核心路由器发展趋势(1)

为了提高路由器的性能，满足未来网络发展的需要，处于Internet骨干位置的核心路由器进行了一个又一个的技术变革。目前无论从整体的系统结构还是细微的实现方面都与传统路由器有着很大的差别。

以专用网络处理器替代通用处理器

为了缓解互连瓶颈，在最近几年涌现出新了许多新的系统和解决方案，其中采用专用ASIC来完成规定的数据包处理工作是十分理想的，但它的开发周期太长，复杂的ASIC要18个月到2年时间，每一个ASIC的开发都必须经历一个设计和制造的周期，适应不了当今越来越短的产品开发周期。

网络处理器从2000年初出现到现在被许多网络设备制造商选作新一代高端路由器设备的核心处理器。而在这段时间里，能够开发出成熟的NPU芯片的公司也从开始的两三个迅速增加到了十几个，而且NPU的处理能力也从2.5Gbps扩展到10Gbps。这些都说明网络处理器技术在网络产品的市场中越来越占用重要的位置。尤其在高端路由器市场，网络处理器以其杰出的包处理性能及可编程性已经成为构成路由转发引擎不可替代的部分。

与传统的处理器相比，网络处理器具有以下的优势：

1、网络处理器可以提供数据包的线速转发功能，包括数据包的分类、统计和转发。另外还可以根据用户程序的要求进行数据包的重组和分拆；

2、网络处理器可以根据用户需要进行带宽的分配和优先级定义，实现对各类用户数据包的分类管理；

3、实现对三层及三层以上协议的分析。

由于看到了网络处理器巨大的应用前景，网络处理器的制造商在提供IC产品的同时，也开始提供各种通用的软件功能模块。这些软件功能块大大节省了使用这些NPU的设备商的产品设计时间，提高了产品的竞争力。

总的来说，网络处理器一方面保持了基于CPU设计的灵活性，一方面在实际上消除了传统CPU的瓶颈问题。在这类体系结构中，网络处理器存在于物理接口器件与交换结构之间的接口卡上，担负本卡上数据包的转发和管理。

大容量交换矩阵的应用

在最初的交换式结构中，由接口卡负责发送信息包的报头，通过交换结构送至一个转发引擎，由它做出转发决定，并将处理结果返回接口卡。接口卡再将信息包转发至相应的输出接口。随着网络处理器的引入，交换结构更加不可缺少。在这种系统中，网络处理器位于各个线卡上，而交换结构在输入线卡与输出线卡之间提供一对一的直接连接。

交换结构的实现方式可以分为三种：共享内存、共享总线和矩阵式交换。其中共享内存方式实现简单、也可以达到比较高的速率（20Gbps），但是速率的进一步提高将受到内存速度的限制，很难有更大的突破；共享总线易于扩展，也比较容易实现，但是速率相对较低。而矩阵式交换则可以达到比较高的交换速率，而且随着技术的发展，速率还可以进一步提高。目前最常用的结构形式是输入口与输出口的8×8，或16×16矩阵，带宽范围涵盖了OC—3至OC—192。

矩阵式交换结构一般包括两个部分流量管理单元和交换矩阵。其中流量管理单元位于各个线卡上，与不同的网络处理器相连，实现以下的功能：

1、作为网络处理器与交换矩阵的接口，接收网络处理器输出的数据包，进行数据缓冲并转换成可以为交换矩阵接收的数据格式；

2、与NPU紧密结合，实现多播、广播、端口流量分配、优先级管理等功能。