네트워크 - Inside of Router
컴퓨터 네트워크를 공부하면서 정리를 한 내용들 입니다.
-참고 K-mooc 부산 대학교 유영환 교수님 : 컴퓨터 네트워크 강의
Router Architecture Overview
라우터는 모든 기능을 구성하는 요소들이 똑같지는 않지만
전체적인 개요는 그림과 같이 구성 되어 있습니다.
중간에 포워딩을 해 주는 High-speed switching fabric 장치가 있습니다.
시스템에 따라서 다른 방식으로 구현 되기도 합니다.
왼쪽 편에는 외부에서 라우터로 데이터가 들어 오는 input port가 있습니다.
그리고 오른 쪽에는 output port가 있습니다.
간략하게 말하자면 input port로 들어온 데이터가
어느 output port로 나가야 하는지 결정 해 주는게 switching fabric의 역할입니다.
그리고 input으로 들어온 어떤 datagram이 output으로 나가는 데
가장 핵심이 되는 정보는 IP 주소이고, 이런 정보를 얻기 위해서는
라우팅 알고리즘이 필요 하게 됩니다.
포워딩의 역할을 담당하는 이 부분은 하드웨어로 많이 구성이 되어 있고,
길을 설정 해 주는 라우팅 쪽은 소프트웨어 쪽으로 구현이 많이 되어 있습니다.
Input Port Function
Input port의 기능을 3가지로 나누어 보면 Physical Layer, Data Link Layer, Decentralized switching이 있습니다.
Physical Layer는 유선이나 무선 링크를 통해서 전달되어 오는 정보를 1인지 0인지 구별 해 주는 그런 역할을 합니다.
Data Link Layer는 1과 0로 구별이 된 데이터들을 이용해 에러 체크를 하는 등의 역할을 합니다.
데이터 링크 계층에서의 가장 대표적인 프로토콜이 이더넷(ethernet)입니다.
그 다음에 위로 전달 해 줄 때 IP 데이터그램 형태로 올려 주게 됩니다.
이렇게 만들어 낸 IP datagram은 항상 실시간적으로 처리 되지 않을 수도 있습니다.
중간에 switching fabric이 처리해야 될 데이터가 많다거나 하면 데이터를 저장 해 둡니다.
이것을 input queue라고 합니다.
되도록이면 queue에 쌓이지 않도록 fabric이 처리 할 수 있도록 해야 됩니다.
Input Port Queuing
switch fabric이 빨리 처리 하지 못한다면 어쩔 수 없이 queuing이 저장 되는 지연 시간을 좀 겪게 됩니다.
그런 일을 방지하기 위해서는 기본적으로 라우터를 설계 함에 있어서 중간의 switch fabric의 처리 속도가
모든 input port에서 들어오는 데이터를 합친 것 보다 빨라야 합니다.
- Queuing이 많이 일어나다 보면 딜레이 뿐만 아니라 데이터 loss나 buffer overflow 발생 가능
HOL blocking
input port에서 겪는 지연 중에 HOL blocking 지연이라고 부르는 것이 있습니다.
아래쪽 그림에서 보시면 각각의 datagram이 색 별로 구분 되어 있습니다.
색은 어느 output port로 나가야 하는가를 표현하고 있습니다.
여기서 첫 번째 input port에 있는 첫 번째 데이터와 세 번째 input port에 있는 세 번째 데이터가
똑같이 빨간색으로 나가야 합니다.
이 두가지가 한꺼번에 나갈 수 없기 때문에 하나는 어쩔 수 없이 대기를 해야 합니다.
이 왼쪽 그림에서 가정하기를 이 위의 패킷을 먼저 내보내기로 했다면
세번째 input port의 초록색 datagram 입장에서는 어떠한 충돌도 없지만,
앞에 있는 데이터 때문에 빠져나가지 못하게 됩니다.
이런 것을 HOL blocking(Head-of-the-Line blocking)이라고 이야기 합니다.