4段階の内部処理

商品名

ルーターの内部処理は4段階に分かれる
「センター・ルーター」クラスの、複数のネットワーク・プロセッサを持つルーターを想定して説明するが、1億円クラスのコア・ルーターでは多数のプロセッサによりさらに処理が細分化されていたり、廉価なエッジ・ルーターでは1つのチップがまとめて処理を行なう、といった違いがある

受信・解析

商品名

受信
インターフェース回路に入ったIPパケットの信号は、物理層チップとMACチップがそれぞれ第1層「物理層」と第2層「データリンク層」の処理を行い、受信処理を行なうパケット処理エンジンであるネットワーク・プロセッサに入力データを渡す
パケット処理エンジンでは受け取ったIPフレームをあらかじめ区切られたバッファ・メモリー領域に順に一時的に蓄積する
この入力バッファ領域は1フレームが十分に収まる長さごとに区切られており、同じメモリーチップ上で入力バッファ領域と共に出力バッファ領域も確保されている
メモリーのサイズは限りがあるため、転送処理が滞って後から来たパケットが入力バッファーに格納出来なくなればそのパケットは破棄される
これが「パケット・ロス」と呼ばれる現象である
また転送先が停滞して送れなくなっても同様である

解析
パケットの解析を担当するパケット処理エンジンであるプロセッサは、入力バッファ領域に蓄積されたIPパケットをFIFO順に取り出し、そのIPヘッダーを読み取って解析する

解析:

1. 自身宛のパケットであれば、ほとんどが経路情報などの管理機能に関するパケットなので汎用プロセッサに送って以後の処理を任せる
2. フィルタやQoSの対象ではないかどうかを調べるため、フィルタとQoSの条件リストとの一致を参照する
条件にあえばその処理を行なう
3. 転送先を決定するため、IPアドレスをもとに経路表を参照して転送先のインターフェースを決める
解析で得られた情報は入力バッファ領域のIPパケットに付加して記録しておく

上記2と3の条件検索の速度がルーターの処理速度の多くを決定するため、連想メモリを使って高速比較を行なったり、経路検索では「ツリー法」と呼ばれる2分木ツリーによるデータ構造を利用して高速化を図ったり、ハッシュ関数を利用したりしている

加工・送出

加工
パケットの加工を担当するネットワーク・プロセッサは以下の処理を行なう
IPヘッダー中のTTL(Time to live)というIPパケットの寿命を表わす数値を1つ減らす NATやIPマスカレードなどのアドレス変換が必要な処理があれば行なう 送出先にあわせたMACフレームを作りそこにIPパケットを入れる

送出
パケットの送出を担当するネットワーク・プロセッサは、優先制御や帯域制御といったQoS機能を実現するために、入力バッファ領域から読み出して出力バッファ領域に格納する間に、解析処理で得られた情報も含めて、パケットの送出優先度ごとに分類し、それに基づいてインターフェイスごとの出力バッファに格納する
出力側のインターフェイスの状況に応じて、QoSを満たすタイミングで順次送出してゆく

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