컴퓨터 네트워크 4장- 라우터 내부

4.2 라우터 내부에는 무엇이 있을까?

 

 

위 그림을 라우터의 구조를 나타낸다.

• 입력 포트
  • 입력 포트의 맨 왼쪽과 맨 오르쪽 박스는 라우터로 들어오는 입력 링크로, 물리 계층 기능을 수행한다.
  • 또한 입력 포트는 들어오는 링크의 반대편에 있는 링크 계층과 상호 운용하기 위해 필요한 링크 계층 기능을 수행한다. 이것은 입력 및 출력 포트에서 미들박스로 표시된다.
  • 가장 중요한 기능은 입력 포트의 가장 오른쪽에서 수행되는 검색 기능이다. 여기서 포워딩 테이블을 참조하여 도착된 패킷이 스위치 구조를 통해 라우터 출력 포트를 결정한다.
  • 라우팅 프로토콜 정보를 전달하는 패킷인 제어 패킷은 입력 포트에서 라우팅 프로세서로 전달된다.
  • 여기서의 포트는 앞에서 언급한 포트와는 다르다.
• 스위치 구조
  • 스위치 구조는 라우터의 입력 포트와 출력 포트를 연결한다.
  • 라우터 내부에 포함되어 있다.
• 출력 포트
  • 출력 포트는 스위치 구조에서 수신한 패킷을 저장하고 필요한 링크 계층 및 물리 계층 기능을 수행하여 출력 링크로 패킷을 전송한다.
  • 링크가 양방향일 경우 출력 포트는 일반적으로 동일한 링크의 입력 포트와 한 쌍을 이룬다.
• 라우팅 프로세서
  • 제어평면 기능을 수행한다.
  • 전통적인 라우터에서는 라우팅 프로토콜을 실행하고 라우팅 테이블과 연결된 링크 상태 정보를 유지 관리하며 라우터의 포워딩 테이블을 계산한다.
  • SDN 라우터에서 라우팅 프로세서는 원격 컨트롤러와 통신하여 원격 컨트롤러에서 계산된 포워딩 테이블 엔트리를 수신하고 라우터의 입력 포트에 이러한 엔트리를 설치한다.
  • 네트워크 관리 기능을 수행한다.

라우터의 입력 포트, 출력 포트, 스위치 구조는 거의 항상 하드웨어로 구현된다.

제어 평면은 일반적으로 소프트웨어로 구현되며 라우팅 프로세서(일반적으로 기존 CPU)에서 실행된다.

 

 

4.2.1 입력 포트 처리 및 목적지 기반 전송

 

 

 

이런 형식의 포워딩 테이블에서 라우터는 패킷의 목적지 주소의 프리픽스(prefix)를 테이블의 엔트리와 매치한다.

예를 들어, 패킷의 목적지 주소가 11001000 00010111 00010110 10100001 라면 앞 21개의 비트 프리픽스가 테이블의 첫 번째 엔트리와 매치되므로 라우터는 이 패킷을 링크 인터페이스 0으로 보낸다.

11001000 00010111 00011000 10101010와 같이 처음 24비트는 2번째에 처음 21비트는 3번째에 매치되는 경우 라우터는 최장 프리픽스 매치 규칙(longest prefix matching rule)을 사용한다.

즉, 테이블에서 가장 긴 매치 엔트리를 찾고, 여기에 연관된 링크 인터페이스로 패킷을 보낸다. (이유에 대해서는 4.3절에서 다룬다.)

 

이러한 테이블 설계 뿐만 아니라 검색은 나노초 단위로 수행되어야 하므로 이외의 기술이 필요하다.

메모리 접속 시간에 특별한 주의를 기울여야하므로 내장형 DRAM과 빠른 SRAM 메모리가 있는 설계가 필요하다. 실제로 TCAM도 검색을 위해 자주 사용된다.

검색을 통해 패킷의 출력 포트가 결정되면 패킷을 스위치 구조로 보낼 수 있다. 일부 설계에서는 다른 입력 포트로부터 패킷이 현재 구조를 사용하고 있다면 패킷이 스위칭 구조에 들어가는 것을 일시적으로 차단할 수 있다.