La figura sopra fornisce una visione dettagliata delle funzionalità delle porte di ingresso. Come abbiamo già detto, la funzione di terminazione (elettrica) delle linea e l'elaborazione a livello di collegamento implementano rispettivamente il livello fisico e di collegamento associati ad un singolo collegamento di ingresso ai router. L'elaborazione effettuata alla porta di ingresso è centrale per la funzionalità del router: è qui che, utilizzando le informazioni della tabella di inoltro, viene determinata la porta di uscita a cui dirigere un pacchetto attraverso la struttura di commutazione. La tabella di inoltro viene elaborata e aggiornata dal processore di instradamento o ricevuta da un controller SDN remoto. Una sua copia conforme è di solito memorizzata su ciascuna porta di ingresso. La tabella di inoltro è copiata sulla line card (modulo rosso nella porta) dal processore di instradamento attraverso un bus separato (vedi immagine precedente, vi è una freccia che va dal processore di instradamento alle line card).
Consideriamo il caso più semplice in cui l’inoltro è basato sull’indirizzo di destinazione. Supponiamo che tutti gli indirizzi di destinazione siano a 32 bit. Una implementazione elementare della tabella di inoltro presenterebbe una riga per ogni possibile indirizzo di destinazione, ma dato che esiste un vasto range di indirizzi, questa idea non viene presa in considerazione. Supponiamo che il router che stiamo considerando abbia 4 uscite, una tabella di inoltro sarebbe simile alla seguente:

Ad ogni porta di uscita è associato un range di indirizzi.
Nell'ultima porta, la 3, vengono inoltrati tutti i pacchetti con indirizzo di destinazione che non corrispondono con i range stabiliti per le altre porte (0, 1, 2).
Potremmo avere anche qualcosa del genere:

La figura chiede di stabilire l'interfaccia per due indirizzi:

• il primo indirizzo deve essere inviato all'uscita 0, il terzo gruppo di bit ha 00010 che è l'unico presente tra gli indirizzi della tabella della figura
• il secondo indirizzo corrisponde a più porte: 1 e 2. Quale va scelta? Va scelta la prima poiché nell'interfaccia 1 vi è una corrispondenza con l'indirizzo specificato di 24 bit, mentre nella seconda di 21.
  In questi casi i router fanno valere la regola della corrispondenza a prefisso più lungo.

Una volta determinata la porta di uscita di un pacchetto, esso viene inviato alla struttura di commutazione. Un pacchetto può essere fermato prima di entrare nella struttura di commutazione, se essa è utilizzata da altre porte di ingresso. Esso verrà accodato sulla porta di input e schedulato sulla struttura di commutazione più tardi. A questo punto vengono fatte anche tante altre operazioni come il controllo del tempo di vita, del checksum, ecc.

Chiudiamo la discussione sull'elaborazione alle porte di ingresso notando che l'azione di cercare la corrispondenza tra l'indirizzo IP di destinazione (match) e poi inviare il pacchetto verso la porta di uscita specificata attraverso la struttura di commutazione (action), fa parte di un'astrazione più generale match-action che viene eseguita in molti dispositivi di rete non solo i router.

La commutazione può avvenire in diversi modi:

• Commutazione in memoria: i primi e semplici router funzionavano come dispositivi di I/O. Quando sopraggiungeva un pacchetto, la porta di ingresso ne segnalava l’arrivo con un interrupt, lo copiava nella memoria del processore di instradamento che procedeva a estrarre dall’intestazione del datagramma l’indirizzo di destinazione. Tramite la tabella di inoltro veniva individuata la porta di uscita nel cui buffer veniva copiato il pacchetto. Notiamo che con questo sistema due pacchetti non possono essere inoltrati contemporaneamente anche se giungono su due porte di ingresso differenti e destinate a porte di uscita differenti, poiché il processore può effettuare una operazione per volta.
• Commutazione tramite bus: le porte di ingresso trasferiscono i pacchetti direttamente alle porte di uscita tramite un bus condiviso e senza l’intervento del processore di instradamento. Questo viene fatto aggiungendo un campo con la porta d’uscita su cui deve essere trasferito una volta trasmesso sul bus. Tutte le porte di uscita sono raggiungibili dai pacchetti che partono dalle porte di ingresso, ma solo una porta di uscita è designata per il ricevimento del pacchetto in questione, il campo aggiunto viene rimosso nella struttura di commutazione. Il bus viene interamente occupato da un pacchetto per l’inoltro, quindi se ci sono più pacchetti sulle porte di ingresso tutti tranne uno dovranno aspettare.
• Commutazione attraverso rete di interconnessione: supera i limiti imposti dal bus condiviso.

Quella che vediamo sopra è un matrice di commutazione derivata da una rete di interconnessione.
Abbiamo un bus per ogni porta. Le porte di ingresso (A, B, C) immettono i pacchetti nel bus e una porta di uscita (X, Y, Z) prende il pacchetto. Se è il numero di porte di ingresso/uscita allora ci sono bus che collegano porte di ingresso a porte di uscita.
Ogni bus verticale, interseca tutti gli altri bus orizzontali.
Se A vuole raggiungere Y, il controller chiude l'incrocio AY, la porta A invia il pacchetto sul suo bus e solo il bus Y lo riceverà. Gli altri bus possono inoltrare pacchetti non diretti a Y, dunque i bus X e Z possono ricevere da B o C.
La velocità con cui i pacchetti vengono trasferiti dalle porte di input a quelle di output può essere migliorata utilizzando diverse (N) strutture di commutazione in parallelo. La porta di ingresso suddivide il pacchetto in K pezzi (chunk) più piccoli, e li invia (spray) attraverso K di queste N strutture di commutazione in parallelo alla porta di uscita selezionata, che li riassemble nel pacchetto originale.

L'elaborazione alle porte di uscita prende un pacchetto dalla memoria delle porte di uscita e li trasmette sul collegamento in uscita.
Quella di seguito è una porta di uscita.

É ovvio che si possono formare code di accodamento sia sulle porte in ingresso, sia in quelle in uscita. Gli accodamenti dipendono dal traffico di rete, dalle velocità relative della struttura di commutazione e dalla linea. Quando le code crescono, la memoria del router può esaurirsi e può avvenire una perdita di pacchetti, che si verifica effettivamente in questo contesto.
Supponiamo che le velocità di linea di input e output abbiano tutte lo stesso tasso di trasmissione pacchetti al secondo e che ci siano porte di input e di output. Per semplicità diciamo che tutti i pacchetti abbiano la stessa dimensione e arrivino in modo sincrono in tutte le porte di input. Questo vuol dire che se è uguale per le porte in ingresso e quelle in uscita e che se i pacchetti hanno la stessa dimensione e arrivano tutti insieme (in gruppo, uno per porta), la velocità con cui entrano nelle porte di ingresso è uguale alla velocità con cui escono dalle porte di uscita. Nell'intervallo di processamento dalla struttura di commutazione possono arrivare su un collegamento di input un pacchetto o nessun pacchetto. Definiamo il tasso di trasferimento della struttura di commutazione. Se è volte più veloce di , l'accodamento alle porte di input sarà trascurabile, poiché anche nel caso peggiore in cui i pacchetti arrivino su tutte le linee di input e debbano essere inoltrati alla medesima porta di output, ogni gruppo di pacchetti, uno per porta di input, può essere elaborato dalla struttura di commutazione prima dell'arrivo del successivo gruppo di pacchetti.

Non ci addentreremo nella discussione di tali algoritmi di scheduling, dato che per il lettore dovrebbe già essere stati ampiamente trattati nel corso di sistemi operativi.

• FIFO (FCFS): il primo ad entrare è il primo ad uscire
• Code con priorità: i pacchetti con informazioni di rete per esempio hanno la priorità sul traffico utenti, o ancora i pacchetti che trasportano dati di applicazioni VoIP (chiamate di rete) che devono essere prossime al trasferimento in tempo reale, hanno priorità sui pacchetti di app non in tempo reale (SMTP, IMAP).
  
  Nel grafico mostrato sopra, la priorità dei pacchetti più scuri è maggiore di quella dei pacchetti più chiari. Come si vede dal grafico, il pacchetto numero 1 è il primo ad arrivare ed è il primo ad essere servito, arrivano poi il pacchetto 2 e 3. Il pacchetto 3 ha una priorità maggiore del pacchetto 2, dunque il pacchetto 3 viene processato prima del pacchetto 2. Nella modalità di accodamento non-preemptive non è possibile interrompere la trasmissione di un pacchetto verso un collegamento di uscita a favore di un nuovo arrivato con priorità più alta.
• Round Robin e accodamento equo ponderato (WFQ): i pacchetti sono suddivisi in classi, le classi non hanno delle priorità, servono solo per avere una sequenza ciclica. Se ci sono due classi: A e B, prima viene inviato un pacchetto della classe A, poi B, poi A e poi B, e così via.
  Nella modalità conservativa, round robin non è mai inattivo, ogni volta che una classe non ha pacchetti da trasmettere, viene subito controllata la classe seguente, finché non se ne trova una con qualche pacchetto.
  Nella modalità di accodamento equo-ponderato (weighted fair queuing) ci sono sempre le classi. Anche WFQ ha una modalità conservativa, come quella descritta sopra.
  
  Ciascuno dei buffer (3 in figura) sono le classi e sono indicate con la lettera .
  I pacchetti in arrivo vengono classificati in base alla classe.
  Prima vengono spediti i pacchetti della classe , poi quelli di e poi quelli di , dopo di ciò, si ricomincia da capo.
  Diversamente da round robin, in WFQ le classi possono ricevere un servizio differenziato. In particolare a ciascuna classe è assegnato un peso . In qualsiasi momento in cui nella coda sono presenti pacchetti che debbano essere spediti, WFQ garantisce che questi ricevano una frazione di servizio pari a: Dove denominatore è indicata la somma effettuata su tutte le classi che hanno pacchetti da trasmettere. Anche nel caso peggiore, quando tutti i gruppi hanno pacchetti accodati, la classe avrà garanzia di ricevere una certa frazione di larghezza di banda. Quindi per un collegamento con capacità trasmissiva , la classe avrà sempre un rendimento pari a: La descrizione di WFQ è idealizzata poiché i pacchetti, essendo delle unità discrete, e il loro invio non può essere interrotto per iniziare un'altra trasmissione.