Úvod do routování na PC architektuře (zastaralé)

[zdenek.svarc]

Ethernet přestal být výsadou okrajů sítí a čím dál razantněji si razí cestu k páteřím telekomunikačních operátorů. Výrobci síového hardware to už dávno vědí a tak dnes najdeme na trhu množství routerů / L3 switchů různých výrobců s podporou GE, 10GE, BGP a MPLS. A stejně jako nenajdeme velkého telekomunikačního operátora, který by si minimálně nepohrával s myšlenkou nasazení MPLS, nenajdeme ani operátora z řad menších ISP, který nevyzkoušel routery běžící na PC architektuře.

Nenechte se však mýlit, že jediným důvodem pro nasazení PC routerů je cena takového řešení. Dalším, neméně důležitým důvodem totiž bývá vlastní odladěný routovací software, který si řada ISP v průběhu let uzpůsobuje. Mnoho lokálních ISP používá pro routování Mikrotik RouterOS, postavený na bázi linuxového jádra, který v rámci potřeb lokálních ISP nepřináší žádný hendikep. Obsahuje podporu dynamických routovacích protokolů, bridging, klasifikace paketů, VLAN, VRRP, přístupový koncentrátor PPPoE, PPPtP s podporou RADIUS a v oblasti bandwidth managementu jsou jeho funkce dokonce vysoko nad hardwarovými směrovači.

Není však sporu o tom, že routování na PC platformě má své hranice dané architekturou x86 a z ní vyplývajících rychlostních omezení. Cílem naší iniciativy je posunout tyto hranice co nejvýše. Převedeno do světa motorismu, můžete vzít seriově vyráběný vůz, pořídit sportovní odpružení, sání a výfuk, odladit software řídící jednotky a vyrazit na okruh. Dostanete se vysoko nad hranice původního vozu. A přestože stejně jako s tímto vozem nikdy nedosáhnete parametrů F1, ani s PC routerem nikdy nedosáhnete parametrů špičkových routerů jako Juniper, Cisco nebo Extreme. Přesto chceme posunout hranici výkonnosti co možná nejvýš, tak abychom byli schopni routovat rychlosti v řádech jednotek Gbit/s a milionů packets/s.


Omezení daná x86 platformou

1. Výkon CPU.
2. Propustnost sběrnice.
3. Množství síových rozhraní.


Výkon CPU

V případě hardwarových routerů přichází hlavní procesor do styku s předávaným paketem jen velmi zřídka. Drtivou většinu operací totiž zařídí akcelerovaný hardware přímo na síových modulech. Nezřídka se jedná o ASIC design, který patří do rodinného stříbra každého výrobce. Běžně dostupná ethernetová karta v PC (E/FE/GE) však žádnou hardwarovou akceleraci neobsahuje, a tak je veškerý provoz přes sběrnici předáván CPU, který rozhodne jak s každým jedním paketem dále naloží. Musíme si uvědomit, že procesory v PC nejsou optimalizovány pro I/O operace, nýbrž výpočty, které při běžné práci s PC potřebujeme nejvíce.

Eliminovat uvedený nedostatek si jako cíl vytknul tým lidí, který v roce 2002 pod křídly CESNETu započal projekt Liberouter (http://www.liberouter.org). Ten má za úkol vyvinout síovou kartu pro PC a software, který by dokázal většinu síové komunikace obsloužit právě v rámci zmíněné karty. V současnosti se však zdá, že více než k původnímu záměru je projekt směrován k analýze síového provozu. A protože od roku 2002 již nějaký ten čas utekl, začínají se objevovat pochybnosti o praktickém výsledku zmíněné iniciativy.

Běžně je uváděno, že k routování 1 Kbit/s je potřeba výkonu 1 KHz. Takže 1 GHz CPU je schopno předat cca 1 Gbit/s síového provozu. Vždy však musíme mít na paměti, že router zpracovává dva směry, takže k uroutování 1 Gbit/s oběma směry v současnou chvíli už bychom potřebovali minimálně 2 GHz CPU. Tyto jednoduché počty samozřejmě nelze brát doslova, nebo v řadě případů se nemusí jednat o čistý routing, ale můžeme provádět inspekci paketů, následné filtrování apod.

Výkon CPU v souvislosti se zpracovávaným síovým provozem trápí především výrobce síových karet. Na trh jsou uváděny 10 Gbit/s karty (10GE) a podle výše uvedených výpočtů bychom jejich výkon asi jen stěží užili. Do hry tak přichází TOE (TCP/IP offload engine), který má odlehčit CPU od řady síových operací. 10 GE karty s TOE jsou určeny do výkonných stanic, souborových serverů, nasazení iSCSI a podobně. Neměli jsem doposud v rukou žádnou kartu s TOE, takže nemůžeme posoudit, zda-li a do jaké míry je TOE přínosem i v případě routování.


Propustnost sběrnice

Bus Clock bits Max Transfer Rate
PCI 33 MHz 32 1.064 Mbit/s
PCI 66 MHz 32 2.128 Mbit/s
PCI 33 MHz 64 2.128 Mbit/s
PCI 66 MHz 64 4.264 Mbit/s
PCI-X 33 MHz 32 1.064 Mbit/s
PCI-X 33 MHz 64 2.128 Mbit/s
PCI-X 66 MHz 32 2.128 Mbit/s
PCI-X 66 MHz 64 4.264 Mbit/s
PCI-X 100 MHz 64 3.200 Mbit/s
PCI-X 133 MHz 64 8.528 Mbit/s
PCI Express x1 2.5 GHz 32 8.000 Mbit/s
PCI Express x2 2.5 GHz 32 16.000 Mbit/s
PCI Express x4 2.5 GHz 32 32.000 Mbit/s
PCI Express x8 2.5 GHz 32 64.000 Mbit/s


S nástupem PCI Express (v 32 b verzi až 64 Gbit/s, v budoucích 128 b verzích až 256 Gbit/s) byl snad hlad po rychlé sběrnici na několik let uspokojen. I současné PCI-X sběrnice však dosahují slušných 8 Gbit/s, oproti PCI Express však sdíleně pro všechny periferie.


Množství síových rozhraní

V případě použití PC hardware jsme limitování počtem dostupných PCI slotů. Tento nedostatek je o to častější v případě rackmount PC, nebo 1U provedení běžně poskytují pouze 1 volný PCI slot ve stromečku.

Částečně lze výše uvedené řešit použitím víceportových PCI karet (4 až 6 FE nebo GE portů). Při nákupu je však třeba dát pozor, aby karta obsahovala skutečně nezávislé síovky a nejednalo se o switchovanou kartu.

Samostatnou kapitolu tvoří speciální embedded mainboardy, dostupné v rámci network appliance v rackmount 1U provedení, které mohou obsahovat až 12 ethernetových portů.

Elegantní řešení výše uvedené problematiky se nabízí v podobě kombinace router + switch s podporou 802.11q VLAN. Každý z portů na switchi lze zahrnout do samostatného VLANu a všechny tyto VLANy přivést do routeru přes jedno nebo více ethernetových rozhraní. V routeru je pak každý takový VLAN dostupný jako samostatné síového rozhraní s výstupem na každém jednom portu switche.

[Petr Vlašic]

Ehm...WoW! To je skoro jako článek, ale nikde jsem nenašel jeho umístnění.

[zdenek.svarc]

Ehm...WoW! To je skoro jako článek, ale nikde jsem nenašel jeho umístnění.

Sepsal jsem to asi dva roky zpátky a umístil na web http://www.routeros.cz. Protože se blíží aktualizace a redesign celého webu http://www.routeros.cz, tak probírám dokumentaci a snažím se ji (pokud je alespoň trošku aktuální), umístit přímo do fóra.

[Petr Vlašic]

Sepsal jsem to asi dva roky zpátky a umístil na web http://www.routeros.cz. Protože se blíží aktualizace a redesign celého webu http://www.routeros.cz, tak probírám dokumentaci a snažím se ji (pokud je alespoň trošku aktuální), umístit přímo do fóra.

Aha.
A na co se můžeme těšit?Na nějaké ABCRoutingu?:)

[zdenek.svarc]

Sepsal jsem to asi dva roky zpátky a umístil na web http://www.routeros.cz. Protože se blíží aktualizace a redesign celého webu http://www.routeros.cz, tak probírám dokumentaci a snažím se ji (pokud je alespoň trošku aktuální), umístit přímo do fóra.

Aha.
A na co se můžeme těšit?Na nějaké ABCRoutingu?:)

Z mé strany už asi žádný podobný článek nečekej, ale iniciativu v tomhle duchu chystáme. Wiki (wiki.routeros.cz) se příliš neuchytila. Přikládal bych to z menší části malé popularitě české wiki a z větší části smyslu oborové cz wiki jako takové, když máme oficiální, by anglickou wiki, přímo od Mikrotikls. Ale rozumný kompromis mě napadá ve formě honorovaných článků (tutoriálů) publikovnách přímo na fóru.

[Petr Vlašic]

Z mé strany už asi žádný podobný článek nečekej, ale iniciativu v tomhle duchu chystáme. Wiki (wiki.routeros.cz) se příliš neuchytila. Přikládal bych to z menší části malé popularitě české wiki a z větší části smyslu oborové cz wiki jako takové, když máme oficiální, by anglickou wiki, přímo od Mikrotikls.

Jako nejlepší iniciativu bych viděl přeložení manuálu. Do začátku je to to co většině chybý.

Ale rozumný kompromis mě napadá ve formě honorovaných článků (tutoriálů) publikovnách přímo na fóru.

To zní docela dobře, jen bych to nedával na fórum, ale přimo na http://www.routeros.cz do sekce dokumentace, jelikož hrozí nebezpečí, že na fóru moohou články zapadnout.

[zdenek.svarc]

Jako nejlepší iniciativu bych viděl přeložení manuálu. Do začátku je to to co většině chybý.

Myšlenka hezká, ne že bych byl proti, ale jen s obtížemi uskutečnitelná. A to hned z několika důvodů:

1. Aktuálnost. Museli bychom neustále sledovat změny v anglickém manuálu a průběžně překládat.

2. Finanční náročnost. Zadarmo to nikdo dělat nebude (a pokud ano, víme jak by to dopadlo ...). Jde o hodně obsáhlou problematiku. A bohužel nevidím žádný subjekt v ČR, který by chtěl investovat stovky tisíc do podobného projektu. Mimochodem, opravdu stovky tisíc, pokud vezmeme v potaz rozsah překladu a fakt, že chceme, aby výsledek byl kvalitní.

3. Český překlad technické angličtiny bývá dost často kontraproduktivní. Osobně si raději přečtu dokumentaci v originále a jistě nejsem sám.

Trošku mi to připadne, že se bavíme o důsledku a opomíjíme příčinu. Tou vidím dostatečnou znalost technické angličtiny pro dotyčné zájemce o studium RouterOS. Tím se nechci nikoho dotknout, ale jistě se mnou bude většina osazenstva souhlasit.

Takže z mého pohledu je rozumný kompromis tvořit tutoriály, než překlady anglické dokumentace. A na to peníze jistě najdeme.

To zní docela dobře, jen bych to nedával na fórum, ale přimo na http://www.routeros.cz do sekce dokumentace, jelikož hrozí nebezpečí, že na fóru moohou články zapadnout.

Nový web RouterOS.cz bude v CMS, takže by to nebyl problem, ale určitě nezapadnou. Vytvořili bychom pro ně samostatné forum "Tutorialy". Připadne mi to kompaktnější a praktičtější. I vzhledem k případným diskuzím a opravám.