Structure of Router
라우터의 설계 구조
- 라우터는 Input Port(입력 포트), Output Port(출력 포트), Routing Processor(라우팅 프로세서), Switching Fabric(스위칭 조직)과 같은 4가지 요소로 구성되어 있다.
Input Port (입력 포트)
- 수신된 전기 신호를 L1 프로세서가 Bit화 한다.
- 생성된 Bit를 L2 프로세서가 Frame으로 만들어 입력 큐에 넣는다.
- Decapsulation* 과정 중, 탐지된 오류는 적절한 방법으로 처리된다.
* Decapsulation(역캡슐화) : TCP/IP 모델, OSI 모델에서 상위 계층의 메세지로 변환되는 것을 의미한다.
* Encapsulation(캡슐화) : TCP/IP 모델, OSI 모델에서 하위 계층의 메세지로 변환되는 것을 의미한다.
Output Port (출력 포트)
- 입력 포트와 같은 기능을 반대로 수행한다.
- 라우터로부터 출력된 IP-Datagram은 L2의 ARP 프로토콜을 통해 물리 주소로 변환된다.
- 라우터로부터 출력된 패킷을 우선적으로 큐에 저장한 다음, 패킷들을 순차적으로 Encapsulation한다.
- 즉, 출력 포트에서는 L3 주소를 전기 신호로 변환한다.
Routing Processor(라우팅 프로세서)
- L3의 기능을 수행한다.
- 라우팅 테이블을 참조하여 Destination 주소에 매칭되는 Interface와 NHA를 얻는다. (Table Lookup)
- 효율성을 제고하기 위해, 라우팅 프로세싱 기능을 입력 포트로 옮기는 시도가 진행중이다.
Switching Fabric(스위칭 조직)
- 입력 큐로부터 들어온 패킷을 적절한 출력 큐로 내보내는 역할을 한다.
- 라우터별로 다양한 스위칭 조직을 사용하고 있다.
1. Crossbar Switch (크로스바 교환기)
- 16개의 접점은 각각 Microswitch(전자 미세교환기)를 의미한다.
- 정해진 입력, 출력에 대응되는 하나의 Microswitch만 작동되므로 처리 속도가 빠르다.
- \(n\) 개의 Input, Output에 대해 \(\Theta(n^2)\)개의 많은 양의 Microswitch가 필요하다.
2. Banyan Switch (반얀 교환기)
- Microswitch가 Stage로 배치되어 있는 형태이다.
- \(n\)개의 Input, Output에 대해, Fabric 내부의 1개의 Row에는 \(n\log n\)개의 Microswitch, 1개의 Column에는 \({n \over 2}\)개의 Microswitch로 구성되어 있다.
- Control Signal(그림의 Left bit, Middle bit, Right bit)이 0이면, 0에 해당하는 경로로 이동하고, Control Signal이 1이면 1에 해당되는 경로로 이동하게 된다.
Ex. Banyan Switching
- (a)에서 Control Signal이 110이면 패킷이 지나가는 경로는 그림 (a)와 같다.
- (b)에서 Control Signal이 010이면, 패킷이 지나가는 경로는 그림 (b)와 같다.
※ Control Signal은 곧 반얀 스위칭 경로를 의미한다.
Reference: TCP/IP Protocol Suite 4th Edition
(Behrouz A. Forouzan 저, McGraw-Hill, 2010)
Reference: Data Communications and Networking 5th Edition
(Behrouz A. Forouzan 저, McGraw-Hill, 2012)
Structure of Router
라우터의 설계 구조
- 라우터는 Input Port(입력 포트), Output Port(출력 포트), Routing Processor(라우팅 프로세서), Switching Fabric(스위칭 조직)과 같은 4가지 요소로 구성되어 있다.
Input Port (입력 포트)
- 수신된 전기 신호를 L1 프로세서가 Bit화 한다.
- 생성된 Bit를 L2 프로세서가 Frame으로 만들어 입력 큐에 넣는다.
- Decapsulation* 과정 중, 탐지된 오류는 적절한 방법으로 처리된다.
* Decapsulation(역캡슐화) : TCP/IP 모델, OSI 모델에서 상위 계층의 메세지로 변환되는 것을 의미한다.
* Encapsulation(캡슐화) : TCP/IP 모델, OSI 모델에서 하위 계층의 메세지로 변환되는 것을 의미한다.
Output Port (출력 포트)
- 입력 포트와 같은 기능을 반대로 수행한다.
- 라우터로부터 출력된 IP-Datagram은 L2의 ARP 프로토콜을 통해 물리 주소로 변환된다.
- 라우터로부터 출력된 패킷을 우선적으로 큐에 저장한 다음, 패킷들을 순차적으로 Encapsulation한다.
- 즉, 출력 포트에서는 L3 주소를 전기 신호로 변환한다.
Routing Processor(라우팅 프로세서)
- L3의 기능을 수행한다.
- 라우팅 테이블을 참조하여 Destination 주소에 매칭되는 Interface와 NHA를 얻는다. (Table Lookup)
- 효율성을 제고하기 위해, 라우팅 프로세싱 기능을 입력 포트로 옮기는 시도가 진행중이다.
Switching Fabric(스위칭 조직)
- 입력 큐로부터 들어온 패킷을 적절한 출력 큐로 내보내는 역할을 한다.
- 라우터별로 다양한 스위칭 조직을 사용하고 있다.
1. Crossbar Switch (크로스바 교환기)
- 16개의 접점은 각각 Microswitch(전자 미세교환기)를 의미한다.
- 정해진 입력, 출력에 대응되는 하나의 Microswitch만 작동되므로 처리 속도가 빠르다.
- \(n\) 개의 Input, Output에 대해 \(\Theta(n^2)\)개의 많은 양의 Microswitch가 필요하다.
2. Banyan Switch (반얀 교환기)
- Microswitch가 Stage로 배치되어 있는 형태이다.
- \(n\)개의 Input, Output에 대해, Fabric 내부의 1개의 Row에는 \(n\log n\)개의 Microswitch, 1개의 Column에는 \({n \over 2}\)개의 Microswitch로 구성되어 있다.
- Control Signal(그림의 Left bit, Middle bit, Right bit)이 0이면, 0에 해당하는 경로로 이동하고, Control Signal이 1이면 1에 해당되는 경로로 이동하게 된다.
Ex. Banyan Switching
- (a)에서 Control Signal이 110이면 패킷이 지나가는 경로는 그림 (a)와 같다.
- (b)에서 Control Signal이 010이면, 패킷이 지나가는 경로는 그림 (b)와 같다.
※ Control Signal은 곧 반얀 스위칭 경로를 의미한다.
Reference: TCP/IP Protocol Suite 4th Edition
(Behrouz A. Forouzan 저, McGraw-Hill, 2010)
Reference: Data Communications and Networking 5th Edition
(Behrouz A. Forouzan 저, McGraw-Hill, 2012)
