路由器的概念、功能及發展趨勢

路由器的概念、功能及發展趨勢


【簡 介】
近年來，路由器的發展有起有伏。20世紀90年代中期，傳統路由器成為制約因特網發展的瓶頸，被ATM交換機取而代之，成為IP骨干網的核心，路由器變成了配角。進入90年代末期，Internet規模進一步擴大，流量每半年翻一番，ATM網又成為瓶頸，路由器東山再起。Gbps路由交換機在1997年面世后，人們又開始以Gbps路由交換機取代ATM交換機，架構以路由器為核心的骨干網。


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　　近年來，路由器的發展有起有伏。20世紀90年代中期，傳統路由器成為制約因特網發展的瓶頸，被ATM交換機取而代之，成為IP骨干網的核心，路由器變成了配角。進入90年代末期，Internet規模進一步擴大，流量每半年翻一番，ATM網又成為瓶頸，路由器東山再起。Gbps路由交換機在1997年面世后，人們又開始以Gbps路由交換機取代ATM交換機，架構以路由器為核心的骨干網。　　

　　作為核心設備，路由器在IP網上處于至關重要的位置。隨著因特網應用的普及，網絡帶寬的迅速增加，用戶對服務質量要求的提高，路由器的未來也面臨著新的變革。 　　

　　路由器的概念 　　

　　路由器是一種連接多個網絡或網段的網絡設備，它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數據，從而構成一個更大的網絡。 　　

　　路由器有兩大典型功能，即數據通道功能和控制功能。數據通道功能包括轉發決定、轉發以及輸出數據鏈路調度等，一般由硬件來完成；控制功能一般用軟件來實現，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統配置、系統管理等?！?/p>

　　路由器基本功能介紹 　　

　　傳統上，路由器工作于所謂網絡7層協議模型中的第3層，其主要任務是接收來自一個網絡接口的數據包，根據其中所含的目的地址，決定轉發到哪個目的地，可能是路由器也可能就是最終目的點，并決定從哪個網絡接口轉發出去。這是路由器的最基本功能——數據包轉發功能。　　

　　根據TCP/IP協議，路由器的數據包具體轉發過程是：

　　1.網絡接口接收數據包的不同的物理網絡介質，決定了不同的網絡接口，如對應于10Base-T以太網，路由器有10Base-T以太網接口；對應于DDN，路由器有V.35接口。 　

　　2.根據網絡物理接口，路由器調用相應的鏈路層以解釋處理數據中的鏈路層協議。這一步處理主要是對數據完整性的驗證?！　?/p>

　　3.在鏈路層完成對數據幀的完整性驗證后，路由器開始處理此數據幀的IP層。根據數據幀中的目的IP地址，路由器在路由表中查找下一IP地址，并計算新的校驗和。如果接收數據幀的網絡接口類型與轉發數據幀的網絡接口類型不同，則IP數據包還可能因為最大幀長度的限制而對其進行分段或重組。 　　

　　4.根據在路由表中所查到的下一IP地址，IP數據包送往相應的輸出鏈路層，最后經網絡物理輸出接口發送出去。

　　為了維護和使用路由器，路由器還需要有配置或者說控制功能?！　?/p>

　　控制功能是由一系列規則所提供的，舉例來說，可能是優先權、拒絕訪問或提供記賬數據。當數據包進入路由器時，這些相關的規則也同樣作用于數據包。在基于軟件的路由器中，這些規則被存儲于一個軟件數據庫內，每個數據包通過時都必須與該數據庫進行核對。

　路由器的發展趨勢

　　芯片速度每18個月翻一番，而因特網的流量是每6個月翻一番。作為因特網的樞紐，路由器正在朝速度更快、服務質量更好和更易于綜合化管理這三個方向發展。

　　速度更快　

　　傳統意義上，路由器通常被認為是網絡速度的瓶頸。在局域網速度早已達到上百兆時，路由器的處理速度至多只到幾十兆比特率。這幾年伴隨著因特網用戶的爆炸式增長，大家對路由器的研究也重點體現在提高路由器的處理速度上。1996-1997年間，美國出現了一批極具創新精神的小公司，如Nexabit、Juniper、Avici等，把路由器的處理速度提高到了登峰造極的地步，在很快的時間內相繼推出了吉位路由器，連Cisco公司在速度方面都只能望其項背。由于這些高速路由器無一例外地都引入了交換的結構，因此它們也被稱作千兆位交換路由器（GSR-Gigabit Switch Router）。這些路由器的光接口速度也很快從OC-12（622Mbps）升到OC-48（2.5Gbps），再升到OC-192（10Gbps），這樣的速度早已把ATM交換機遠遠地甩在后面。從此，ATM在核心網絡中不可代替的地位徹底發生了動搖。曠日持久的IP與ATM技術之爭終于以IP占壓倒性的優勢結束。不過，IP路由器速度的提高是直接得益于ATM的概念和技術的，在IP領域中提出的許多新概念和新技術也有相當一部分是直接或間接來源于ATM，兩種優秀的技術逐漸開始融合。事實上，許多公司從事高速IP路由器研發的技術人員正是過去研究ATM技術的研發人員。具體來說，IP路由器速度的急劇提高來源于以下四個方面的技術進展：

　?、儆布w系結構　　

　　路由器的硬件體系結構大致經歷了6次變化，從最早期的單總線、單CPU結構發展到單總線、多CPU再到多總線多CPU。到現在，高速IP路由器中多借鑒ATM的方法，采用交叉開關方式實現各端口之間的線速無阻塞互連。高速交叉開關的技術已經十分成熟，在ATM和高速并行計算機中早已得到廣泛應用，市場上可直接購買到的高速交叉開關的速率就高達50Gbps。伴隨著高速交叉開關的引入，也同時引入了一些相應的技術問題，特別是針對IP多播、廣播以及服務質量（QoS），采用成熟的調度策略和算法，這些問題都得到了很好的解決。 　

　?、贏SIC技術　　

　　這些年，出于成本和性能的考慮，ASIC應用得越來越廣泛，幾乎是言必稱ASIC。在路由器中要極大地提高速度，首先想到的也是ASIC。有的用ASIC做包轉發，有的用ASIC查路由，并且查找IPv4路由的ASIC芯片已經開始上市銷售。在ASIC蓬勃發展、大量應用的潮流中，有一動向值得注意，這就是所謂可編程ASIC的出現，這恐怕也是網絡本身日新月異所導致的一種結果。由于ASIC的設計生產投入相當大，一般來說，ASIC只用于已完全標準化的過程，而網絡的結構和協議又變化相當快，因此相應地在網絡設備這一領域，出現了奇特的“可編程ASIC”。目前，有兩種類型的所謂“可編程ASIC”。一種以3COM公司的FIRE（ Flexible Intelligent Routing Engine）芯片為代表，這顆ASIC芯片中內嵌了一顆CPU，因此具有一定的靈活性；另一種以Vertex Networks的HISC專用芯片為代表，該芯片是一顆專門為通信協議處理的CPU，其體系結構的設計專門適應協議處理，通過改寫微代碼，可使這顆專用芯片具有處理不同協議的能力，以適應類似從IPv4到IPv6的變化。