (informacioni, nadzorni ili nenumerisani) koji obezbeđuje pouzdanost pomoću protokola sa klizećim prozorom.
PPP obično nema adresu destinacije. LCP (Link Control Protocol) okviri uspostavljaju i konfigurišu vezu. NCP (Network CP) okviri konfigurišu mrežni sloj.
Eternet ima i polje za dužinu paketa. PAUSE komande regulišu gustinu saobraćaja i šalju se na multikast adresu.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Procesiranje na sloju linka Zajedničke funkcije za popularne slojeve linka su:
Razgraničavanje okvira pomoću flegova (kod Eterneta i dužine okvira)
Izdvajanje adrese destinacije i prijem okvira ako se adresa destinacije poklapa sa lokalnom adresom,
Provera ispravnosti okvira, Određivanje mrežnog protokola. Implementacija protokola klizećeg prozora kod HDLC protokola.
Obrada LCP i NCP okvira kod PPP protokola. Obrada PAUSE okvira kod Eterneta. Popunjavanje okvira
kod Gigabitnog Eterneta.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Mrežni procesor
SDHFREJMER
PROCESORSLOJALINKA
MREŽNIPROCESOR BAFER
BAFERMREŽNI
PROCESOR
PROCESORSLOJALINKA
SDHFREJMER
LUKAPMEMORIJA
POS-PHY-4,SPI-4SFI-4
SFI-4 SerDes Framer InterfaceSPI-4 System Packet Interface je osnova za POS-PHY-4 (ili PL-4)
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
IPv4 zaglavlje
Version (4 b) hdr lnth (4 b)
TOS
total length
pkt id
offsetdf mf (3 b)
offset (cont’d)
TTL (time to live)
protocol
hdr checksum
source
destination
options
padding
2
2
2
4
4
Variable (<40B)
variable
Don’t FragmentMore Fragments
TCP,UDP
1
1
1
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
IPv6 zaglavlje
(4 bits)TOS flow label (20 bits)
vers(8 bits)
payload length (2 B) Next (1 B) Hops (1 B)
Source (128 bits)
Destination (128 bits)
hop by hop hdr, or dest info, or authentication hdr, or fragmentation hdr ...
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Procesiranje na mrežnom sloju Zajedničke funkcije IPv4 i IPv6 su sledeće: određivanje
prioriteta (polje ToS), razgraničavanje pakete preko njegove dužine, ažuriranje broja hopova, i izdvajanje IP adresa.
IPv4 obavlja dodatne funkcije provere ispravnosti zaglavlja, i segmentacije te rekonstrukcije paketa.
IPv6 ima u sebi adresu toka da bi pružio mogućnost uspostavljanja veze na ovom nivou.
Obe verzije pružaju razne opcije među kojima su najvažnije: eksplicitno zadavanje putanje i autentifikacija.
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Procesiranje na mrežnom sloju Mrežni procesor obavlja sledeće funkcije:
Određuje prioritet paketa i smešta ga u odgovarajući red za čekanje
Odbacuje paket ako je broj hopova veliki, u suprotnom inkrementira broj hopova
Izdvaja IP adresu destinacije, i vrši lukap Proverava ispravnost zaglavlja (IPv4) Vrši segmentaciju odnosno rekonstrukciju paketa (IPv4 ili IPv6
opcije)
Vrši autentifikaciju paketa, proveru integriteta paketa, dešifrovanje odnosno šifrovanje paketa (IPSec)
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Paketsko procesiranje: Primer implementacije
PHY
GMII Rx MACIP
CHECK
LOOKUP+SRAMCONT
SEGMENT.
DRAMCONT.
SGS
DRAM
SERDESSRAM
CPU INTERFACE
GMII Tx MAC REASSEM.
CROSSBAR
CPU
Aleksandra Smiljanić: High-Capacity Switching
Belgrade University
Paketsko procesiranje Paket prima modul PHY, a zatim ga proverava modul
MAC i predaje mrežnom modulu. Mrežni procesor izdvaja iz IP zaglavlja važna polja, pre
svega prioritet i IP adresu destinacije. Mrežni modul na osnovu IP adrese određuje izlazni port
konsultujući SRAM sa lukap tabelom. Lukap tabelu se ažurira na osnovu informacije o topologiji
mreže koju dobija iz centralnog procesora. CPU dobija OSPF pakete iz mrežnog procesora.
Paket se segmentira na ćelije jednake dužine, i na osnovu prioriteta i izlaznog porta paketa se smešta u SDRAM memoriju.