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高速路由器【高速路由器】一般指路由器的背板交换速度达到40Gbps以上的大型路由器 。
基本介绍中文名：高速路由器
外文名：High speed router
分类：电子产品
类型：路由器
词性：名词
高速路由器高速路由器的系统交换能力与处理能力是其有别于一般路由器能力的重要体现 。目前，高速路由器的背板交换能力应达到40Gbps以上，同时系统即使暂时不提供OC-192/STM-64接口，也必须在将来无须对现有接口卡和通用部件升级的情况下支持 该接口 。在设备处理能力方面，当系统满负荷运行时，所有接口应该能够以线速处理短包,如40位元组、64位元组，同时，高速路由器的交换矩阵应该能够无阻塞地 以线速处理所有接口的交换，且与流量的类型无关 。高速路由器概述路由器技术发展到现阶段已经历了3代的发展，并在继续演进 。第一代路由器是由软体集中进行IP包转发的，所有的IP包都要经过中心CPU进行转发处理，吞吐率比较低，转发能力约几万包每秒 。第二代路由器是基于软体的分散式转发，每个接口板上都有CPU，主控板生成的路由表被下发到各接口板形成转发表，每块接口板根据转发表独立进行转发工作，转发能力超过100万包每秒 。第二代路由器的技术要点是各接口板转发表的刷新和同步技术 。由于CPU的处理能力增长是每18个月翻一番，而网际网路的流量却每6个月就翻一番，因此基于软体转 发的路由器一度成为网路中的瓶颈 。90年代后期，IP业务呈爆炸式发展，路由器技术也实现了向第三代的飞跃，并在接口速率上超过了一度有望成为数据网路主 要技术的ATM 。目前，ATM交换机的高速接口只达到了2.5Gbit/s，而高速路由器的最高连线埠速率已达到10Gbit/s 。同时，由于IP技术自身 的QoS技术不断发展，非凡是MPLS技术的引入，QoS问题正在IP领域逐步得到解决，高速路由器重新占据了IP网路的核心位置 。第三代路由器基于硬体进行IP包的转发，转发引擎可以是ASIC（专用积体电路），也可以是专门为 IP转发而设计的网路处理器 。代表性的产品有华为公司的NetEngine 50高速路由器和Cisco的12000系列路由器等 。转发数据包的速率达到了数千万包每秒，能够充分利用传输技术进步提供的大量频宽 。儘管包转发技术的基础已经发生了变化，但路由器需要完成的任务却是相同的：检查进入的数据包，将其目标地址与路由表中的项目相比较，然后从正确的连线埠传送出去 。在这一过程中，数据包还接受一些额外处理任务，如QoS判定、流量工程、流量统计等 。高速路由器组成高速路由器通常由主控板、交换板、线路接口板组成，它们通过高速背板连线，插在一个具有电源、风扇的机框中组成一台完整的路由器 。（1） 主控板：主控板是路由器的控制中心，CPU和存储器就在主控板中 。主控板负责整个路由器的治理和控制，IP路由协定在主控板上运行 。主控板直接接收来自网 管中心的指令，并下发到各接口板执行指令，同时各接口板把运行状态和统计数据传送到主控板，由主控板进行必要的处理，需要时发给网管中心 。网路治理员配置 的静态路由以及通过运行路由协定生成的动态路由由主控板进行治理，并下发到各接口板，使各接口板可以独立地进行数据包的转发工作 。主控板的作用举足轻重，一旦它发生故障，整个路由器将不能正常工作 。对于电信网的核心网路设备来 说，要求可用率达到99.999%，即1年的停机时间不能超过5min 。所以主控板通常配有两块，一般以主备的方式工作 。主备板周期性地交换握手信号，一 旦备用板收不到主用板的握手信号，则会启动倒换流程，接替主用板工作 。（2） 交换板：高速路由器的整机吞吐量很大，早期路由器的基于背板共享汇流排传递数据的方式已不能满足高速数据传递的需要 。首先，共享汇流排不能避免内部冲突；第二，共享汇流排的负载效应使得高速汇流排的设计难度很大 。交换结构的引入逐步克服了共享汇流排的以上缺点 。Crossbar交换网可以形象地比喻为纵横制电话交换机的交换网，通过点到点的连线把需要通信的 输入连线埠和输出连线埠连线起来 。Crossbar结构可以支持高频宽的原因主要有两个：第一，线路卡到交换结构的物理连线简化为点到点连线，这使得该连线可 以运行在非常高的速率上 。半导体厂商目前已经可以用传统CMOS 技术製造出4～10Gbit/s速率的点对点串列收发晶片 。第二个原因是它的结构可以支持多个连线同时以最大速率传输数据，即多个输入/输出连线埠对可以同 时通过这个交换网进行通信 。这一点极大地提高了整个系统的吞吐量 。只要同时闭合多个交叉节点，多个不同的连线埠就可以同时传输数据 。从这个意义上看，我们称 所有的Crossbar在内部是无阻塞的，因为它可以支持所有连线埠同时以最大速率传输（或称为交换）数据 。数据包通过Crossbar的时候，可以是以定长单元的形式（通过数据包的定长分割），也可以不进 行分割直接进行变长交换 。一般高性能的Crossbar交换结构都採用了定长交换的方式，在数据包进入Crossbar以前把它分割为固定长度的 cell，这些cell通过交换结构以后被按照原样组织成原来的变长包（packet） 。定长交换方式更利于交换网的控制，分组长度一样，判定其传输和离 开的时刻就很轻易 。在时隙结束时，调度表检查等待传送的分组，决定下一个时隙哪个输入与哪个输出相连，避免输出或输入端的空闲，保持交换机的高效率 。而且 从硬体设计的角度讲，处理固定长度分组比处理不同长度的分组更简单、快速 。同时定长交换可以避免某些业务流的大长度包长时间占用交换网，影响高优先权业务 和实时业务的交换 。由于交换网板的故障也会导致整机的瘫痪，所以通常也设有主备板 。另外，大容量交换网通常是多平面的，由多块交换网板组成，所以主备方式通常为N：1 。（3） 线路接口板：线路接口板提供多种线路接口，目前常见的有10M、100M、1 000M、10Gbit/s乙太网口，155M、622M、2.5G、10Gbit/s的POS接口，155M、622M、2.5Gbit/s的ATM接 口等 。线路接口板从不同的物理层和数据层信息中提取出IP数据包提交给专用ASIC或网路处理器进行处理 。这种处理已不再局限于简单地把IP包转发到目的 连线埠 。高速路由器组网套用形式高速路由器可以用在Internet骨干网、高速Internet接入和企业网中 。为Internet、IP数据业务专门建设的骨干网，可以使用高频宽利用率的基于路由器结构的I-POS 。（1）ISP的套用在Internet业务供应商（ISP）套用环境中，Cisco 12000驻留在网路的核心位置，最多可支持44条OC－3/STM－1 IPOS光链路，通过光链路接到汇集业务的边缘路由器Cisco 7500系列平台 。核心路由器与Internet骨干网之间的连线速率可从OC－12/STM－4扩展到OC－48/STM－16 。IPOS的使用将提高 性能和链路利用率 。（2）通信公司的套用 对已具有SONET/SDH基础设施的通信公司套用高速路由器时，由Cisco的边缘路由器把业务 汇集到核心路由器Cisco 12000 。由于Internet骨干网往往离最终用户很远，此时就可以通过通信公司现有的SONET/SDH基础设施（包括SONET/SDH接入环和 局间环）把核心路由器Cisco 12000拉到最终用户附近 。这种结构可以在全网提供冗余和保护 。（3）通信公司/ISP的套用Cisco 12000同样可用在包括多业务网和IP的网中，在通信公司/ISP网路中，既包括多业务网路，又包括IP占优势的网路 。用12000系列GSR与ATM网平面相接口，可以把数字用户线接入的复用业务量选路到Internet骨干网 。IP业务量可以直接在两个核心路由器之间以OC－12/OC－48的速率传送；数据也可以跨越局间SONET环，到达Internet骨干网 。（4）专用网套用在IP专用网中可以利用IPOS技术 。在这种套用中，边缘路由器以OC－3/STM－1的速率把业务汇集到Cisco 12000 。Cisco 12000则以OC－12/STM－4或更高的速率互连，扩大网路的可用频宽和引入可扩展性 。（5）混合网套用IPOS和ATM可组成混合网 。ATM平台一方面提供网路的多业务功能，另一方面控制用户过多的情况，好让核心路由器专门完成Internet第3层选路和业务分类功能 。IPOS链路用来加强核心路由器之间的域间连线性 。（6）Internet2第2代Internet（Internet2）中最重要的组成单元是一些速率在1Gbit/s以上 的被称为Gigapop的数据交换机或路由器，它们是一个地区的互连点，连线该地区的In-ternet2成员，并与其它的Gigapop相连 。Gigapop的主要功能是按规定的频宽和服务质量要求交换In-ternet2业务，Cisco的12000将在Internet2的Gigapop结 构中起重要作用 。12000系列GSR也可用来组建校园网 。