Mecanismos de Procesamiento de Paquetes en Routers

Contexto del Paquete

Estructura de datos que sirve de borrador para llevar la información entre las distintas etapas del procesamiento.

Proceso de Enrutamiento de Paquetes

1. Se recibe el paquete IP por la red de entrada. Se interpreta la cabecera, se detectan límites, se identifica el punto inicial y se procesa (se extrae la cabecera y se agrega al contexto del paquete).
2. La capa L2 toma el paquete y el contexto y los envía a la capa L3.
3. La capa L3 examina la cabecera IP y la valida.
4. El contexto se envía al motor de transferencia.
5. Se busca en la tabla de transferencia el siguiente salto y esta información se agrega al contexto.
6. Mientras tanto, la capa L3 envía el paquete IP a la memoria de búfer.
7. Cuando el motor termina, la dirección de almacenamiento se agrega al contexto y se envía a la interfaz de interconexión (Backplane).
8. El backplane sabe a qué tarjeta de línea debe enviar el paquete, teniendo en cuenta la prioridad.
9. La tarjeta de salida recibe el paquete.
10. El contexto del paquete se actualiza con la nueva dirección y se envía al gestor de colas.
11. Cuando el paquete está listo, el Gestor de Tráfico examina el contexto para identificar el cliente y verificar las limitaciones.
12. El paquete llega a la interfaz de red de salida. La capa L3 actualiza su TTL y checksum, y la capa L2 agrega las cabeceras correspondientes.

Caminos de Procesamiento

Camino Rápido

Las operaciones críticas en tiempo tienen mayor prioridad. Por ello, sus funciones se implementan en hardware (ej. ASICs o procesadores de red).

• Procesamiento de la Cabecera IP:
  • Verificación del protocolo
  • Longitud mínima del paquete
  • Checksum
  • TTL
• Transferencia de Paquetes: Determina a qué interfaz de red hay que enviar el paquete. El motor de transferencia controla esto. Se extrae la dirección de destino y se busca en la tabla.
  • A) Local
  • B) Unicast: El paquete debe enviarse a un único puerto de salida en una interfaz de red.
  • C) Multicast: El paquete se envía a un conjunto de puertos de salida en la misma o distinta interfaz de red.
• Clasificación de Paquetes
• Encolado y Planificación: Se pueden dar ráfagas de paquetes que lleguen a distintas interfaces y deban ir a una sola. Se utilizan búferes. Aparte, se necesita una planificación para enviar paquetes. Si la red está congestionada, el búfer tiene mecanismos para no recibir más paquetes.

Camino Lento

Estos paquetes son parcialmente procesados por la tarjeta de línea de entrada antes de enviarlos a la CPU. Una vez que termina la CPU, se envían a la tarjeta de salida.

Funciones:

• Protocolo de Resolución de Direcciones: Un router debe mantener una lista de las direcciones de nivel de enlace y descubrirlas dinámicamente. Para ello, se requieren protocolos de resolución de direcciones (ARP).
• Fragmentación y Reensamblado: El paquete es fragmentado, lo que supone que se puedan utilizar distintos MTUs. Se fragmenta normalmente en el camino lento, ya que en el rápido es muy caro. Para mayor eficiencia, cuando los fragmentos pasan por un router, no son reensamblados.
• Encaminamiento de Origen
• Grabado de Rutas
• Sellado de Tiempo
• Generación de Mensajes de Error (ICMP)

Gestión de Memoria: Pools

Se utiliza mucha memoria al procesar paquetes. Para optimizar, parte de la memoria se utiliza solo en búferes y se organiza en pools: un array de bloques de memoria del mismo tamaño.

• Problema: Se desperdicia memoria.
• Solución: Pools de diferentes tamaños (se dividen en partículas).
• Problemas Adicionales: Si se comparten los búferes, puede haber un trato poco equitativo.
• Solución Adicional: Búferes privados.