路由器沿着提速道路跑(1)

路由器技术是融合现代通信技术、计算机技术、网络技术、微电子芯片技术、大规模集成电路技术，光电子技术及光通信技术的核心技术，目前已出现了千兆位交换路由器(GSR─Gigabit Switch Router)和太位交换路由器(TSR)，这些路由器的光接口速度已达到10Gbps。

硬件革命推动着高速路由器向更高的性能发展。在Internet上，IP是网络的语言，路由器是网络的发动引擎，负责把网上业务分段传送到目的地。路由器的核心是背板设备。随着Internet的不断发展，原有路由器所用的共享式背板20Gbps的带宽已经无法满足网络的需求，新的高容量的背板结构不断涌现，像采用纵横制交换器的交换式背板、三维交换矩阵结构的交换式背板和基于光纤的分布交换矩阵等，其中最大的分布交换矩阵能提供上百太比特的容量。

新一代路由器普遍采用交换方法来充分利用公共通信链路设备，不但有效地提高了整个链路的利用率，其交换还为各结点间通信的并行传输提供了可能性，这类路由器也就是具有交换功能的路由器。一个性能和功能优秀的路由器，不但要有科学的路由计算法则，有足够的传输带宽和高速率，还要有较强的信息流量控制能力。

目前，路由器主要有三种发展趋势：一是越来越多的功能以硬件方式来实现，具体表现为ASIC芯片使用得越来越广泛；二是放弃使用共享总线，而使用交换背板，即开始普遍采用交换式路由技术；三是并行处理技术在路由器中运行，极大地提高了路由器的路由处理能力和速度。

六代路由器

1.单总线单CPU结构路由器

最初路由器采用了传统计算机体系结构，包括共享中央总线、中央CPU、内存及挂在共享总线上的多个网络物理接口。 如Cisco2501路由器就是第一代路由器的典型代表，其中CPU是Motorola的68302 处理器，具有一个AUI以太网接口和两个广域网接口。中央CPU完成除所有物理接口之外的其他所有功能，数据包从一个物理接口接收进来，经总线送到中央CPU 中做转发决定处理，然后经总线送到另一个物理接口发送出去。优点是系统价格低，目前使用的边缘路由器基本上都采用这种结构。缺点一是处理速度慢，一个CPU完成所有的任务，从而限制了系统的吞吐量；二是系统容错性差，CPU若出现故障易导致系统完全瘫痪。

2.单总线主从CPU结构路由器

采用主从两个CPU 代替了原来仅一个CPU结构，因而较大地降低了CPU的负荷，提高了处理速度。第二代路由器的两个CPU为非对称主从式关系结构，其中一个CPU负责通信链路层的协议处理，另一个CPU则作为主CPU负责网络层以上的处理，主要包括转发决定、路由算法和配置控制等计算工作。第二代体系结构的典型产品是3Com 公司的NetBuilder2路由器等。

3.单总线对称式多CPU结构路由器

改善了在第二代体系结构中主要限制，因为它采用简单的并行处理技术，即做到在每个接口处都有一个独立CPU，专门单独负责接收和发送本接口数据包，管理接收发送队列、查询路由表做到出转发决定等。而主控CPU仅完成路由器配置控制管理等非实时功能。优点是本地转发/过滤数据包的决定由每个接口的专用CPU来完成，对数据包的处理被分散到每块接口卡上。其典型产品是北电的Bay BCN系列，其中大部分接口CPU采用的是性能并不算高的Motorola 60MHz的MC68060或33MHz的MC68040。

4.多总线多CPU结构路由器

至少包括三类以上的总线和三类以上的CPU。显然，这种路由器的结构非常复杂，性能和功能也非常强大。这完全可以从该类路由器的典型之作Cisco7000系列中看出。在Cisco7000中共有3类CPU和3条总线，分别是接口CPU、交换CPU、路由CPU和CxBUS、dBUS、SxBUS。

5.共享内存式结构路由器

在共享存储器结构路由器中，使用了大量高速RAM来存储输入数据，并可实现向输出端的转发。在这种体系结构中，由于数据首先从输入端口存入共享存储器，共享存储器结构路由器的交换带宽主要由存储器的带宽决定。为了提高带宽，必须增大存储器的带宽，并采用较多存储模块。显然，当规模较小时，这类结构还较易实现，但当系统升级扩展时，设备所需的连线将会大量增加，控制也会变得越来越复杂。这种结构不适应向更高水平的发展。

6.交叉开关体系结构路由器

与共享内存式结构路由器相比，基于交叉开关设计则有更好的可扩展性能，且省去了控制大量存储模块的复杂性和高成本。在交叉开关体系结构路由器中，数据直接从输入端经过交叉开关流向输出端。它采用交叉开关结构替代共享总线，这样就允许多个数据包同时通过不同的线路进行传送，从而极大地提高了系统的吞吐量，使得系统性能得到了显著提高。系统的最终交换带宽仅取决于中央交叉阵列和各模块的能力，而不是取决于互连线自身。目前，这种方案是高速核心路由器的最佳方案。