QBRT устраняет "узкие места" маршрутизаторов

Решать эту проблему можно, в частности, на аппаратном уровне.

Предложенная компанией Ascend Communications технология QBRT (Quick Branch Routing Technology) представляет собой именно такое аппаратное решение и рассчитана на использование в семействе мультигигабитных маршрутизаторов производства Ascend. Оборудование QBRT совместно с другими высокопроизводительными элементами позволяет маршрутизатору пересылать пакеты со скоростью работы канала при полностью укомплектованном шасси и высокой интенсивности трафика.

Основная конструктивная идея QBRT - применение распределенной архитектуры и параллельное выполнение двух основных функций маршрутизатора (передачи пакетов и управления таблицами маршрутизации). Передача пакета должна осуществляться в реальном времени; для этого требуется принять решение о передаче и выполнить собственно маршрутизацию, или передачу, пакета. В соответствии с QBRT, решение о передаче принимается с построением полного маршрута пакета по таблице маршрутизации; причем реально определяется только следующий участок рассчитанного маршрута. В таблицах маршрутизации содержится информация о возможных точках назначения пакетов. В результате управления таблицами маршрутизации пользователь получает возможность "дотянуться" до каждого из тысяч возможных маршрутов.

Каждая из установленных в маршрутизаторе интерфейсных плат выполняет обе операции, связанные с передачей пакетов. Чтобы полностью реализовать все возможности параллельной обработки, для каждой платы генерируется собственный путь передачи данных. Для данных целей применяется неблокирующий матричный коммутатор (cross-point switch) с 4- и 16-слотовым шасси.

Все формируемые в 4- и 16-слотовых шасси пути передачи данных работают на скорости 1 Гбит/с, откуда следует: любой путь передачи данных через коммутатор может "обслуживать" несколько портов; его пропускной способности достаточно для работы с самыми быстрыми носителями, используемыми в локальных (LAN) и территориально-распределенных (WAN) сетях. Именно матричный коммутатор делает описываемое устройство настоящим мультигигабитным маршрутизатором.

Каждая из интерфейсных плат (предусмотрена возможность их "горячей замены") в мультигигабитном маршрутизаторе на базе QBRT, по существу, представляет собой отдельный маршрутизатор. На плате имеются один (или несколько) портов для подключения к сетям LAN или WAN; таблица пересылки, представляющая собой упрощенный вариант полной таблицы маршрутизации; аппаратное обеспечение QBRT; устройства для пересылки пакетов; отдельные интерфейсы с диспетчером маршрутов и машиной коммутации, расположенными на плате управления.

В обычных маршрутизаторах, в отличие от QBRT-маршрутизаторов, используется общая шина и центральный процессор; выполнение всех функций осуществляется последовательно, а не параллельно. Стандартной проблемой является необходимость постоянного обращения к таблице маршрутизации при обработке потока входных пакетов. Для решения этой задачи, в большинстве обычных маршрутизаторов применяется кэширование всех недавно встреченных адресов. Если следующий участок пути пакета вычисляется на основе хранимых в кэше данных, все происходит достаточно быстро. Однако если кэш используется только в половине всех случаев (что бывает весьма часто), общая пропускная способность может упасть на 90%.

Недостаточная пропускная способность маршрутизаторов приводит к возникновению эффекта "саморазрушения" Internet. Поскольку производительности маршрутизаторов не хватает, единственным способом увеличения емкости Internet оказывается сегментирование с добавлением дополнительных маршрутизаторов. Однако в таком случае возникают проблемы с масштабированием протоколов маршрутизации: таблицы становятся очень большими по размеру. Пересылка информации об изменении маршрутов "отъедает" часть драгоценной пропускной способности Internet, а ее обработка время от времени приводит к зависанию маршрутизаторов. На выручку приходят соседи по сети, но при этом также приходится пересылать информацию об изменении маршрутов. Такое "трепыхание" (flapping) может привести к полной остановке маршрутизаторов и даже целых сегментов Internet.

Скорости работы смонтированного на плате устройства QBRT хватает, чтобы определять следующий участок пути каждого из пакетов по собственной версии полной таблицы маршрутизации, а соотвественно адреса не приходится кэшировать. Тем самым устраняется характерное для традиционной маршрутизации "узкое место". Даже если пакеты имеют минимально допустимый размер и направляются в разные места, поступая на вход маршрутизатора на скорости в 622 Мбит/с (скорость работы канала WAN), QBRT все равно способна справляться с обработкой трафика. Патентованное оборудование QBRT затрачивает 3 мкс на определение следующего участка пути по таблице маршрутизации, состоящей из 250 000 записей, что впятеро превышает характерные размеры таблиц в сегодняшней сети Internet.

Поскольку диспетчер маршрутов может быстро обновлять сразу несколько копий таблиц маршрутизации, процесс передачи пакетов не замедляется. Следовательно, коммутатор не может спровоцировать появление эффекта "трепыхания",а уже возникшее "трепыхание" не оказывает никакого воздействия на его работу. Устранение "узкого места", связанного с определением следующего участка пути по таблице маршрутизации, в сочетании с образованием неблокирующих путей передачи информации со скоростью 1 Гбит/с позволяют мультигигабитному маршрутизатору работать на скорости канала OC-12 (622 Мбит/с) при полностью укомплектованном шасси.

Основные достоинства маршрутизаторов на базе QBRT - значительное увеличение соотношения производительность/цена (по сравнению с обычными маршрутизаторами), возможность линейного масштабирования за счет установки дополнительных интерфейсных плат и повышение плотности портов в компактном шасси.