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1 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 名古屋 海老澤健太郎 ebiken.g@gmail.com 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

2 自己紹介 : 海老澤健太郎 (Kentaro Ebisawa) 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 サポセンエンジニア & マネージャーコンテンツ配信 & ネットワーク機器の設計 / 開発 IPv6v4 Gateway Networks OpenFlow switch Networks Network Networks その他 SaaS / MEX OSS/BSS の設計 構築支援 Solution 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 Group OpenVZ (Virtuozzo) 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 2

3 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 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 3

4 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 ) 隣接ルータ Management/policy-plane CLI / Configuration/ NETCONF OSPFd Routing daemon Routing table (RIB) Forwarding table (FIB) Packet processing 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 4

5 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 () 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 () 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 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 5

6 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 隣接ルータ Management/policy-plane CLI / Configuration/ NETCONF OSPFd Routing daemon Routing table (RIB) Forwarding table (FIB) Packet processing トランジットトラヒック トランジットトラヒック 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 6

7 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 隣接ルータ Management/policy-plane CLI / Configuration/ NETCONF 論理的な接続 OSPFd 論理的な接続 Routing daemon Routing table (RIB) Forwarding table (FIB) Packet processing 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 7

8 HW 実装とソフト実装は何が違うのか? 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 種別 HW 実装ソフトウエア実装 Management/policy-plane CLI / Configuration/ NETCONF 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 OSPFd Routing daemon Routing table (RIB) 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 Forwarding table (FIB) Packet processing (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 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 8

9 Signaling, msg Signaling, msg Signaling, msg での主な処理 ソフト実装 HW 実装 OS の NW スタックによるソフト実装のパケット処理 CPU Network stack モダンなソフト実装のパケット処理 CPU Network stack HW 実装のパケット処理 HW 制御用 CPU Network stack Memory Memory Memory Soft fast pass Memory PCI-Exp NIC Phy Memory PCI-Exp NIC Phy PCI-Exp HW fast pass Phy Transit-traffic Transit-traffic Transit-traffic 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 9

10 実機構成 ハード実装の構成 ( 商用スイッチシリコンスイッチ ) Reference: White Box L3 switch ソフト実装の ( 汎用 PC サーバ ) Reference: Intel メモリ CPU スイッチ制御 CPU Phy Phy PCIe 商用スイッチシリコン Phy CPU Phy/NIC メモリ PCIe CPU メモリ Signaling, msg Transit-traffic Signaling, msg Transit-traffic 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 10

11 まとめ 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 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 11

12 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 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 12

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