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高速路由器的原理( 二 )

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（2） 交換板：高速路由器的整機(jī)吞吐量很大，早期路由器的基于背板共享總線傳遞數(shù)據(jù)的方式已不能滿足高速數(shù)據(jù)傳遞的需要 。首先，共享總線不能避免內(nèi)部沖突；第二，共享總線的負(fù)載效應(yīng)使得高速總線的設(shè)計(jì)難度很大 。交換結(jié)構(gòu)的引入逐步克服了共享總線的以上缺點(diǎn) 。
Ｃｒｏｓｓｂａｒ交換網(wǎng)可以形象地比喻為縱橫制電話交換機(jī)的交換網(wǎng)，通過點(diǎn)到點(diǎn)的連接把需要通信的輸入端口和輸出端口連接起來 。Ｃｒｏｓｓｂａｒ結(jié)構(gòu)可以支持高帶寬的原因主要有兩個(gè)：第一，線路卡到交換結(jié)構(gòu)的物理連接簡(jiǎn)化為點(diǎn)到點(diǎn)連接，這使得該連接可以運(yùn)行在非常高的速率上 。半導(dǎo)體廠商目前已經(jīng)可以用傳統(tǒng)ＣＭＯＳ 技術(shù)制造出4～10Ｇｂｉｔ／ｓ速率的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行收發(fā)芯片 。第二個(gè)原因是它的結(jié)構(gòu)可以支持多個(gè)連接同時(shí)以最大速率傳輸數(shù)據(jù)，即多個(gè)輸入／輸出端口對(duì)可以同時(shí)通過這個(gè)交換網(wǎng)進(jìn)行通信 。這一點(diǎn)極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量 。只要同時(shí)閉合多個(gè)交叉節(jié)點(diǎn)，多個(gè)不同的端口就可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù) 。從這個(gè)意義上看，我們稱所有的Ｃｒｏｓｓｂａｒ在內(nèi)部是無阻塞的，因?yàn)樗梢灾С炙卸丝谕瑫r(shí)以最大速率傳輸（或稱為交換）數(shù)據(jù) 。
數(shù)據(jù)包通過Ｃｒｏｓｓｂａｒ的時(shí)候，可以是以定長(zhǎng)單元的形式（通過數(shù)據(jù)包的定長(zhǎng)分割），也可以不進(jìn)行分割直接進(jìn)行變長(zhǎng)交換 。一般高性能的Ｃｒｏｓｓｂａｒ交換結(jié)構(gòu)都采用了定長(zhǎng)交換的方式，在數(shù)據(jù)包進(jìn)入Ｃｒｏｓｓｂａｒ以前把它分割為固定長(zhǎng)度的ｃｅｌｌ，這些ｃｅｌｌ通過交換結(jié)構(gòu)以后被按照原樣組織成原來的變長(zhǎng)包（ｐａｃｋｅｔ） 。定長(zhǎng)交換方式更利于交換網(wǎng)的控制，分組長(zhǎng)度一樣，判定其傳輸和離開的時(shí)刻就很輕易 。在時(shí)隙結(jié)束時(shí)，調(diào)度表檢查等待傳送的分組，決定下一個(gè)時(shí)隙哪個(gè)輸入與哪個(gè)輸出相連，避免輸出或輸入端的空閑，保持交換機(jī)的高效率 。而且從硬件設(shè)計(jì)的角度講，處理固定長(zhǎng)度分組比處理不同長(zhǎng)度的分組更簡(jiǎn)單、快速 。同時(shí)定長(zhǎng)交換可以避免某些業(yè)務(wù)流的大長(zhǎng)度包長(zhǎng)時(shí)間占用交換網(wǎng)，影響高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的交換 。
由于交換網(wǎng)板的故障也會(huì)導(dǎo)致整機(jī)的癱瘓，所以通常也設(shè)有主備板 。另外，大容量交換網(wǎng)通常是多平面的，由多塊交換網(wǎng)板組成，所以主備方式通常為Ｎ：1 。
（3） 線路接口板：線路接口板提供多種線路接口，目前常見的有10Ｍ、100Ｍ、1 000Ｍ、10Ｇｂｉｔ／ｓ以太網(wǎng)口，155Ｍ、622Ｍ、2.5Ｇ、10Ｇｂｉｔ／ｓ的ＰＯＳ接口，155Ｍ、622Ｍ、2.5Ｇｂｉｔ／ｓ的ＡＴＭ接口等 。線路接口板從不同的物理層和數(shù)據(jù)層信息中提取出ＩＰ數(shù)據(jù)包提交給專用ＡＳＩＣ或網(wǎng)絡(luò)處理器進(jìn)行處理 。這種處理已不再局限于簡(jiǎn)單地把ＩＰ包轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口 。
目前ＩＰ網(wǎng)不僅承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，還要承載語音和視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，另外隨著企業(yè)向國際擴(kuò)展，各分支機(jī)構(gòu)和總部之間需要在公用網(wǎng)上組建企業(yè)虛擬專網(wǎng)（ＶＰＮ），同時(shí)傳統(tǒng)的因特網(wǎng)沒有ＱｏＳ保證，運(yùn)營商也無法從重要客戶手里收取附加費(fèi)用，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)無法增值，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的效益就會(huì)很低 。在路由器中，對(duì)不同ＱｏＳ優(yōu)先級(jí)的用戶數(shù)據(jù)流要實(shí)施不同的轉(zhuǎn)發(fā)策略 。所有這些業(yè)務(wù)的支持要求對(duì)用戶的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類、排隊(duì)、基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度、整形、流量統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)封裝等操作 。
對(duì)于10Ｇｂｉｔ／ｓ這樣的高速端口，要求高速路由器做到線速處理，這確實(shí)是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn) 。例如支持10Ｇｂｉｔ／ｓ端口時(shí)僅排隊(duì)就有很多困難 。傳統(tǒng)的內(nèi)存芯片（ＳＲＡＭ或ＳＤＲＡＭ）通常工作在100ＭＨｚ，對(duì)于64位總線來說，芯片的帶寬不超過6.4Ｇｂｉｔ／ｓ，排隊(duì)時(shí)需要讀寫兩次操作，則一塊內(nèi)存只可以支持3.2Ｇｂｉｔ／ｓ接口的數(shù)據(jù)排隊(duì) 。對(duì)于10Ｇｂｉｔ／ｓ端口，需要更寬的總線或更先進(jìn)的內(nèi)存技術(shù)（如ＲＡＭＢＵＳ），即使把握了這些技術(shù)，還需要高效的內(nèi)存治理 。

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