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在目前的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，受到投入成本和傳輸速度等因素的影響，還是以有線網(wǎng)絡(luò)居多。而路由器是局域網(wǎng)連接外部網(wǎng)絡(luò)的重要橋梁，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不可或缺的重要部件，也是網(wǎng)絡(luò)安全的前沿關(guān)口，提高其性能就顯得非常重要。
在目前的路由器設(shè)備當中，越來越多的功能以硬件方式來實現(xiàn)，CMOS集成技術(shù)的提高使很多功能可以在專用集成電路（ASIC）芯片上實現(xiàn)，原來由軟件實現(xiàn)的功能現(xiàn)在可由硬件更快、成本更低地完成，大大提高系統(tǒng)性能。分布式處理技術(shù)在路由器中采用，極大地提高了路由器的路由處理能力和速度。逐漸拋棄易造成擁塞的共享式總線，開始普遍采用交換式路由技術(shù)，在交換結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取巨型計算機內(nèi)部互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計或引入光交換結(jié)構(gòu)。另外路由表的快速查尋技術(shù)，QoS保證以及采用MPLS技術(shù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，在路由器中引入光交換等方面也逐漸受到人們的重視。
ASIC技術(shù)
由于廠商需要降低成本，ASIC技術(shù)在路由器中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在路由器中，要極大地提高速度，首無想到的是ASIC， ASIC可以用作包轉(zhuǎn)發(fā)、查路由，并且目前已經(jīng)有專門用來查找IPV4路由的商用ASIC芯片。ASIC技術(shù)的應(yīng)用使路由器內(nèi)的包轉(zhuǎn)發(fā)速度和路由查找速度有顯著的提高。
高速路由器將路由計算、控制等非實時任務(wù)同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等實時任務(wù)分開,由不同部分完成。路由計算、控制等非實時任務(wù)由CPU運行軟件來完成, 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等實時任務(wù)由專門的ASIC硬件來完成。自1997年下半年以來,一些公司開始陸續(xù)推出采用專用集成電路(ASIC)進行路由識別、計算和轉(zhuǎn)發(fā)的新型路由器,轉(zhuǎn)發(fā)器負責全部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。這種路由器用硬件按照時鐘的節(jié)拍實現(xiàn)逐個數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā),實現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)。
ASIC技術(shù)的進展意味著更多的功能可移向硬件，提高了性能水平，增加了功能。與軟件執(zhí)行相比，ASIC的性能是后者的3倍。但是全硬件化的路由器使用起來缺乏靈活性，且冒一定的風險，因為標準規(guī)范仍在不斷演變過程中，于是出現(xiàn)了可編程ASIC。可編程ASIC是ASIC的發(fā)展趨勢，因為它可通過改寫微碼來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議的變化。目前，有兩種類型的可編程ASIC：一種以3Com公司的FIRE（Flexible Intelligent Routing Engine）芯片為代表；另一種以Vertex Networks的HISC專用芯片為代表，這顆芯片是一顆專門為通信協(xié)議處理而設(shè)計的CPU，通過改寫微碼，使芯片具有處理不同協(xié)議的能力。
分布式處理技術(shù)
最初的路由器采用了傳統(tǒng)計算機體系結(jié)構(gòu)，包括共享中央總線、中央CPU、內(nèi)存及掛在共享總線上的多個網(wǎng)絡(luò)物理接口。接口卡通過總線將報文上送CPU，CPU完成路由計算、查表、做轉(zhuǎn)發(fā)決定處理，然后又經(jīng)總線送到另一個物理接口發(fā)送出去。這種單總線單CPU的主要局限是處理速度慢，一顆CPU完成所有的任務(wù)，從而限制了系統(tǒng)的吞吐量。另外，系統(tǒng)容錯性也不好，CPU若出現(xiàn)故障容易導(dǎo)致系統(tǒng)完全癱瘓。這一切都造成傳統(tǒng)路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能很難有大的提高。
現(xiàn)代的路由器采取對報文轉(zhuǎn)發(fā)采用分布式處理，可以插多個線路處理板，每個線路板獨立完成轉(zhuǎn)發(fā)處理工作，即做到在每個接口處都有一個獨立CPU，專門單獨負責接收和發(fā)送本接口數(shù)據(jù)包，管理接收發(fā)送隊列、查詢路由表并做出轉(zhuǎn)發(fā)決定等。通過核心交換板實現(xiàn)板間無阻塞交換，即一個板上輸入的報文經(jīng)過尋路后可以象通過導(dǎo)線直連那樣，被交換到另一個板上輸出，實現(xiàn)包交換，其整機吞吐量可以成倍擴充。而主控CPU僅完成路由器配置控制管理等非實時功能。這種體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是本地轉(zhuǎn)發(fā)/過濾數(shù)據(jù)包的決定由每個接口處理的專用CPU來完成，對數(shù)據(jù)包的處理被分散到每塊接口卡上。線路板上有專用芯片完成二層、三層乃至四層的轉(zhuǎn)發(fā)處理工作，硬件實現(xiàn)使轉(zhuǎn)發(fā)能夠達到線速（高速端口所連接線路的速率），達到了電路交換那樣的性能，使路由器不會成為網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸。
然而，單總線結(jié)構(gòu)路由器存在一個最大缺陷就是一次只能有一個分組從入口交換到出口。如果能在入口和出口之間有多條數(shù)據(jù)傳輸通路，則能解決這種問題，同時大大提高系統(tǒng)的吞吐率�；谶@種想法，同時借鑒ATM交換機結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，提出了如圖3所示的基于交換機結(jié)構(gòu)的新一代路由器體系結(jié)構(gòu)。 |
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