范文一:路由器的发展历程
路由器的发展历程
【摘要】第一代路由器主要采用集中转发,总线交换技术;第二代路由器主要采用集中+分布转发,接口模块化,总线交换等技术;第三代路由器主要采用分布转发与总线交换技术;第四代路由器主要采用ASIC分布转发和网络交换技术;第五代路由器技术主要采用网络处理器分布转发和网络交换技术。 【关键词】Internet 路由器 计算机 处理器 因特网
路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”,以使它们能够相互“读”懂对方的数据,从而构成一个更大的网络。路由器有两大典型功能,即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等,一般由特定的硬件来完成;控制功能一般用软件来实现,包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。
路由器在计算机网络中有着举足轻重的地位,是计算机网络的桥梁,通过它不仅可以连通不同的网络,还能选择数据传送的路径,并能阻隔非法的访问。路由器作为IP网的核心设备,其技术已成为当前信息产业的关键技术,其设备本身在数据通信中起到越来越重要的作用。
在路由器技术的发展历程中,性能和业务这两个因素发挥着关键作用。一方面,带宽和网络规模的增长推动着路由器在性能、容量方面断提升;另一方面,业务的发展驱动着路由器更加智能化和具备更强的业务提供能力。在这两项关键因素中,性能因素在路由器发展的前期起到主导作用,随着IP网络和业务的迅猛发展,业务因素或者说是业务性能在网络中的价值将起到越来越重要的作用。
多少年来,路由器的发展有起有伏。90年代中期,传统路由器成为制约因特网发展的瓶颈。ATM交换机取而代之,成为IP骨干网的核心,路由器变成了配角。进入90年代末期,Internet规模进一步扩大,流量每半年翻一番,ATM网又成为瓶颈,路由器东山再起,GBPS路由交换机在1997年面世后,人们又开始以GBPS路由交换机取代ATM交换机,架构以路由器为核心的骨干网。路由器发展到今天已经是第五个时代了。下面让我们来看一看路由器技术应用发展及其典型代表产品。
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第一代路由器:集中转发,总线交换
最初的IP网络并不大,其网关所需要连接的设备及其需要处理的负载也很小。这个时候网关(路由器)基本上可以用一台计算机插多块网络接口卡的方式来实现。接口卡与中央处理器(CPU)之间通过内部总线相连,CPU负责所有事务处理,包括路由收集、转发处理、设备管理等。网络接口收到报文后通过内部总线传递给CPU,由CPU完成所有处理后从另一个网络接口传递出去。
第二代路由器:集中+分布转发,接口模块化,总线交换等技术
由于每个报文都要经过总线送交CPU处理,随着网络用户的增多,网络流量不断增大,接口数量、总线带宽和CPU的瓶颈效应越来越突出。于是很自然地想到:如何提高网络接口数量,如何降低CPU、总线的负担,为了解决这个问题,第二代路由器就在网络接口卡上进行一些智能化处理,由于网络用户通常只会访问少数的几个地方,因此可以考虑把少数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上,这样大多数报文就可以直接通过业务板Cache的路由表进行转发,以减少对总线和CPU的需求。
第三代路由器:分布转发,总线交换
上世纪90年代出现的Web技术使IP网络得到了迅猛发展,用户的访问面获得了极大的拓宽,访问的地方也不再像过去那样固定,于是经常出现无法从Cache找到路由的现象,总线、CPU的瓶颈效应再次出现。另外,由于用户的增加和路由器接口数量不足引发的问题也再次暴露出来了。为了解决这些问题,第
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三代路由器应运而生。第三代路由器采用全分布式结构—路由与转发分离的技术,主控板负责整个设备的管理和路由的收集、计算功能,并把计算形成的转发表下发到各业务板;各业务板根据保存的路由转发表能够独立进行路由转发。另外总线技术也得到了较大的发展,通过总线、业务板之间的数据转发完全独立于主控板,实现了并行高速处理,使得路由器的处理性能成倍提高。
第四代路由器:ASIC分布转发,网络交换
九十年代中后期,随着IP网络的商业化,Web技术出现以后,Internet技术得到空前的发展,Internet用户迅猛增加。网络流量特别是核心网络的流量以指数级增长,传统的基于软件的IP路由器已经无法满足网络发展的需要。以常见的主干节点2.5G POS端口为例,按照IP最小报文40字节计算,2.5G POS端口线速的流量约为6.5Mpps。而且报文处理中需要包含诸如QoS保证、路由查找、二层帧头的剥离/添加等复杂操作,以传统的做法是不可能实现的。于是一些厂商提出了ASIC实现方式,它把转发过程的所有细节全部采用硬件方式来实现。另外在交换网上采用了Crossbar或共享内存的方式解决了内部交换的问题。这样,路由器的性能达到千兆比特,即早期的千兆交换式路由器(Gigabit Switch Router,GSR)。
第五代路由器技术:网络处理器分布转发,网络交换
在第四代路由器中采用了硬件转发模式,解决了带宽容量和性能不足的瓶颈问题,但是也留下了隐患:基于ASIC的硬件转发在获取高性能的同时,牺牲了业务灵活性。这与ASIC技术实现方式相关,在设计ASIC芯片的时候,对转发流程做了大量优化,使得IP转发以简单而固定的方式来实现,从而固化下来,做到硬件化。如果在IP转发中,还要做一些复杂的额外处理的话,ASIC就无能为力了。而且,ASIC的设计周期很长,通常需要二到三年才能设计出一个稳定运行的ASIC芯片。而在IP互联网领域,业务发展非常迅速,平均每半年就会兴起一项新的业务,而这些业务可能就对转发流程有影响,需要转发程序适度调整来获得高品质支持。近期MPLS **技术逐步成为热门,运营商需要在骨干网、城域网中开展MPLS **业务,这时发现原来在骨干网应用的第四代路由器无法提供高性能的**业务,需要全面升级或另外建设专门的**承载网络。在当前带宽已经不是主要矛盾,业务应用为王的运营环境中,ASIC固有的灵活性差、业务支持不足的问题成为了路由器发展的主要矛盾。新的需要,带来新的矛盾,就又会造就新的发展。网络处理器技术兴起,促使第五代路由器出现。
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从第一代到今天的第五路由器技术都是不一样的,技术的发展是随着网络技
术应用而快速发展。
4
范文二:路由器的发展历程与趋势
M a r. , 2007 2007年 3月山西省政法管理干部学院学报
Vo .l 20 No. 1 Jou rna l of Shanxi Po litic s and L aw In stitu te fo r A dm in istra to rs 第 20卷 第 1期
教育教学 】
路由器的发展历程与趋势
郑丹
() 山西省政法管理干部学院 ,山西 太原 030012
〔摘 要 〕 在路由器技术发展的历程中 ,业务因素与性能因素是推动路由器持续拓展的两个
决定性因素 。路由器产品在设计方面经历了两个阶段 :第一阶段是以性能为目标 ,面向带宽和连接
的业务模型 ;第二阶段以业务与性能并重 ,业务平滑演进为目标 ,面向全业务 、开放的业务模型 。路
由器发展呈现业务高性能 、集成化 、业务智能化 、高可靠 、高安全 、易使用六大趋势 。
〔关键词 〕 路由器 ;性能 ;转发 ;安全 ;智能
( ) 〔中图分类号 〕G436 〔文献标识码 〕A 〔文章编号 〕1672 - 1500 2007 01 - 0076 - 02
一 、推动 :两个因素的过程而不断完善的 。早在 1998 年 Co rne l大学的
路由器是 TCP / IP 网络 中最 主 要 的 连 网 设 备 。两个学者就已经提出 ,路由器不应只是一个报文转
发设备 在路由器技术发展历程中 ,性能与业务两个因素发,而应该对业务进行一定的智能化处理 。此
挥着关键的作用 。外 ,业务同时也是指路由器本身能够直接提供的业
长期以来 ,路由器最重要的性能指标是 IP包转务 ,比较典型的是 M PL S V PN 业务 。M PL S V PN 作
为网络的一种服务提供给企业用户 ,用于连接企业 发能力 ,通常低端路由器可以达到 2 - 20 Kpp s,中端
总部和分散在不同地理位置的分支机构 。 路由器通常 在 40 kpp s - 400 kpp s之间 , 高 端 路由 器
随着 IP 网络 运营 化 的发 展 , 特 别 是 在 电 信 领 通常在 1Mpp s以上 ,而核心路由器转发性能则超过
了 20Mpp s。转发性能的不断提升推动了路由器从域 ,如今路由器所提供的业务类型也越来越丰富 ,但
路由器处理业务的性能却并不甚理想 。很多路由器 第一代到第四代的发展 ,而路由器的形态也由低端
产品在启动 QoS、安全 、M PL S V PN 等业务时性能会 路由器发展到中端路由器 、高端路由器及核心路由
器 。虽然不少路由器产品在基本转发性能测试中表急剧下降 ,无法为用户提供高品质的服务 ,也无法实
现不俗 , 但在启动 QoS、安全 、M PL S V PN 等业务 时现业务的平滑演进 。
性能会急剧下降 ,直至无法开展业务 。而且 ,很多路二 、发展 :两个阶段
在对路由器进行性能与业务的分析后 ,我们可 由器在设计中为了保证转发的高性能 ,采用了固化
以清晰地看到 ,在路由器产品的设计方面经历了两 的 A S IC结构 ,这样业务的扩展性和 平滑 演 进都 受
到了很大的限制 。因此 如果 仅 仅考 虑满 足 性能 要个阶段 。第一阶段路由器的设计主要以性能为设计
目标 ,面向带宽和连接的业务模型 。这个阶段的 IP 求 ,路由器就只能作为单纯 IP 转发的设备 ,无法承
载日益复杂的网络业务 ,也不能适应三网合一对业网络是一个尽力传输的网络 ,其目的是为了保证互
联互通 ,而不是提供一种高品质的服务 ,没有完善的 务的要求 ,这样将极大地限制 IP网络的发展 。
在业务发展方面 ,首先 ,业务是路由器对网络中QoS及安全保证 ,因此 ,在传统网络上只能提供对服
放的业务模型 。随着 IP技术应用的日益广泛 ,这时,同时转发性能也不器在处理各种业务时游刃有余
候就要求在 IP网络上承载各种业务 ,如语音 、会议 会出现明显下降 。
电视 、OA、ER P等 。这些业务都有着不同的服务质 2. 集成化 。为了灵活应对多样化的业务环境 ,量及安全要求 。与此相适应 ,路由器也应该有良好 新一代路由器需要具有支持全面的 IP 业务的能力
的业务适应能力和充分的智能化 ,而且还应该支持 并进行优化设计 , 包括完善的路由 、M PL S、V PN、组
全新 的 业 务 模 式 。如 M PL S V PN 和 IPv6。M PL S 播 、语音 、安全 、QoS、IPv6、宽带接入等 ,各种业务流V PN 能很好地解决安全隔离以及端到端 QoS问题 , 程融合无间 。同时 ,为满足集成一体化组网的需求 , 被认为是目前 IP网的主流技术 。而 IPv6 则被认为 路由器还需要融合防火墙 、入侵防御 、V PN 网关 、语 是解决 IPv4 先天不足问题的技术 , 如它是 QoS、安 音网关 、宽带接入 、以太网交换机 、无线网关等设备
全等的最终解决方案 。而随着社会信息化程度的不 的功能 。
断加深 ,新业 务 将层 出 不 穷 。在 新 一 代 的 IP 网 络 3. 业务 智 能化 。新一 代路 由 器 需 要 更 加 智 能 中 ,路由器必须有很强的业务适应能力 ,并能够通过 化 ,具备更加灵活的业务感知和处理能力 ,如业务部 软件升级的方式 ,而不是增加或更换新的硬件来提 署的灵活性 、业务感知的灵活性等 。
供新业务 。 4. 高可靠 。无论是在电信 、大型行业 ,还是企业
目前 ,在路由器产品的设计上已经进入了第二 应用环境 ,新一代路由器都需要具备更高的可靠性 。
阶段“业务与性能并重 、业务平滑演进 ”阶段 。这是 5. 高安全 。网络安全问题不可能通过某种一劳路由器设计理念的一次革命 。基于这种全新的设计 永逸的的技术来解决 ,而是随着安全状态的变化 ,综 理念 ,在电信和大型行业网络中出现了第五代路由 合考虑时间 、空间 、网络层次的因素 ,不断调整安全 器 ,如华为公司的 N e tEngine 80 /40 系列 ; 在企业网 策略而解决 。因此 ,路由器作为基础网络设施首先 出现了高效全能的企业中心路由器 , 如 3Com 公司 应该保证硬件体系结构及网络操作 系 统层 次的 安 的 Q u idway AR 46 系列 ; 在企业分支和网络边缘出 全 ,同时应具备全面的安全特性并能够灵活调整 。
现了智能化全业务的中低端路由器 , 如3Com 公司6. 易使用 。随着网络不断向行业 、企业甚至家
Q u idway AR 28、Q u idwayAR 18系列 。庭环境延伸 ,需要路由器考虑更多的人性化设计 ,屏
三 、趋势 :六个方向蔽掉复杂的技术细节 ,使路由器真正平民化 。
() 1. 业务 高性 能 。高 性 能不 仅仅 是 转 发 的 高 性责任编辑 :李玲芳
O n The Proce ss an d Tren d of D eve lopm en t of the Rou ter
ZH EN G D an
( )S hanx i Po litics and L aw Institu te for A dm in istra to rs, S hanx i Ta iyuan 030012, C h ina A b stra c t: The re a re two fac ts dec ide the deve lopm en t of the rou te r du ring the p roce ss of its deve lopm en t: func tion and p rofe ssiona l wo rk. The re a re two stage s in the de sign of the rou te r: The first stage is w ith the func tiona l goa l faced to the w ide of ne t and connec tion; the second stage is an comp le te op en p rofe ssiona l. The six trend s of rou te r a re h igh qua lity, in tegra tion, in te llec t, re liab ility, secu rity, ea sing fo r u se.
Keyword s: rou te r; qua lity; tu rn to tran sm it; in te llec t
范文三:路由器的发展历程与趋势
路由器的发展历程与趋势
2007年3月
第20卷第1期
山西省政法管理干部学院
JournalofShanxiBolitic8andLawInstituteforAdministrators
Mar.,2007
V01.20No.1
【教育教学】
路由器的发展历程与趋势
郑丹
(山西省政法管理干部学院,山西太原030012)
[摘要]在路由器技术发展的历程中,业务因素与性能因素是推动路由器持续拓展的两个
决定性因素.路由器产品在设计方面经历了两个阶段:第一阶段是以性能为目标,面向带宽和连接
的业务模型;第二阶段以业务与性能并重,业务平滑演进为目标,面向全业务,开放的业务模型.路
由器发展呈现业务高性能,集成化,业务智能化,高可靠,高安全,易使用六大趋势. [关键词]路由器;性能;转发;安全;智能
[中图分类号]G436[文献标识码]A[文章编号]1672—1500(2007)01—0076—02 一
,推动:两个因素
路由器是TCP/IP网络中最主要的连网设备.
在路由器技术发展历程中,性能与业务两个因素发
挥着关键的作用.
长期以来,路由器最重要的性能指标是IP包转
发能力,通常低端路由器可以达到2—20Kpps,中端 路由器通常在40kpps一400kpps之间,高端路由器 通常在1Mpps以上,而核心路由器转发性能则超过 了20Mpps.转发性能的不断提升推动了路由器从 第一代到第四代的发展,而路由器的形态也由低端 路由器发展到中端路由器,高端路由器及核心路由 器.虽然不少路由器产品在基本转发性能测试中表 现不俗,但在启动QoS,安全,MPLS**等业务时 性能会急剧下降,直至无法开展业务.而且,很多路 由器在设计中为了保证转发的高性能,采用了固化 的ASIC结构,这样业务的扩展性和平滑演进都受 到了很大的限制.因此如果仅仅考虑满足性能要 求,路由器就只能作为单纯IP转发的设备,无法承 载El益复杂的网络业务,也不能适应三网合一对业 务的要求,这样将极大地限制IP网络的发展. 在业务发展方面,首先,业务是路由器对网络中 承载业务的感知和智能化的处理能力.这种业务能 力是随着IP用户及业务的快速增长及业务多样化 的过程而不断完善的.早在1998年Cornel大学的 两个学者就已经提出,路由器不应只是一个报文转 发设备,而应该对业务进行一定的智能化处理.此 外,业务同时也是指路由器本身能够直接提供的业 务,比较典型的是MPLS**业务.MPLS**作 为网络的一种服务提供给企业用户,用于连接企业 总部和分散在不同地理位置的分支机构. 随着IP网络运营化的发展,特别是在电信领 域,如今路由器所提供的业务类型也越来越丰富,但
路由器处理业务的性能却并不甚理想.很多路由器产品在启动QoS,安全,MPLS**等业务时性能会
急剧下降,无法为用户提供高品质的服务,也无法实 现业务的平滑演进.
二,发展:两个阶段
在对路由器进行性能与业务的分析后,我们可 以清晰地看到,在路由器产品的设计方面经历了两 个阶段.第一阶段路由器的设计主要以性能为设计 目标,面向带宽和连接的业务模型.这个阶段的IP 网络是一个尽力传输的网络,其目的是为了保证互 联互通,而不是提供一种高品质的服务,没有完善的 QoS及安全保证,因此,在传统网络上只能提供对服 务质量及安全不敏感的数据业务,如文件传送,电子 邮件等.第二阶段路由器的设计主要以业务与性 收稿日期:2006—12—28
作者简介:郑丹(1971一),男,山西省政法管理干部学院电教中心科员.
第1期郑丹:路由器的发展历程与趋势
能并重,业务平滑演进为设计目标,面向全业务,开 放的业务模型.随着IP技术应用的日益广泛,这时 候就要求在IP网络上承载各种业务,如语音,会议 电视,OA,ERP等.这些业务都有着不同的服务质 量及安全要求.与此相适应,路由器也应该有良好 的业务适应能力和充分的智能化,而且还应该支持 全新的业务模式.如MPLS**和IP,,6.MPLS **能很好地解决安全隔离以及端到端QoS问题, 被认为是目前IP网的主流技术.而IPv6则被认为 是解决IPv4先天不足问题的技术,如它是QoS,安 全等的最终解决方案.而随着社会信息化程度的不 断加深,新业务将层出不穷.在新一代的IP网络 中,路由器必须有很强的业务适应能力,并能够通过
软件升级的方式,而不是增加或更换新的硬件来提 供新业务.
目前,在路由器产品的设计上已经进入了第二 阶段"业务与性能并重,业务平滑演进"阶段.这是 路由器设计理念的一次革命.基于这种全新的设计 理念,在电信和大型行业网络中出现了第五代路由 器,如华为公司的NetEngine80/40系列;在企业网 出现了高效全能的企业中心路由器,如3Com公司 的QuidwayAR46系列;在企业分支和网络边缘出 现了智能化全业务的中低端路由器,如3Com公司 QuidwayAR28,QuidwayAR18系列.
三,趋势:六个方向
1.业务高性能.高性能不仅仅是转发的高性 能,而应该包括业务的高性能,高品质的服务.路由 器在处理各种业务时游刃有余,同时转发性能也不 会出现明显下降.
2.集成化.为了灵活应对多样化的业务环境, 新一代路由器需要具有支持全面的IP业务的能力 并进行优化设计,包括完善的路由,MPLS,**,组 播,语音,安全,QoS,IPv6,宽带接入等,各种业务流 程融合无间.同时,为满足集成一体化组网的需求, 路由器还需要融合防火墙,入侵防御,**网关,语 音网关,宽带接入,以太网交换机,无线网关等设备 的功能.
3.业务智能化.新一代路由器需要更加智能 化,具备更加灵活的业务感知和处理能力,如业务部 署的灵活性,业务感知的灵活性等.
4.高可靠.无论是在电信,大型行业,还是企业 应用环境,新一代路由器都需要具备更高的可靠性.
5.高安全.网络安全问题不可能通过某种一劳
永逸的的技术来解决,而是随着安全状态的变化,综
合考虑时间,空间,网络层次的因素,不断调整安全
策略而解决.因此,路由器作为基础网络设施首先
应该保证硬件体系结构及网络操作系统层次的安
全,同时应具备全面的安全特性并能够灵活调整.
6.易使用.随着网络不断向行业,企业甚至家
庭环境延伸,需要路由器考虑更多的人性化设计,屏
蔽掉复杂的技术细节,使路由器真正平民化.
(责任编辑:李玲芳)
OnTheProcessandTrendofDevelopmentoftheRouter
ZHENGDan
(ShanxiPoliticsandLawInstituteforAdministrators,ShanxiTaiyuan030012,China) Abstract:Therearetwofactsdecidethedevelopmentoftherouterduringtheprocessofitsdevelopment:function
andprofessionalwork.Therearetwostagesinthedesignoftherouter:Thefirststageiswiththefunctionalgoal
facedtothewideofnetandconnection;thesecondstageisancompleteopenprofessiona1.Thesixtrendsofrouter
arehighquality,integration,intellect,reliability,security,easingforUse. Keywords:router;quality;turntotransmit;intellect
范文四:五代历程路由器的发展历程与趋势
五代历程路由器的发展历程与趋势
在路由器技术的发展历程中, 性能和业务这两个因素发挥着关键作用。 一方面, 带宽和网络 规模的增长推动着路由器在性能、 容量方面断提升; 另一方面, 业务的发展驱动着路由器更 加智能化和具备更强的业务提供能力。 在这两项关键因素中, 性能因素在路由器发展的前期 起到主导作用,随着 IP 网络和业务的迅猛发展,业务因素或者说是业务性能在网络中的价 值将起到越来越重要的作用。
所谓高性能不仅指转发的高性能, 还包括业务的高性能和高品质服务, 路由器不但要在处理 各种业务时游刃有余, 同时转发性能也不会出现明显的下降。 路由器提供的业务能力不是解 决“有”或“无”的问题,而是高品质的业务保证。
基于“业务与性能并重,业务平滑演进”的设计理念,业务高性能、集成化、智能化、高可 靠、高安全、易使用正成为路由器的发展趋势。
五代历程:路由器技术体系演进
路由器是 TCP/IP网络中最主要的联网设备。 TCP/IP是从上世纪 70年代中期美国国防部 ARPANET 技术发展起来的,美国军方希望用它来连接不同的局域网和广域网,以便在遭受战 争打击后可以保持网络连通。 TCP/IP体系结构和技术的开放性使其逐步被众多的高校、科 研机构所采纳,并逐步成为一个事实上的标准。
路由器技术体系的发展,大致可以划分为五代:
第一代路由器:集中转发,总线交换
最初的 IP 网络并不大,网关所需连接的设备及其需要处理的负载也很小。这一时期的网关 (路由器 ) 基本上可以用一台计算机插上多块网络接口卡的方式来实现。 接口卡与 CPU 之间通 过内部总线相连, CPU 负责所有的事务处理,包括路由收集、转发处理、设备管理等。网络 接口在收到报文后,通过内部总线传递给 CPU ,由 CPU 完成所有处理后再从另一个网络接口 传递出去。
这个阶段的路由器主要用于企业或科研机构连接到 Internet 。
第二代路由器:集中 +分布转发, 接口模块化, 总线交换由于每个报文都要经过总线送交 CPU 处理, 随着网络用户的增多,网络流量不断增大, 接口数量、 总线带宽和 CPU 的瓶颈效应越
来越突出。于是很自然地想到:如何提高网络接口数量,如何降低 CPU 、总线的负担?为了 解决这个问题, 第二代路由器就在网络接口卡上进行一些智能化处理, 由于网络用户通常只 访问少数几个地方, 因此可将少数常用的路由信息采用 Cache 技术保留在业务接口卡上, 使 大多数报文直接通过业务板 Cache 的路由表进行转发,减少对总线和 CPU 的请求,仅仅对 Cache 中找不到的报文送交 CPU 处理。
第二代路由器的转发性能有了较大提升, 并可根据具体的网络环境提供丰富的连接方式和接 口密度,在互联网和企业网中都获得了广泛应用。
第三代路由器:分布转发,总线交换
上世纪 90年代出现的 Web 技术使 IP 网络得到了迅猛发展, 用户的访问面获得了极大的拓宽, 访问的地方也不再像过去那样固定, 于是经常出现无法从 Cache 找到路由的现象, 总线、 CPU 的瓶颈效应再次出现。 另外, 由于用户的增加和路由器接口数量不足引发的问题也再次暴露 出来了。为了解决这些问题,第三代路由器应运而生。
第三代路由器采用全分布式结构, 路由与转发分离, 由主控板负责整个设备的管理和路由的 收集、 计算功能, 并将计算出的转发表下发到各业务板, 而各业务板则根据保存的路由转发 表独立地进行路由转发。 此外, 总线技术也得到了较大的发展,通过总线, 业务板之间的数 据转发完全独立于主控板,实现了并行高速处理,使路由器的处理性能成倍提高。
第三代路由器将转发性能提高了数倍, 并具备了一个业务灵活扩展、 性能不断提升的体系结 构,在 90年代中期成为 Internet 骨干主流设备。
第四代路由器:ASIC 分布转发,网络交换
在上世纪 90年代中后期,随着 IP 网络的商业化,特别是 Web 技术出现以后, Internet 技 术得到空前的发展,用户数目迅猛增加,网络流量特别是核心网络的流量以指数级数增长, 传统的基于软件的 IP 路由器无法再满足网络的发展需要。以常见的主干节点 2.5GPOS 端口 为例,按照 IP 最小报文 40字节计算, 2.5GPOS 端口线速的流量约为 6.5Mpps ,而且报文处 理中还包含了诸如 QoS 保证、路由查找、二层帧头的剥离 /添加等操作,传统的做法不可能 实现这些功能。于是,一些厂商开始引入 ASIC 实现方式,将转发过程的所有细节全部通过 硬件的方式来实现,此外还在交换网上采用了 CrossBar 或共享内存的方式,解决内部交换 的问题,使路由器的性能达到千兆比特,即早期的千兆交换式路由器 GSR(Gigabit Switch Router) 。
第五代路由器技术:网络处理器分布转发,网络交换
从上面的发展过程可以看到, 每一次技术进步都是随着业务的发展而出现了新的需求。 不过, 互联网泡沫时代的发展焦点集中在路由器的转发性能上, 而前四代路由器的最大进步均在速 度的提升方面。在宽带互联网一路高歌迅速发展的同时, IP 网络技术的缺陷也越来越充分 地暴露出来:网络无管理无法运营的问题、 IP 地址缺乏问题、 IP 业务服务质量问题以及 IP 安全等问题, 这些问题都严重地阻碍着网络的进一步发展。 随着宽带互联网泡沫的破灭, 人 们经过深刻的反醒后意识到,业务才是网络的真正价值所在,一切技术都必须围绕着业务。 于是,网络管理、用户管理、业务管理、 MPLS 、 ** 、可控组播、 IP-QoS 和流量工程等各种 新技术纷纷出现。 IP 标准也逐步修改成熟。新技术的出现和标准化的进展对高速路由器的 业务功能提出了越来越高的要求。
基于这些问题,第四代路由器 ASIC 技术的不灵活性、业务提供周期长等缺陷也不可避免地 显现出来。第五代路由器在硬件体系结构上继承了第四代路由器的成果,在关键的 IP 业务 流程处理上则采用了可编程的、专为 IP 网络设计的网络处理器技术。网络处理器 (NP)通常 由若干微处理器和一些硬件协处理器组成, 多个微处理器并行工作, 通过软件来控制处理流 程。对于一些复杂的标准操作 (如内存操作、路由表查找算法、 QoS 拥塞控制算法、流量调 度算法等 ) 可采用硬件协处理器来提高处理性能,实现业务灵活性与高性能的有机结合。
2002年 12月,华为公司正式发布了第五代路由器 NetEngine(简称 NE)80/40/20系列产品, 标志着第五代路由器进入成熟的商用阶段。
虽然路由器技术已经发展到第五代, 但每一代路由器都是为了满足相应网络发展的需求而提 出的,在实际应用中每一代路由器还都有其应用空间,而且这种情况将长期存在。
第一代路由器 (低端路由器 ) 目前广泛服务于远程分支、网点、甚至家庭;第二代路由器 (中 端路由器 ) 仍是企业网的主流联网设备;第三代路由器 (高端路由器 ) 主要应用于电信网络边 缘和行业网络骨干; 第四代路由器 (核心路由器 ) 主要应用于 IP 网络骨干汇聚和城域网环境; 第五代路由器 (新一代核心路由器 ) 正在逐渐取代第四代路由器在骨干网络和城域网络中的 地位。
第五代路由器的最大价值在于其全新的设计理念:“业务与性能并重, 业务平滑演进”。 抛 开具体的技术细节不谈, 这种设计思想完全可以被第一、 二、 三代路由器所借鉴, 从而发展 出面向不同应用环境的新一代路由器。
设计理念的革命
基于对性能和业务的分析,我们可以清晰地看到路由器设计师走过的两个阶段:
第一阶段:以性能为设计目标,面向带宽和连接的业务模型。这一阶段的 IP 网络是一个面 向传输的网络, 其目的是为了保证互联互通, 而不是提供一种高品质的服务, 网络没有完善 的 QoS 和安全保证, 只能在网络上提供一些对服务质量和安全不敏感的数据业务, 如文件传 送、电子邮件等。
第二阶段:以业务和性能并重、业务平滑演进为设计目标,面向全业务、开放的业务模型。
随着 IP 技术应用的日益广泛,它在电信、行业和企业网络中已有一统天下的趋势,并开始 要求在 IP 网络上能承载各种业务,如语音、会议电视、 OA 、 ERP 等,这些业务各有不同的 服务质量和安全要求, 传统的 IP 网络无法满足业务要求, 而新的 IP 网络至少应该能够提供 端到端的 QoS 和安全,为用户提供个性化服务。
为了满足全业务承载的要求,网络的各部分分工各异,相互配合。
在网络边缘, 用户管理采用 AAA 认证, 业务区分和标记采用流分类技术, 安全管理则采用业 务区分和隔离技术; 在核心层, 可根据业务要求对报文进行灵活处理, 实现 QoS 调度、组播 分发、 MPLS Label Swap,而安全管理则采用业务隔离技术。
为了适应这种网络分工的结构, 路由器必须具有良好的业务适应能力和充分的智能化, 并支 持全新的业务模式,如 MPLS ** 和 IPv6。 IPv6解决了 IPv4许多先天不足的问题,如 QoS 、 安全等特性的最终解决方案。 IP 网络必将演进到以 IPv6网络为基础架构的应用时代,是否 具有平滑升级支持 IPv6的能力已经成为选择网络设备必须考虑的关键条件之一。
新一代 IP 网络必须具备很强的业务适应能力,可通过软件升级的方式来提供新业务,而不 需要增加或更换硬件系统。
综上所述, 基于性能的路由器设计思路已经不能适应网络业务的发展趋势, 路由器设计已步 入第二阶段。“业务与性能并重、业务平滑演进”,是路由器设计理念的一次革命。
业务提供能力方面包括业务种类和业务性能,而不是普通的
IP 转发性能;在业务演进能力方面,由于新业务层出不穷,基本上每半年就出现一种新的 IP 业务,因此,必须有很强的业务演进能力。这一点与企业对职员的要求非常相似,企业 不仅要求员工能胜任现在的工作, 还要求员工具有很强的学习能力, 能够适应新的工作环境。
基于这种全新的设计理念,在电信和大型行业网络中出现了第五代路由器,如华为公司的 NE80/40系列;在企业网出现了高效全能的企业中心路由器,如华为 3Com 公司的 Quidway AR46系列。
范文五:高端路由器的发展趋势
干网络的边缘 、小型广域网络的核心或应简单而言 ,可以分为软件转发路由器和硬低于软件转发集中式架构 ,是一种退步 。
用于 园 区 网 的 出 口 位 置 。在 骨 干 采 用3 . 2 传 统 高 端 路 由 器 在 新 一 代 网 络件转发路由器 。155M 以上链路时 ,高端路由器一般放置 3 . 1 传统高端路由器的体系架构中面临的问题于链路的接入端 ,完成用户数据的汇聚 、 3 . 1 . 1 软件转发集中式路由器 软件传统网络环境数据流量小 ,网络带宽 链路层 的 转 换 和 复 杂 网 络 协 议 的 支 持 。 低 ,业 务 单 一 , 不 涉 及 Qo S 保 障 问 题 , 在 转发集中式路由器本质上是一 当高端路由器应用于网络出口位置时 ,由 台单 CPU 专用计算机系统 , 数据转发和 该背景下诞生的传统高端路由器针对传 于多 ISP 的应用 、NA T 地址转 换 要 求 的 路由协议由 CPU 分时处理 , 线路接口是 统网络需求而设计 ,在传统应用情况下工 提升以及网络病毒防护的需求 ,均对高端 CPU 外设 。 作良好 ,但已经不能适应新网络环境的要 路由器提出了性能 、策略的双重要求 。尤 系统中 ,所有线路接口 、所有软件共 求了 。 其在新一代网络中 ,高端路由器面临的业 享唯一的 CPU 资源 , 所以整机系统资源 传统高端路由器 ,不管是集中式转发 务复杂性越来越高 ,传统高端路由器已经 极其有限 ,性能很低 。在交换带宽方面 , 和分布 式 转 发 均 采 用 CPU + CPCI 总 线 不能满足业务应用的要求 ,网络的高复杂 的转发架构 。CPU 和总线也就成为了传 系统总线或接口总线决定了系统中各线 性应用要求高端路由器的体系架构必须 路接口的总有效带宽 。总线技术相似于 统高端路由器的致命缺陷 。 产生质的飞跃 。 传统以太网 中 的 HUB , 总 线 的 利 用 率 很 3 . 2 . 1 CPU 处理 ,资源有限 , 不能满 二 、高端路由器应用环境的变迁和对 低 ,一 般 只 有 30 % , 总 线 带 宽 一 般 小 于 足复杂业务应用要求 高端路由器的要求 1 Gbp s ,因此系统的总交换容量一般小于CPU 的 处 理 性 能 是 有 限 的 , 一 般 只 随着语音 、视频和 IP 数据网 三 个 网 300Mbp s。在 转 发 性 能 方 面 , CPU 性 能 、 能达 到 200 Kpp s 左 右 , 最 高 也 不 会 超 过
400 Kpp s 。这个性能已经是全部的系统资络高速发展 ,三网合一的呼声越来越高 。 转发流程和查表算法决定了系统的总处
IP 网络 以 其 天 生 的 数 字 化 、灵 活 性 和 多,系统的转发速源了 , 数 据 转 发 、ACL 流 分 类 , M PL S 和理能力 。使用快速算法后
业务承载的特点 ,成为三网合一的最后选 度也不会超过 400 Kpp s 。 软件转发集中Qo S 标记处理等各种业务都要共享这一 择 ,而服务质量保证是三网合一对高端路 式高端路由器由于其 资 源 。目 前 在 高 端 设 备 上 同 时 应 用 由器的基本要求 。 过低的系统性能 ,不能适应新一代网络业 ACL 、Qo S 和 M PL S 的复合应用已经越来
务应用的需求 越普遍 M PL S V PN 是近年发展起来的一种 ,由于其简单的实现技术和 ,几乎成为广域骨干网络边缘层设 安全技 术 , 它 采 用 多 种 二 层 和 三 层 的 手 低成本特性 ,在低端路由器中得到了广泛 备上的标准应用 。在这种应用环境下 ,复 段 ,保障不同业务应用的安全隔离和灵活 应用 。 合应用将大量耗用系统资源 ,导致数据转 受控互通 。随着 M PL S V PN 协议的成熟 3 . 1 . 2 软件转发分布式路由器 软件发性能成指数级急剧下降 ,造成数据转发 和硬件技术的进步 ,该技术已经成为网络 转发分布式路由器采用多 CPU 在设备 上 的 阻 塞 , 无 法 充 分 利 用 网 络 带 建设中的基本技术需求 。 设计 ,CPU 之 间 通 过 背 板 总 线 而 实 现 内 宽 。严重情况下 ,200 Kpp s 的数据转发指
另外 ,随着 IP 的广泛普及 ,多媒体技 存共享 。这种系统的总线背板上 ,可以插 标将下降到只有几十 Kpp s 。 术的长足进步 ,网上传输的数据占用的带 接多个 CPU 处理板 ,其中 ,有专门处理路 CPU 的 稳 定 性 较 差 , 这 从 通 用 计 算 宽越来越大 ,广域组网链路带宽也由原来 由协议的主控板 ,专门处理报文转发的接 机系统经常出现运转缓慢 ,死机等现象中
就可看出 , CPU 系统的负 载 应 该 在 50 % 的 64 K 发展到现在的 155M 、622M 、GE、 口板 。接口板上有局部总线 ,局部总线上
以下才 能 基 本 保 障 系 统 的 稳 定 性 , 由 此 10 GE 甚至 DWDM 的 40 G ,因此要求高端,子插卡作为线路卡 。可挂接多个子插卡
路由器 能 够 支 持 622M POS 甚 至 GE 的 这种体系的路由器其设计初衷是提 200 Kpp s 的 系 统 资 源 只 有 50 % 即
100 Kpp s 可用 ,也就是说在无业务应用的 线速转发 。 高整机系统的转发性能 ,有多个接口板并
三 、传统高端路由器体系架构及问题行处理报文转发 ,接口板内交换不再经过情况 下 , 传 统 高 端 路 由 器 也 不 能 达 到
路由器内部可以划分为控制平面和 系统总线 ,降低系统总线和系统内存的压 155M 接口的稳定线速转发 ,因此在传统 数据通道 。路由器的控制平面 ,运行在通 力 。但在新应用环境下 ,这种体系的设计 高端路由器上支 持 155M 接 口 只 能 是 为 用 CPU 系统中 , 多年来一直没有多少变 初衷并没有得到实现 。 了满足接口要求的一种形式 ,极大的浪费
理能力有限 ,效率低下 ,转发时延较大 ,尤,交换带宽主要由内存读写速度存储系统 理效率都高于传统高端路由器上采用的CPU 。每个微引擎中还集成多个硬件线 其在包头处理时 ,采用软件查表机制 , 要 决定 ,可以通过提高内存时钟或增加内存 程 ,每个线程的数据访问都有专用的硬件 经常访问低速的内存 ,处理过程复杂 , 进 位宽增加交换带宽 。目前 ,处理 2 . 5 Gbp s 寄存器 ,无需低速的内存操作 , 而实现了 一步 增 加 了 包 头 处 理 时 延 。当 采 用 了线路微码逻辑的 N P 网 络 处 理 器 基 本 成寄存器级的线程访问 。N P 中集成高速缓 ACL 机制 后 , 更 需 要 对 每 个 数 据 包 进 行 熟 。一般采用集中式硬件转发的高端路 存 ,提供数据的高速访问 , 避免对 N P 外 ACL 列表 遍 历 处 理 , 系 统 的 处 理 性 能 将 由器其 交 换 容 量 最 低 可 实 现 4 G 单 项 交 的低速内存的频繁访问 。TCAM 即三重 急剧降低 。因此传统高端路由的转发时 换容量 , 8 G 的双向交换容量 。同时 为 扩 内容 可 编 址 存 储 器 , 可 存 储 ACL 、M PL S 延很大 ,在恶劣环境下将达到 ms 级甚至 展多接口应用 ,提高系统的交换容量 , 一 转发表等列表 ,将最耗费转发引擎资源的 s 级的时延 ,将使用户感觉到语音和视频 般在交换架构上还采用了 CROSSBAR 交 表项查找部分独立出来 , 由 TCAM 硬 件 业务的延迟 。 换网架构 ,实现端口间的直接通信 , 避免 芯片完成 ,实现所有表项的一次性匹配操 而 CPU 的分时机 制 并 不 精 确 , 在 复 总线带宽争用 ,避免转发阻塞 。在转发处 作 ,无需传统软件转发方式下表项的遍历 杂业务应用和大数据量冲击时很难保障 理方面 ,使用硬件查表技术提升系统处理 查找过程 ,不受表项大小限制 , 所有包头 对语音和视频数据进行实时处理 ,语音和 能力 。硬件查表技术一般采用基于大规 处理操作的时延极低 ,并保持恒定 。 视频数据包的包头处理时间不恒定 ,数据 模集成电路技术设计的 TCAM 芯片 , 其 CPU + N P + TCAM 构成了新一代高包在缓存中驻留的时间是变化的 ,这就造 处理 性 能 可 以 达 到 100 Mpp s 的 查 找 性
成语音和视频数据的时延抖动 ,严重影响 能 。利 用 该 技 术 可 实 现 ACL 、Qo S、 端路由器的强大系统资源 。CPU 处理路通信质量 。 M PL S、数 据 转 发 表 等 的 并 行 一 次 性 查,维护路由表 ,并对整个系统进行由协议
3 . 2 . 2 共享总线架构 , 交 换 容 量 小 ,找 ,避免传统高端路由器处理的串行查找 管理 ; TCAM 完 成 原 来 最 耗 费 系 统 资 源 不能满足高速应用要求 采用共享总线的方式 ,极大降低系统的转发时延和时延抖 的表查找操作 ; N P 完成数据包的封装 、标
传统高端路由器 动 记 、调度 、转 发 等 操 作 。采 用 ,其 ,并减轻 N P 处 理 器 的 负 荷 , 保 障 系 统N P 芯 片 可
的稳 定 性 。微 码 编 程 的 网 络 处 理 器 N P 提供强大 的 转 发 性 能 , 1 G 的 N P 处 理 器 交换容量非常小 ,只有 300Mbp s 左右 ,也
就是说在传统架构下 ,设备支持 622M 和 可以现 场 升 级 , 修 改 或 增 加 新 业 务 很 方 其包转发率可达 1 . 5Mpp s ,采用并发处理 千兆端口是没有意义的 ,因为在这些高速 便 。 技术 ,实现数据的并行处理 ,结合 TCAM 接口间将产生严重的系统阻塞 ,导致系统 4 . 1 . 2 硬件转发分布式路由器 硬件技术后 ,可保障语音 、视频业务的系统资 共享缓存或接口缓存溢出 转发分布式路由器是使用中心 源占用率 ,数据丢包 。 ,消除转发引擎瓶颈 , 避免系统
四 、新一代高端路由器体系架构及对 交换方式提高系统容量的另一种办法 ,这 数据阻塞 。语音视频数据包头的处理速 应用的支撑 种系统 的 特 征 是 , 核 心 为 大 容 量 交 换 网 度快 ,进而降低数据传输时延 , 并保障恒
得益于大规模集成电路技术和计算 络 ,交换网络外挂网络处理器 , 网络处理 定的 传 输 时 延 , 避 免 时 延 抖 动 。在 ACL 机技术的迅猛发展 ,新一代高端路由器采 器上挂线路接口 。整个转发系统是星形 + M PL S + Qo S 的复合应用环境下即保障
结构 ,中心是交换网络 。交换网络使用信 系统的包转发率恒定 ,又可保障语音视频 用了硬件转发引擎网络处理器 ,极大的提
升 了 高 端 路 由 器 的 整 体 性 能 、ACL + 元交 换 , 边 沿 网 络 处 理 器 负 责 IP 转 发 。 技术的服务质量 ,并可实现 622M 和千兆
M PL S + Qo S 的复合应用提供能力 , 和高 这类路由器的系统总容量由交换网络容接口的线速转发 。
量决定 ,最高线路接口速率由网络处理器 带宽链路的支持能力 ,充分满足三网合一 4 . 2 . 2 N P + CROSSBAR 交 换 架 构 ,
的网络应用对广域骨干网边缘层设备的 性能决 定 。采 用 N P 处 理 器 的 分 布 式 路 保障系统的无阻塞转发1 G 平台的 N P 芯片其交换容量达到 要求 。 由器适合构建 2 . 5 G 平台的高端路由器 , 了 8 G , 配 合 CROSSBAR 交 换 网 架 构 , 所 4 . 1 新一代高端路由器体系架构实现接口板间 2 . 5 G 线速转发 。采用 A2有接口间实现无阻塞转发 ,消除了系统交 新一代高端路由器有硬件转发集中 SIC 芯片 的 分 布 式 路 由 器 适 合 构 建 10 G换瓶颈 ,提高了对高速端口的支撑能力 。 式和硬件转发分布式两种 。 平台的 核 心 路 由 器 , 各 方 面 指 标 都 优 于采用集中式硬件转发架构的高端路 4 . 1 . 1 硬件转发集中式路由器 硬件2 . 5 G 平台路由器 , 适合应用于广域骨干 由器 ,可支持 622M 和千兆端口的线速无 转发集中式路由器在软件转发 网络核心 。 阻塞转发 ,使高端路由器的带宽提供能力 集中式路由器的基础上增加了网络处理 4 . 2 新一 代 高 端 路 由 器 对 应 用 业 务 由百兆提升到了千兆 ,满足数据网络带宽 器 。这样 的支撑 ,数据转发用专门的网络处理器 增长的要求 。 来完成 ,而 CPU 用于处理路由协议和系 新一代高端路由器由于采用了 CPU 总结统管理 。网络处理器可以使用微码编程 + N P + CROSSBAR + TCAM 的融合处理 随着各种各样的基于互联网应用的 的微引 擎 即 N P , 固 化 逻 辑 ASIC 芯 片 以 技术 , 可 提 供 更 高 的 交 换 性 能 、更 强 的 迅猛发展 ,高端路由器做为互联网络中的 及可重配置的 F P GA 来实现 。 Qo S 服务质量保障和更高的稳定性 。 核心设备对各种业务的支撑起着关键的 目前在新一代路由器的设计中大部 4 . 2 . 1 CPU + N P + TCAM 提供强大 作用 ,同时对高端路由器性能上的要求也 分采用 N P 作为高端路由器的转发引擎 , 的系统资源 ,支持复杂业务应用 越来越高 。因此 , 可以预见 , 今后高端路 而采 用 ASIC 或 F P GA 作 为 核 心 路 由 器 N P 采 用 高 集 成 度 的 集 群 微 引 擎 架 由器的发展还将集中在对关键业务的支 的转发引擎 。 构 ,每个芯片内部都集成了多个微引擎 ,
经过精心设计的网络处理器能够保 链路 层 解 封 装 、NA T 、PR 、转 发 、Qo S、 持和数据转发性能两个最主要的指标上 。证所有线路接口达到线 速 。在 交 换 带 宽 CAR 、封装等功能分布到各个微引擎中组