路由器的硬件与实现

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1、第四章路由器硬件设计与实现4.1路由器基本组成与类型1、ROUTER基本组成路由器由四个功能模块构成:输入端口输出端口交换结构（SwitchingFabric）路由处理器输入端口:物理链路和输入包的进口处,通常由线卡提供。实现五类功能：（1）实现数据链路层的封装和解封装；ROUTER基本组成（2）通过输入包目的地址等参数，查找路由表决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用硬件实现，或者在线卡上嵌入微处理器。（3）提供QoS（服务质量）。端口对收到的包分成若干预定义的服务级别。（4）可能需要运行诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对

2、点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。（5）参加对公共资源（如交换开关）的仲裁协议。输出端口：实现数据链路层的封装和解封装；实现复杂的调度算法以支持优先级；支持一些较高级协议等等。ROUTER基本组成交换结构部分：迄今为止使用最多的交换技术是总线、Cross-bar和共享内。路由处理器：计算路由表实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那些目的地址不在线卡路由表中的包路由器的类型按照路由器在网络中所处位置分类：1．接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户。接入路由器已经开始不

3、只是提供SLIP或PPP连接，还支持诸如PPTP和IPSec等虚拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运行。2．企业级路由器企业或校园级路由器连接许多终端系统，其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，并且进一步要求支持不同的服务质量。企业级路由器的成败就在于是否提供大量端口且每端口的造价很低，是否容易配置，是否支持QoS。支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及VLAN。路由器的类型3．骨干级路由器骨干级路由器的关键因素是速度和可靠性。硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。骨干IP

4、路由器的主要性能瓶颈是在路由表中查找某个路由所耗的时间。当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址以确定其目的端口，当包越短或者当包要发往许多目的端口时，势必增加路由查找的代价。因此，将一些常访问的目的端口放到缓存中能够提高路由查找的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器，都存在路由查找的瓶颈问题。除了性能瓶颈问题，路由器的稳定性也是一个常被忽视的问题。路由器的类型4．太比特路由器光纤和DWDM都已经很成熟，但如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始带宽对应的路由器，新的网络基础设施将无法从根本上得到性能的改善，因此开发高性

5、能的骨干交换/路由器（太比特路由器）已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术现在还主要处于开发实验阶段。4.2路由器硬件体系结构的发展1.发展概述路由器本质上还是一台特殊的专门执行协议处理的计算机，但从功能上看，路由器与计算机还是有较大的区别。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。路由器硬件体系结构的发展2.发展历程:第一代单总线单CPU结构

6、路由器最初的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。CPURAM物理接口物理接口物理接口这种单总线单CPU的主要局限是处理速度慢，一个CPU完成所有的任务，从而限制了系统的吞吐量。另外，系统容错性也不好，CPU若出现故障容易导致系统完全瘫痪。但该结构的优点是系统价格低。目前的边缘路由器基本上都是这种结构。第二代单总线主从CPU结构路由器用主从两个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。两个CPU为非对称主从式关系结构，其中一个CPU负责通信链

7、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。CPURAM物理接口物理接口物理接口CPU总体上来说，第二代体系结构实际上是第一代体系结构的简单延伸第三代单总线对称式多CPU结构路由器第三代路由器可以说改善了在第二代体系结构中主要限制，因为它开始采用了简单的并行处理技术，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。CPURAM物理接口物理接口物理接口CPURAM

8、CPURAMCPURAM第四代多总线多CPU结构路由器第四代路由器至少包括三类以上总线和三类以上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。Cxb