路由器是一種連接多個網(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)信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個更大的網(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完成;控制功能一般用軟件來實現(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。
路由器在計算機網(wǎng)絡(luò)中有著舉足輕重的地位，是計算機網(wǎng)絡(luò)的橋梁，通過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。路由器作為IP網(wǎng)的核心設(shè)備，其技術(shù)已成為當前信息產(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)模的增長推動著路由器在性能、容量方面斷提升;另一方面，業(yè)務(wù)的發(fā)展驅(qū)動著路由器更加智能化和具備更強的業(yè)務(wù)提供能力。在這兩項關(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)因素或者說是業(yè)務(wù)性能在網(wǎng)絡(luò)中的價值將起到越來越重要的作用。
多少年來，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交換機取而代之，成為IP骨干網(wǎng)的核心，路由器變成了配角。進入90年代末期，Internet規(guī)模進一步擴大，流量每半年翻一番，ATM網(wǎng)又成為瓶頸，路由器東山再起，GBPS路由交換機在1997年面世后，人們又開始以GBPS路由交換機取代ATM交換機，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)是第五個時代了。下面讓我們來看一看路由器技術(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載也很小。這個時候網(wǎng)關(guān)(路由器)基本上可以用一臺計算機插多塊網(wǎng)絡(luò)接口卡的方式來實現(xiàn)。接口卡與中央處理器(CPU)之間通過內(nèi)部總線相連，CPU負責所有事務(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)接口收到報文后通過內(nèi)部總線傳遞給CPU，由CPU完成所有處理后從另一個網(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)
由于每個報文都要經(jīng)過總線送交CPU處理，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的增多，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、總線的負擔?為了解決這個問題，第二代路由器就在網(wǎng)絡(luò)接口卡上進行一些智能化處理，由于網(wǎng)絡(luò)用戶通常只會訪問少數(shù)的幾個地方，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)報文就可以直接通過業(yè)務(wù)板Cache的路由表進行轉(zhuǎn)發(fā)，以減少對總線和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，用戶的訪問面獲得了極大的拓寬，訪問的地方也不再像過去那樣固定，于是經(jīng)常出現(xiàn)無法從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，由于用戶的增加和路由器接口數(shù)量不足引發(fā)的問題也再次暴露出來了。為了解決這些問題，第三代路由器應(yīng)運而生。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)，主控板負責整個設(shè)備的管理和路由的收集、計算功能，并把計算形成的轉(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)表能夠獨立進行路由轉(zhuǎn)發(fā)。另外總線技術(shù)也得到了較大的發(fā)展，通過總線、業(yè)務(wù)板之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完全獨立于主控板，實現(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)級增長，傳統(tǒng)的基于軟件的IP路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。以常見的主干節(jié)點2.5G
POS端口為例，按照IP最小報文40字節(jié)計算，2.5G
POS端口線速的流量約為6.5Mpps。而且報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)的做法是不可能實現(xiàn)的。于是一些廠商提出了ASIC實現(xiàn)方式，它把轉(zhuǎn)發(fā)過程的所有細節(jié)全部采用硬件方式來實現(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)部交換的問題。這樣，路由器的性能達到千兆比特，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，犧牲了業(yè)務(wù)靈活性。這與ASIC技術(shù)實現(xiàn)方式相關(guān)，在設(shè)計ASIC芯片的時候，對轉(zhuǎn)發(fā)流程做了大量優(yōu)化，使得IP轉(zhuǎn)發(fā)以簡單而固定的方式來實現(xiàn)，從而固化下來，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，ASIC就無能為力了。而且，ASIC的設(shè)計周期很長，通常需要二到三年才能設(shè)計出一個穩(wěn)定運行的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，平均每半年就會興起一項新的業(yè)務(wù)，而這些業(yè)務(wù)可能就對轉(zhuǎn)發(fā)流程有影響，需要轉(zhuǎn)發(fā)程序適度調(diào)整來獲得高品質(zhì)支持。近期MPLS
VPN技術(shù)逐步成為熱門，運營商需要在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)中開展MPLS
VPN業(yè)務(wù)，這時發(fā)現(xiàn)原來在骨干網(wǎng)應(yīng)用的第四代路由器無法提供高性能的VPN業(yè)務(wù)，需要全面升級或另外建設(shè)專門的VPN承載網(wǎng)絡(luò)。在當前帶寬已經(jīng)不是主要矛盾，業(yè)務(wù)應(yīng)用為王的運營環(huán)境中，ASIC固有的靈活性差、業(yè)務(wù)支持不足的問題成為了路由器發(fā)展的主要矛盾。新的需要，帶來新的矛盾，就又會造就新的發(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。
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