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IP技術(shù)的發(fā)展－第五代路由器

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隨著IP技術(shù)的發(fā)展、IP用戶的迅猛增加、IP業(yè)務(wù)的推出，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，尤其是主干網(wǎng)絡(luò)的需要 。第五代路由器正是在這種網(wǎng)絡(luò)背景下提出的，著眼于解決核心IP網(wǎng)絡(luò)存在的問題 。
前四代路由器的發(fā)展歷程
第一代路由器采用集中轉(zhuǎn)發(fā)，固定接口 。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(fù)載也很小，而且網(wǎng)絡(luò)的變化也較慢 。第一代路由器由一個(gè)處理器CPU和固定的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口組合而成，網(wǎng)絡(luò)接口與CPU之間通過內(nèi)部總線相連 。
第二代路由器采用集中轉(zhuǎn)發(fā)，接口模塊化 。這是因?yàn)殡S著IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在增多，網(wǎng)絡(luò)鏈路也在大量增加和替換升級(jí)，這個(gè)時(shí)候，由于第一代路由器的網(wǎng)絡(luò)接口是固定的，不能滿足IP網(wǎng)絡(luò)鏈路經(jīng)常變化的要求，需要經(jīng)常更換新的路由器，這樣不利于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資保護(hù)和維護(hù)治理 。在這個(gè)時(shí)期，可擴(kuò)展性成為限制路由器發(fā)展的主要矛盾 。第二代路由器從體系結(jié)構(gòu)徹底解決第一代路由器的可擴(kuò)展性問題，采用辦法其實(shí)非常簡(jiǎn)單，那就是把網(wǎng)絡(luò)接口做成可以插拔的活動(dòng)模塊，用戶可以根據(jù)需要增加所需要的網(wǎng)絡(luò)接口模塊，對(duì)原有路由器升級(jí)擴(kuò)容即可，而不需要替換路由器 。
第三代路由器是基于CPU的分布式軟件轉(zhuǎn)發(fā) 。到了90年代前期，隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)大發(fā)展時(shí)期的到來，網(wǎng)絡(luò)流量迅猛增大 。同時(shí)由于光傳輸技術(shù)的發(fā)展，許多傳輸線路已經(jīng)由2M為主流的電路升級(jí)為以155M為主流的光路 。在短報(bào)文線速轉(zhuǎn)發(fā)情況下，一個(gè)155M接口就需要約200Kpps左右的轉(zhuǎn)發(fā)性能，而在當(dāng)時(shí)情況下，一個(gè)CPU的處理能力也只有這么多 。而依據(jù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性的要求，一個(gè)路由器往往要連接多個(gè)155M或100M鏈路 。在保持路由器的靈活擴(kuò)展性前提下，性能成為了路由器發(fā)展的主要矛盾 。性能的瓶頸主要集中在CPU上 。解決辦法就是把路由器的集中式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為三頭六臂式的分布式結(jié)構(gòu)，第三代路由器由此出現(xiàn) 。
第三代路由器采用全分布式結(jié)構(gòu)，最大變化是在各網(wǎng)絡(luò)接口業(yè)務(wù)模塊上增加了CPU，即每個(gè)接口業(yè)務(wù)模塊都有自己的CPU來進(jìn)行各自的轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務(wù)處理，負(fù)責(zé)少量網(wǎng)絡(luò)接口 。
第四代路由器是基于ASIC的分布式硬件轉(zhuǎn)發(fā) 。九十年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化，網(wǎng)絡(luò)流量非凡是核心網(wǎng)絡(luò)的流量以指數(shù)級(jí)數(shù)增長(zhǎng) 。在這個(gè)時(shí)候，光傳輸技術(shù)又有了新的發(fā)展，2.5G傳輸鏈路成為了骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的主流 。而CPU的轉(zhuǎn)發(fā)性能雖然也在提高，但跟不上這個(gè)速度 。這種情況下，只有對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)模式進(jìn)行根本的變革，才能突破瓶頸限制 。而集成電路技術(shù)的高速發(fā)展正好為路由器轉(zhuǎn)發(fā)模式的突破提高了機(jī)會(huì)，一種稱為專用集成電路(ASIC)的技術(shù)為硬件轉(zhuǎn)發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ) 。第四代路由器拋棄了基于CPU的軟件轉(zhuǎn)發(fā)模式，轉(zhuǎn)而尋求基于ASIC技術(shù)的硬件轉(zhuǎn)發(fā)模式，通過對(duì)IP轉(zhuǎn)發(fā)過程的優(yōu)化和硬件化，極大程度地提供了路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能 。而路由引擎模塊仍然可以采用CPU，用來處理復(fù)雜的路由計(jì)算和治理調(diào)度 ?；贏SIC的硬件轉(zhuǎn)發(fā)模式使得接口業(yè)務(wù)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)千兆以太網(wǎng)等高速鏈路的線速轉(zhuǎn)發(fā) 。
基于網(wǎng)絡(luò)處理器的分布式硬件轉(zhuǎn)發(fā)
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(shí)，犧牲了業(yè)務(wù)靈活性 。這與ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式相關(guān)，在設(shè)計(jì)ASIC芯片的時(shí)候，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)流程做了大量?jī)?yōu)化，使得IP轉(zhuǎn)發(fā)以簡(jiǎn)單而固定的方式來實(shí)現(xiàn)，從而固化下來，做到硬件化 。假如在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(jì)周期很長(zhǎng)，通常需要二到三年才能設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)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(huì)興起一項(xiàng)新的業(yè)務(wù)，而這些業(yè)務(wù)可能就對(duì)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 。

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