Новые возможности сулит маршрутизация с массово-параллельной обработкой -- новая технология для высокоскоростных магистралей. Такие системы, размещаемые в магистрали, обеспечивают обработку пакетов или кадров в режиме реального времени, существенное увеличение интеллектуальности и производительности сети.
Основной недостаток существующих маршрутизаторов и коммутаторов обусловлен самими принципами разработки этих устройств, которые были хороши в те времена, когда рост сетевого трафика определялся двузначными числами. Традиционный подход состоит в поиске или создании максимально емкой общей шины (последнее достижение в этой области -- структуры для массовой коммуникации) и адаптации существующего ПО к модифицированной аппаратной базе. Учитывая стремительный рост Internet и темпы создания интрасетей, превышающие 100% в год, нетрудно предсказать, что производительность устройств, разработанных по традиционным канонам, вскоре перестанет удовлетворять требованиям их рабочих трафиков.
Маршрутизаторы, мосты и коммутаторы в действительности лишь реализуют различные уровни обработки данных. Комплексная маршрутизация неизбежно влечет за собой большое количество циклов обработки с поиском в таблицах и требует использования мощных процессоров, в то время как реализацию мостов или коммутаторов можно обеспечить меньшими ресурсами.
Новая архитектура позволяет манипулировать данными и обрабатывать их на гигабитных скоростях, а также осуществлять их перенаправление на той же скорости. В этом и состоит главное преимущество массово-параллельной обработки при маршрутизации.
Такие устройства отличаются от обычных гигабитных маршрутизаторов и коммутаторов тем, что обрабатывают входные данные как поток пакетов, а не как отдельные пакеты или кадры. На входе маршрутизатора пакет или кадр интерпретируется набором команд для процессора параллельной обработки.
Решая вопросы обработки данных и манипулирования ими системы для массово-параллельной обработки распределяют интеллектуальные функции сети на несколько устройств или процессоров. Один из процессоров выполняет прикладную часть задания и обработку протоколов для всего потока данных, другие -- поиск, обработку очередей и определение приоритетов. Благодаря такому подходу операции маршрутизации, коммутации и ретрансляции становятся общими правилами, по которым обрабатывается поток данных.
В настоящее время существуют два варианта систем параллельной маршрутизации. Первые реализуют многопроцессорную архитектуру в одном устройстве (например, для параллельной обработки кадров в продуктах Neo Networks). Другой вариант -- архитектура, объединяющая несколько отдельных устройств, что также позволяет добиться увеличения общей пропускной способности системы (Pluris и Neo Networks). Оба подхода обеспечивают решение проблем "узких мест" в сетях и распределения функций обработки трафика.
При скорости 1 Гбит/с на обработку 64-байтного пакета отводится только 0,6 мс. За это время в последовательном режиме можно реализовать очень ограниченное число операций поиска в таблицах моста или маршрутизатора. Скорость поиска в таблице важна практически для любой системы; если операции выполняются не параллельно, "съедается" много времени. В системах параллельной обработки за 0,6 мс обычно реализуются одновременно несколько операций.
Компания Neo Networks, например, встраивает процессоры в заказные микросхемы и использует специальное программное обеспечение для маршрутизации и коммутации. Это ПО обеспечивает анализ пакета при получении и пересылку его компонентов на различные процессоры, где все компоненты одновременно обрабатываются в режиме параллельной работы. Поиск маршрута выполняется параллельно с определением характеристик пакета (указывающих тип защиты, вид трафика), мониторингом в режиме реального времени и другой сетевой обработкой потока данных в соответствии с любым уровнем модели OSI.
Использование параллельных систем не только обеспечивает поддержку усовершенствованных сетевых служб, реализующих высокие качество услуг и производительность магистралей, но и существенно увеличивает жизненный цикл продуктов, поскольку позволяет отказаться от аппаратной реализации программного кода.
Итак, главное преимущество сетевых устройств с параллельной обработкой состоит в способности определять характеристики трафика одновременно с принятием решений о перенаправлении пакетов на 2-ем и 3-ем уровне модели OSI. Усовершенствованные службы для работы с трафиком позволяют устанавливать общесетевые алгоритмы и создавать более интеллектуальные сети, а новые архитектуры маршрутизации/коммутации должны способствовать росту производительности сети. Для удовлетворения требований современных сетей, создаваемых на основе Internet-технологии, и обеспечение передачи данных на гигабитных и терабитных скоростях необходимо осуществлять перенаправление потоков и определение характеристик данных как отдельные операции в рамках одного процесса параллельной обработки трафика.
Механизм массово-параллельной маршрутизации
Системы, обеспечивающие массово-параллельную маршрутизацию выполняют обработку данных и поиск маршрутов по таблицам в режиме реального времени. Они базируются на спецификациях 3-его уровня модели OSI и позволяют значительно увеличить пропускную способность любой сети. Обрабатывая до 400 млн пакетов, кадров или ячеек в секунду, такие маршрутизаторы гарантируют качество сетевого обслуживания при передаче мультимедиа, защиту информации и управление распределенными приложениями.
1 Поток пакетов на выходе анализируется и направляется для обработки в RISC-процессоры, общее число которых может быть очень большим.
2 Установка очередей, определение приоритетов и другие операции, выполняемые при пересылке пакетов на третьем уровне модели OSI, осуществляются параллельно с обработкой данных, которая реализуется на любом уровне или для любой части пакета.
3 После обработки выполняется "пересборка" пакетов, и только после этого они передаются в сеть.