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AR46系列路由器之--高性能重新演繹

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隨著信息化進程的加快，各企業用戶由于運行環境、業務特點等不盡相同，其網絡組網方式也是千差萬別，對路由器產品的業務需求也越來越多、越來越復雜--除了傳統的ACL、NAT、橋、DLSw、組播、備份等路由器特性以外，新一代企業網核心路由器還必須在QoS、MPLS、多種方式VPN(L2TP、GRE、IPSEC、MPLS VPN)、DCC、語音等特性方面均予以充分支持，這給企業網核心設備--路由器帶來了新的發展機遇和挑戰 。
目前，有些路由器存在這樣一種現象--跑轉發時的測試性能很高，基本能達到200-300Kpps，即大約200MHz的端口吞吐流量；但啟動防火墻、NAT、QoS等業務時，性能損失卻非常厲害，一般都會下降一半以上 。
產生這種現象的主要原因在于企業網路由器采用的集中式轉發體系架構存在一些固有的缺陷 。首先，由于集中式處理系統具有天然的成本優勢，因此企業網路由器普遍還是采用單CPU系統、各單板共享系統總線的集中式處理架構 。
圖1 傳統的集中式路由器系統架構簡單示意圖
如圖1所示，1、2、3分別代表三條不同的數據流轉發路徑 。很明顯，系統的主要瓶頸在于CPU的處理能力和共享總線的性能 。其中CPU的處理性能主要與CPU主頻和體系結構有關，共享總線一個非常大的問題就是效率不高 。一方面，數據轉發要經過兩次總線，導致總線帶寬浪費；另一方面，各單板對總線的爭奪帶來額外的開銷，非凡是單板數量較多時，這種競爭關系會越來越嚴重 。比如說，對于目前企業網路由器中廣泛采用的PCI總線來說，理論上帶寬為1Gbps，但實際可利用帶寬只有30%左右，即300Mbps 。小包時，性能更低 。
一般而言，當系統中所有環節都是瓶頸時，系統設計是最優化的 。因此，多數廠家在進行設計時，CPU的性能與總線設計和路由器的規格是基本相當的（如100-200Kpps轉發性能的企業網路由器，一般采用一條PCI總線，CPU主頻在200－300MHz左右），此時系統的瓶頸在于系統總線和CPU 。當然，這只是轉發時的性能測試情況 。
由于路由器系統的負載并不是一直平衡的，一旦路由器啟動防火墻、VPN、NAT、 QoS等業務，CPU將成為要害瓶頸所在--假如CPU性能不能滿足這些業務的處理要求，系統性能將有一個很大的下降，一般都會損失一半以上的性能（我們平常在產品廣告上看到的路由器性能實際上為轉發性能，都是不帶業務情況進行測試的，并不能反映帶業務處理能力） 。
Quidway瓵R46系列路由器在初開發階段就定位為新一代企業網核心路由器，設計時充分考慮了帶業務時對路由器性能的影響--為規避CPU的瓶頸，Quidway瓵R46系列路由器采用更高性能的PowerPC RISC CPU，主頻達到733MHz，處理能力一下提升到業界同類產品的三倍左右 。這樣，路由器在處理各種復雜業務時就具有足夠的處理能力，確保了啟動復雜業務時保持100M、155M等接口的線速轉發 。
另外，為有效降低各單板對總線的競爭所帶來的性能和效率下降，Quidway瓵R46系列采用了獨特的系統雙總線架構，即CPU通過交換式系統芯片驅動兩條獨立的PCI總線，這兩條總線之間完全獨立，各提供1Gbps的理論系統帶寬，與CPU和內存之間的互連采用無阻塞交換式架構，這樣既確保了各接口單板與系統的高速通道，也保證了路由器帶多個業務接口單板的能力 。
圖2 AR46系統架構示意圖
華為3Com Quidway瓵R46系列同時在系統芯片上直接引出兩個固定的FE端口，這兩個FE口也是通過交換架構與CPU和內存之間進行互連，不存在總線瓶頸，從而確保了線速轉發 。目前，Quidway瓵R46系列路由器可達到350Kpps（155M端口線速轉發），并可做到啟動復雜業務時，轉發性能不下降，遠遠高于業界主要的競爭產品 。

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