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  路由器是一種連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它能將不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對(duì)方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)。路由器有兩大典型功能，即數(shù)據(jù)通道功能和控制功能。數(shù)據(jù)通道功能包括轉(zhuǎn)發(fā)決定、背板轉(zhuǎn)發(fā)以及輸出鏈路調(diào)度等，一般由特定的硬件來(lái)完成;控制功能一般用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。

  路由器在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有著舉足輕重的地位，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的橋梁，通過(guò)它不僅可以連通不同的網(wǎng)絡(luò)，還能選擇數(shù)據(jù)傳送的路徑，并能阻隔非法的訪問(wèn)。路由器作為IP網(wǎng)的核心設(shè)備，其技術(shù)已成為當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，其設(shè)備本身在數(shù)據(jù)通信中起到越來(lái)越重要的作用。

  在路由器技術(shù)的發(fā)展歷程中，性能和業(yè)務(wù)這兩個(gè)因素發(fā)揮著關(guān)鍵作用。一方面，帶寬和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長(zhǎng)推動(dòng)著路由器在性能、容量方面斷提升;另一方面，業(yè)務(wù)的發(fā)展驅(qū)動(dòng)著路由器更加智能化和具備更強(qiáng)的業(yè)務(wù)提供能力。在這兩項(xiàng)關(guān)鍵因素中，性能因素在路由器發(fā)展的前期起到主導(dǎo)作用，隨著IP網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，業(yè)務(wù)因素或者說(shuō)是業(yè)務(wù)性能在網(wǎng)絡(luò)中的價(jià)值將起到越來(lái)越重要的作用。

  多少年來(lái)，路由器的發(fā)展有起有伏。90年代中期，傳統(tǒng)路由器成為制約因特網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。ATM交換機(jī)取而代之，成為IP骨干網(wǎng)的核心，路由器變成了配角。進(jìn)入90年代末期，Internet規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，流量每半年翻一番，ATM網(wǎng)又成為瓶頸，路由器東山再起，GBPS路由交換機(jī)在1997年面世后，人們又開(kāi)始以GBPS路由交換機(jī)取代ATM交換機(jī)，架構(gòu)以路由器為核心的骨干網(wǎng)。路由器發(fā)展到今天已經(jīng)是第五個(gè)時(shí)代了。下面讓我們來(lái)看一看路由器技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及其典型代表產(chǎn)品。

  第一代路由器：集中轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換

  最初的IP網(wǎng)絡(luò)并不大，其網(wǎng)關(guān)所需要連接的設(shè)備及其需要處理的負(fù)載也很小。這個(gè)時(shí)候網(wǎng)關(guān)(路由器)基本上可以用一臺(tái)計(jì)算機(jī)插多塊網(wǎng)絡(luò)接口卡的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。接口卡與中央處理器(CPU)之間通過(guò)內(nèi)部總線相連，CPU負(fù)責(zé)所有事務(wù)處理，包括路由收集、轉(zhuǎn)發(fā)處理、設(shè)備管理等。網(wǎng)絡(luò)接口收到報(bào)文后通過(guò)內(nèi)部總線傳遞給CPU，由CPU完成所有處理后從另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口傳遞出去。

  第二代路由器：集中+分布轉(zhuǎn)發(fā)，接口模塊化，總線交換等技術(shù)

  由于每個(gè)報(bào)文都要經(jīng)過(guò)總線送交CPU處理，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的增多，網(wǎng)絡(luò)流量不斷增大，接口數(shù)量、總線帶寬和CPU的瓶頸效應(yīng)越來(lái)越突出。于是很自然地想到：如何提高網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量，如何降低CPU、總線的負(fù)擔(dān)?為了解決這個(gè)問(wèn)題，第二代路由器就在網(wǎng)絡(luò)接口卡上進(jìn)行一些智能化處理，由于網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)通常只會(huì)訪問(wèn)少數(shù)的幾個(gè)地方，因此可以考慮把少數(shù)常用的路由信息采用Cache技術(shù)保留在業(yè)務(wù)接口卡上，這樣大多數(shù)報(bào)文就可以直接通過(guò)業(yè)務(wù)板Cache的路由表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以減少對(duì)總線和CPU的需求。

  第三代路由器：分布轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換

  上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的Web技術(shù)使IP網(wǎng)絡(luò)得到了迅猛發(fā)展，用戶(hù)的訪問(wèn)面獲得了極大的拓寬，訪問(wèn)的地方也不再像過(guò)去那樣固定，于是經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法從Cache找到路由的現(xiàn)象，總線、CPU的瓶頸效應(yīng)再次出現(xiàn)。另外，由于用戶(hù)的增加和路由器接口數(shù)量不足引發(fā)的問(wèn)題也再次暴露出來(lái)了。為了解決這些問(wèn)題，第三代路由器應(yīng)運(yùn)而生。第三代路由器采用全分布式結(jié)構(gòu)—路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術(shù)，主控板負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的管理和路由的收集、計(jì)算功能，并把計(jì)算形成的轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到各業(yè)務(wù)板;各業(yè)務(wù)板根據(jù)保存的路由轉(zhuǎn)發(fā)表能夠獨(dú)立進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。另外總線技術(shù)也得到了較大的發(fā)展，通過(guò)總線、業(yè)務(wù)板之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完全獨(dú)立于主控板，實(shí)現(xiàn)了并行高速處理，使得路由器的處理性能成倍提高。

  第四代路由器：ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)交換

  九十年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化，Web技術(shù)出現(xiàn)以后，Internet技術(shù)得到空前的發(fā)展，Internet用戶(hù)迅猛增加。網(wǎng)絡(luò)流量特別是核心網(wǎng)絡(luò)的流量以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的基于軟件的IP路由器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。以常見(jiàn)的主干節(jié)點(diǎn)2.5G POS端口為例，按照IP最小報(bào)文40字節(jié)計(jì)算，2.5G POS端口線速的流量約為6.5Mpps。而且報(bào)文處理中需要包含諸如QoS保證、路由查找、二層幀頭的剝離/添加等復(fù)雜操作，以傳統(tǒng)的做法是不可能實(shí)現(xiàn)的。于是一些廠商提出了ASIC實(shí)現(xiàn)方式，它把轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程的所有細(xì)節(jié)全部采用硬件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外在交換網(wǎng)上采用了Crossbar或共享內(nèi)存的方式解決了內(nèi)部交換的問(wèn)題。這樣，路由器的性能達(dá)到千兆比特，即早期的千兆交換式路由器(Gigabit Switch Router，GSR)。

  第五代路由器技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)處理器分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)交換

  在第四代路由器中采用了硬件轉(zhuǎn)發(fā)模式，解決了帶寬容量和性能不足的瓶頸問(wèn)題，但是也留下了隱患：基于ASIC的硬件轉(zhuǎn)發(fā)在獲取高性能的同時(shí)，犧牲了業(yè)務(wù)靈活性。這與ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式相關(guān)，在設(shè)計(jì)ASIC芯片的時(shí)候，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)流程做了大量?jī)?yōu)化，使得IP轉(zhuǎn)發(fā)以簡(jiǎn)單而固定的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而固化下來(lái)，做到硬件化。如果在IP轉(zhuǎn)發(fā)中，還要做一些復(fù)雜的額外處理的話(huà)，ASIC就無(wú)能為力了。而且，ASIC的設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)，通常需要二到三年才能設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的ASIC芯片。而在IP互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速，平均每半年就會(huì)興起一項(xiàng)新的業(yè)務(wù)，而這些業(yè)務(wù)可能就對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)流程有影響，需要轉(zhuǎn)發(fā)程序適度調(diào)整來(lái)獲得高品質(zhì)支持。近期MPLS VPN技術(shù)逐步成為熱門(mén)，運(yùn)營(yíng)商需要在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)中開(kāi)展MPLS VPN業(yè)務(wù)，這時(shí)發(fā)現(xiàn)原來(lái)在骨干網(wǎng)應(yīng)用的第四代路由器無(wú)法提供高性能的VPN業(yè)務(wù)，需要全面升級(jí)或另外建設(shè)專(zhuān)門(mén)的VPN承載網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)前帶寬已經(jīng)不是主要矛盾，業(yè)務(wù)應(yīng)用為王的運(yùn)營(yíng)環(huán)境中，ASIC固有的靈活性差、業(yè)務(wù)支持不足的問(wèn)題成為了路由器發(fā)展的主要矛盾。新的需要，帶來(lái)新的矛盾，就又會(huì)造就新的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)興起，促使第五代路由器出現(xiàn)。

  從第一代到今天的第五路由器技術(shù)都是不一樣的，技術(shù)的發(fā)展是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用而快速發(fā)展。