ソフトウェアパケット処理とハードウェアパケット処理 ......2016/01/22 · Packet processing BGPd CLI / Configuration/ NETCONF Routing table (RIB) OSPFd Routing

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ソフトウェアパケット処理とハードウェアパケット処理

～アーキテクチャ～JANOG 37＠名古屋

海老澤健太郎

[email protected] | Twitter: @ebiken

Janog 37 ソフトウェア＆ハードウェアパケット処理｜Kentaro Ebisawa｜2016/01/22 1


ネットワーク系

海外NW製品の選定・導入支援IPsec, ADSL, L2TP, ATM, MPLS （Edge中心）

@Netmarks

サポセンエンジニア＆マネージャーコンテンツ配信＆ストレージ@NetApp

ネットワーク機器の設計/開発IPv6v4 Gateway (ASIC) @Sable Networks

OpenFlow switch (FPGA) @Riava NetworksNetwork OS @Ponto Networks

自己紹介：海老澤健太郎（Kentaro Ebisawa）


その他

SaaSサービス開発@SGI / MEX

OSS/BSSの設計・構築支援Solution Architect @Parallelsアジア通信キャリアでのSaaS/IaaS立ち上げ支援

コミュニティ

Vyatta Users Group （元）Lagopus Users GroupOpenVZ (Virtuozzo)


本日のお話

1.ルータ（L3スイッチ）アーキテクチャ概要

2.パケット処理について

3.ハードウェア（ASIC）とソフトウエア（CPU）

の違い（アーキテクチャ中心に）

...中島さんによるハードとソフトの違い（詳細） ...

メリット・デメリット、ボトルネック比較



ルータ（Layer 3スイッチ）の機能ブロック

隣接ルータルータ（Layer 3スイッチ）

D-plane

C-plane

D-plane

C-plane

Management/policy-plane

Forwarding table (FIB)

Packet processing

BGPd

CLI / Configuration/ NETCONF

BGPd

Routing table (RIB)

OSPFd

Routing daemon

隣接ルータ

D-plane

C-plane

BGPd



ルータ（Layer 3スイッチ）の一般的なアーキテクチャ

• Management-plane (M-plane)• インターフェース，アドレス，ルーティングプロトコルを設定

• CLI, NETCONF, RESTCONF

•運用に必要なモニタリング機能の提供• SNMP, syslog

• Control-plane (C-plane)•隣接ノードやネットワークトポロジの探索

経路交換のためのルーティングプロトコルの処理• BGP, OSPF, ISIS

•経路交換情報をもとに Routing Information Base (RIB)

と Forwarding Information Base (FIB)の更新や管理

• Data-plane (D-plane)• FIBをもとにトランジットトラヒック（パケット）を転送・処理



処理するパケットの種類（１）｜トランジットトラヒック（パケット）

隣接ルータルータ・Layer 3スイッチ

D-plane

C-plane

D-plane

C-plane



Packet processing

BGPd


BGPd

Routing table (RIB)

OSPFd

Routing daemon

隣接ルータ

D-plane

C-plane

BGPd

トランジットトラヒックトランジットトラヒック



処理するパケットの種類（２）｜隣接ノードとBGPによる経路交換

隣接ルータルータ・Layer 3スイッチ

D-plane

C-plane

D-plane

C-plane



Packet processing

BGPd


BGPd

Routing table (RIB)

OSPFd

Routing daemon

隣接ルータ

D-plane

C-plane

BGPd論理的な接続論理的な接続



HW実装とソフト実装は何が違うのか？

• D-planeの実装の違い以外はほぼ同じ構成

•高速パケット処理 (Fast Pass) を「専用HWやASICを使う」か、「すべてソフト実装」なのかの違い

ルータ・Layer 3 スイッチ

D-plane

C-plane



Packet processing


BGPd

Routing table (RIB)

OSPFd

Routing daemon

種別 HW実装ソフトウエア実装

M-plane実装: スイッチ制御CPU上のソフトウエアOS: Linux/BSD

実装: CPU上のソフトウエアOS: Linux/BSD

C-plane実装: スイッチ制御CPU上のソフトウエアOS: Linux/BSD

実装: CPU上のソフトウエアOS: Linux/BSD

D-plane(Fast pass)

実装:パケット処理を回路としてASICやFPGAで実装パケットI/O: 専用回路

実装: CPU上のソフトウエアパケットI/O: NIC経由(PCI-exp)OS: Linux/BSD



D-planeでの主な処理

Transit-trafficTransit-traffic Transit-traffic

HW実装のパケット処理モダンな

ソフト実装のパケット処理OSのNWスタックによるソフト実装のパケット処理

ソフト実装 HW実装


Memory

NIC

PCI-Exp

Memory

Phy

Network stack

CPU

Sign

alin

g, C

-pla

ne

msg PCI-Exp

Memory

Phy

HW fast pass

Network stack

HW制御用CPU

Sign

alin

g, C

-pla

ne

msgMemory

NIC

PCI-Exp

Memory

Phy

Soft fast pass

Network stack

CPU

Sign

alin

g, C

-pla

ne

msg


実機構成

ソフト実装の(汎用PCサーバ)

ハード実装の構成(商用スイッチシリコンスイッチ)

商用スイッチシリコン

CPU

PCIe

Phy PhyPhy

Reference: IntelReference: White Box L3 switch

スイッチ制御CPU

CPUCPU

メモリメモリ

Phy/NIC PCIe

メモリ

Transit-trafficSignaling, C-plane msg

Transit-traffic

Signaling, C-plane msg



１番の違い＝（トランジット）パケット処理方法•ハードウェア：ASIC （専用HW）で実施

•ソフトウェア：CPUで実施

ホワイトボックススイッチも

パケット処理はハードウェア

（Linuxに見えるけど）

コントロールパケットはどちらもCPUで処理


まとめ


続く...ハードとソフトの違い（詳細）

メリット・デメリット、ボトルネック比較


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ソフトウェアパケット処理と ハードウェアパケット処理 ......2016/01/22 · Packet processing BGPd CLI / Configuration/ NETCONF Routing table (RIB) OSPFd Routing

ソフトウェアパケット処理とハードウェアパケット処理 ......2016/01/22 · Packet processing BGPd CLI / Configuration/ NETCONF Routing table (RIB) OSPFd Routing