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談多層交換路由器的架構演進

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從長遠看，帶寬本身總是不夠用的 。網絡基礎設施背后的智能“設備”——交換機和路由器必須承擔起以智能化的方式跟上帶寬需求腳步的艱難任務 。象視頻和數字X-射線這樣的應用總是要求更大、更智能化的“管道”，而VoIP應用要求低延遲和一致的傳送速率 。上世紀90年代中期，隨著傳統交換機的沒落，人們開始競相發展速度更快、智能化程度更高的交換機和路由器 。硅谷一群天才式的人物看到了這一市場機會，在一種被稱為"多層交換路由"新概念的基礎上發明了組網硬件和相容的軟件 。與當時僅基于軟件的路由器相比，這些新的“智能”交換機/路由器能夠提供更快的速度和更短的延遲，同時能夠將多個網絡設備的功能結合起來 。
歷史上，當對網絡帶寬的需求增加時，網絡治理員通過對網絡進行重新設計來避免路由器瓶頸 。服務器經常繞過路由器，重新安裝在離用戶更近的地方 。例如，一組股票交易工作站可能遠離公司的其他設備，并與為其提供實時數據輸入的服務器放在一起 。這是因為共享網絡資源（如路由器）的設備數量越少，每一設備能夠得到的帶寬就越多 。傳統上，用戶與數據之間的距離越近，他們獲得數據的速度就越快，因為這樣可以避免產生路由器瓶頸 。
在大型企業中，用戶被劃分為通過路由器實現互連的較小的網絡（子網） 。用戶劃分的基礎通常是地域、運行的應用類型、需要的數據量和安全方面的原因 。例如，會計部門經常被放置在自己的群組中，這樣就可以保護公司的財務記錄，而不是因為它們所使用的帶寬 。VoIP電話經常被放置在自己的網絡之中，這樣它們就可以繞過傳統路由器的瓶頸 。
當計算機需要與不在自己所在的本地網絡中的其他計算機進行通信時，為將數據包發送到自己所在的群組之外，它們將數據包發送到距離自己最近的路由器 。路由器提供公司與互聯網之間的連接和安全邊界，以及公司內部群組之間的連接（內部網） 。
傳統的路由器只有在絕對必要時才使用，如通過廣域網連接遠程辦公室、連接到互聯網以及隔離公司中有要害的、高帶寬要求的群組 。傳統路由器當時很貴（現在仍是如此），而且與最初的設計相比并沒有重大的進展，使用的組件與一臺標準PC類似，并使用多個接口卡運行專用的軟件 。
與之相比，多層交換路由器將所有這些功能集中在一個專用的非凡應用集成電路或ASIC上 。ASIC比傳統路由器的CPU便宜，而且通常分布在網絡端口上 。今天，典型的交換機/路由器可能在單一設備中包括了50個ASIC，可以支持數以百計的接口 。新的ASIC答應智能交換機/路由器在所有的端口上以極快的速度轉發數據——無論網絡流量是什么類型 。它們以實際接口速度（經常被稱為線速）轉發流量 ?，F在，市場上為企業局域網（LAN）提供的新交換機/路由器，可在單一接口以每秒鐘萬兆位的帶寬（OC-192）轉發流量 。
因為使用中心架構，傳統路由器經常缺乏可擴展性 。到達路由器的所有數據包必須被送到一個單一的處理區 。您擁有的接口數量越多，系統的負載越重，從而導致資源的過度占用 。這會限制可以在網絡上運行的服務，如VoIP 。
當一個使用中心阻塞架構的路由器需要處理的流量超出自己的容量時，它就會開始丟棄數據包 。當網絡應用或計算機不能收到響應時，它們會為恢復會話而發送更多的數據包 。這只會使情況更糟——因為很輕易導致交叉會話過載 。這種情況下，過載的路由器會發展出自己的非邏輯性思維，根據應用、用戶的優先級或網絡目的地/來源有選擇性地丟棄數據包 。很明顯，需要一種新的處理流量增長的方法 。

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