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高速路由器
閱讀�5849時間�2010-11-17 08:49:19

  高�路由�的系�(tǒng)交換能力與處理能力是其有別于一般路由器能力的重要體�(xiàn)。目前,高速路由器的背板交換能力應(yīng)�(dá)�40Gbps以上,同時系�(tǒng)即使暫時不提供OC-192/STM-64接口,也必須在將來無須對�(xiàn)有接口卡和通用部件升級的情況下支持該接口。在�(shè)備處理能力方�,當(dāng)系統(tǒng)滿負(fù)荷運行時,所有接口應(yīng)該能夠以線速處理短�,�40字節(jié)�64字節(jié),同�,高速路由器的交換矩陣應(yīng)該能夠無阻塞地以線速處理所有接口的交換,且與流量的類型無關(guān)�

概述

  路由器技�(shù)�(fā)展到�(xiàn)階段已經(jīng)歷了3代的�(fā)�,并在繼�(xù)演�(jìn)�

  代路由器是由軟件集中�(jìn)行IP包�(zhuǎn)�(fā)�,所有的IP包都要經(jīng)過中心CPU�(jìn)行轉(zhuǎn)�(fā)處理,吞吐率比較�,轉(zhuǎn)�(fā)能力約幾萬包每秒�

  第二代路由器是基于軟件的分布式轉(zhuǎn)�(fā),每個接口板上都有CPU,主控板生成的路由表被下�(fā)到各接口板形成轉(zhuǎn)�(fā)�,每塊接口板根據(jù)�(zhuǎn)�(fā)表獨立�(jìn)行轉(zhuǎn)�(fā)工作,轉(zhuǎn)�(fā)能力超過100萬包每秒。第二代路由器的技�(shù)要點是各接口板轉(zhuǎn)�(fā)表的刷新和同步技�(shù)�

  由于CPU的處理能力增長是每18個月翻一�,而因特網(wǎng)的流量卻�6個月就翻一�,因此基于軟件轉(zhuǎn)�(fā)的路由器一度成為網(wǎng)�(luò)中的瓶頸�90年代后期,IP業(yè)�(wù)呈爆炸式�(fā)�,路由器技�(shù)也實�(xiàn)了向第三代的飛躍,并在接口速率上超過了一度有望成為數(shù)�(jù)�(wǎng)�(luò)主要技�(shù)的ATM。目�,ATM交換�(jī)的高速接口只�(dá)到了2.5Gbit/s,而高速路由器的端口速率已達(dá)�10Gbit/s。同�,由于IP技�(shù)自身的QoS技�(shù)不斷�(fā)�,非凡是MPLS技�(shù)的引入,QoS問題正在IP領(lǐng)域逐步得到解決,高速路由器重新占據(jù)了IP網(wǎng)�(luò)的核心位��

  第三代路由器基于硬件�(jìn)行IP包的轉(zhuǎn)�(fā),轉(zhuǎn)�(fā)引擎可以是ASIC(專用集成電路�,也可以是專門為IP轉(zhuǎn)�(fā)而設(shè)計的�(wǎng)�(luò)處理�。代表性的�(chǎn)品有華為公司的NetEngine 50高速路由器和Cisco�12000系列路由器等。轉(zhuǎn)�(fā)�(shù)�(jù)包的速率�(dá)到了�(shù)千萬包每�,能夠充分利用傳輸技�(shù)�(jìn)步提供的大量帶寬�

  盡管包轉(zhuǎn)�(fā)技�(shù)的基�(chǔ)已經(jīng)�(fā)生了變化,但路由器需要完成的任務(wù)卻是相同的:檢查�(jìn)入的�(shù)�(jù)�,將其目�(biāo)地址與路由表中的項目相比�,然后從正確的端口發(fā)送出�。在這一過程中,�(shù)�(jù)包還接受一些額外處理任�(wù),如QoS判�、流量工程、流量統(tǒng)計等�

組成

  高速路由器通常由主控板、交換板、線路接口板組成,它們通過高速背板連接,插在一個具有電�、風(fēng)扇的�(jī)框中組成一臺完整的路由��

  �1� 主控板:主控板是路由器的控制中心,CPU和存儲器就在主控板中。主控板�(fù)�(zé)整個路由器的治理和控制,IP路由協(xié)議在主控板上運行。主控板直接接收來自�(wǎng)管中心的指令,并下發(fā)到各接口板執(zhí)行指令,同時各接口板把運行狀�(tài)和統(tǒng)計數(shù)�(jù)傳送到主控�,由主控板�(jìn)行必要的處理,需要時�(fā)給網(wǎng)管中�。網(wǎng)�(luò)治理員配置的靜態(tài)路由以及通過運行路由�(xié)議生成的動態(tài)路由由主控板�(jìn)行治�,并下發(fā)到各接口�,使各接口板可以獨立地�(jìn)行數(shù)�(jù)包的�(zhuǎn)�(fā)工作�

  主控板的作用舉足輕重,一旦它�(fā)生故�,整個路由器將不能正常工�。對于電信網(wǎng)的核心網(wǎng)�(luò)�(shè)備來說,要求可用率達(dá)�99.999�,即1年的停機(jī)時間不能超過5min。所以主控板通常配有兩塊,一般以主備的方式工作。主備板周期性地交換握手信號,一旦備用板收不到主用板的握手信�,則會啟動倒換流程,接替主用板工作�

 ?�?� 交換板:高速路由器的整�(jī)吞吐量很大,早期路由器的基于背板共享總線傳遞�(shù)�(jù)的方式已不能滿足高速數(shù)�(jù)傳遞的需�。首�,共享總線不能避免內(nèi)部沖�;第�,共享總線的�(fù)載效�(yīng)使得高速總線的�(shè)計難度很�。交換結(jié)�(gòu)的引入逐步克服了共享總線的以上缺點�

 ?。茫颍铮螅螅猓幔蚪粨Q�(wǎng)可以形象地比喻為縱橫制電話交換機(jī)的交換網(wǎng),通過點到點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)�(gòu)可以支持高帶寬的原因主要有兩個:,線路卡到交換結(jié)�(gòu)的物理連接簡化為點到點連接,這使得該連接可以運行在非常高的速率�。半�(dǎo)體廠商目前已�(jīng)可以用傳�(tǒng)CMOS 技�(shù)制造出4�10Gbit/s速率的點對點串行收發(fā)芯片。第二個原因是它的�(jié)�(gòu)可以支持多個連接同時以速率傳輸�(shù)�(jù),即多個輸入/輸出端口對可以同時通過這個交換網(wǎng)�(jìn)行通信。這一點極大地提高了整個系�(tǒng)的吞吐量。只要同時閉合多個交叉節(jié)�,多個不同的端口就可以同時傳輸數(shù)�(jù)。從這個意義上�,我們稱所有的Crossbar在內(nèi)部是無阻塞的,因為它可以支持所有端口同時以速率傳輸(或稱為交換)數(shù)�(jù)�

  �(shù)�(jù)包通過Crossbar的時�,可以是以定長單元的形式(通過�(shù)�(jù)包的定長分割),也可以不�(jìn)行分割直接�(jìn)行變長交�。一般高性能的Crossbar交換結(jié)�(gòu)都采用了定長交換的方�,在�(shù)�(jù)包�(jìn)入Crossbar以前把它分割為固定長度的cel�,這些cell通過交換�(jié)�(gòu)以后被按照原樣組織成原來的變長包(packet)。定長交換方式更利于交換�(wǎng)的控�,分組長度一樣,判定其傳輸和離開的時刻就很輕�。在時隙�(jié)束時,調(diào)度表檢查等待傳送的分組,決定下一個時隙哪個輸入與哪個輸出相�,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)計的角度�,處理固定長度分組比處理不同長度的分組更簡單、快�。同時定長交換可以避免某些業(yè)�(wù)流的大長度包長時間占用交換網(wǎng),影響高�(yōu)先級�(yè)�(wù)和實時業(yè)�(wù)的交��

  由于交換�(wǎng)板的故障也會�(dǎo)致整�(jī)的癱�,所以通常也設(shè)有主備板。另�,大容量交換�(wǎng)通常是多平面�,由多塊交換�(wǎng)板組�,所以主備方式通常為N�1�

 ?�?� 線路接口板:線路接口板提供多種線路接�,目前常見的�10��100��1 000M�10Gbit/s以太�(wǎng)��155��622M�2.5��10Gbit/s的POS接口�155M�622��2.5Gbit/s的ATM接口等。線路接口板從不同的物理層和�(shù)�(jù)層信息中提取出IP數(shù)�(jù)包提交給專用ASIC或網(wǎng)�(luò)處理器�(jìn)行處�。這種處理已不再局限于簡單地把IP包轉(zhuǎn)�(fā)到目的端口�

組網(wǎng)�(yīng)用形�

  高速路由器可以用在Internet骨干�(wǎng)、高速Internet接入和企業(yè)�(wǎng)�。為Internet、IP數(shù)�(jù)�(yè)�(wù)專門建設(shè)的骨干網(wǎng),可以使用高帶寬利用率的基于路由器結(jié)�(gòu)的I-PO��

  (1)ISP的應(yīng)�

  在Internet業(yè)�(wù)供應(yīng)商(ISP)�(yīng)用環(huán)境中,Cisco 12000駐留在�(wǎng)�(luò)的核心位置,最多可支持44條OC-3/STM-� IPOS光鏈�,通過光鏈路接到匯集業(yè)�(wù)的邊緣路由器Cisc� 7500系列平臺。核心路由器與Internet骨干網(wǎng)之間的連接速率可從OC-12/STM-4擴(kuò)展到OC-48/STM-16。IPOS的使用將提高性能和鏈路利用率�

 ?。ǎ玻┩ㄐ殴镜膽?yīng)�

  對已具有SONET/SDH基�(chǔ)�(shè)施的通信公司�(yīng)用高速路由器�,由Cisco的邊緣路由器把�(yè)�(wù)匯集到核心路由器Cisc� 1200�。由于Internet骨干網(wǎng)往往離最終用戶很�(yuǎn),此時就可以通過通信公司�(xiàn)有的SONET/SDH基�(chǔ)�(shè)施(包括SONET/SDH接入環(huán)和局間環(huán))把核心路由器Cisco 12000拉到最終用戶附�。這種�(jié)�(gòu)可以在全�(wǎng)提供冗余和保�(hù)�

  (3)通信公司/ISP的應(yīng)�

 ?。茫椋螅�?12000同樣可用在包括多業(yè)�(wù)�(wǎng)和IP的�(wǎng)�,在通信公司/ISP�(wǎng)�(luò)�,既包括多業(yè)�(wù)�(wǎng)�(luò),又包括IP占優(yōu)勢的�(wǎng)�(luò)。用1200�

  系列GSR與ATM網(wǎng)平面相接�,可以把�(shù)字用戶線接入的復(fù)用業(yè)�(wù)量選路到Internet骨干�(wǎng)。IP業(yè)�(wù)量可以直接在兩個核心路由器之間以OC-12/OC-48的速率傳�;數(shù)�(jù)也可以跨越局間SONET�(huán),到�(dá)Internet骨干�(wǎng)�

  (4)專用網(wǎng)�(yīng)�

  在IP專用網(wǎng)中可以利用IPOS技�(shù)。在這種�(yīng)用中,邊緣路由器以OC-3/STM-1的速率把業(yè)�(wù)匯集到Cisco 12000。Cisco 12000則以OC-12/STM-4或更高的速率互�,擴(kuò)大網(wǎng)�(luò)的可用帶寬和引入可擴(kuò)展��

 ?。ǎ担┗旌暇W(wǎng)�(yīng)�

  IPOS和ATM可組成混合網(wǎng)。ATM平臺一方面提供�(wǎng)�(luò)的多�(yè)�(wù)功能,另一方面控制用戶過多的情�,好讓核心路由器專門完成Internet第3層選路和�(yè)�(wù)分類功能。IPOS鏈路用來加�(qiáng)核心路由器之間的域間連接��

  (6)Internet2

  第2代Internet(Internet2)中最重要的組成單元是一些速率在1Gbit/s以上的被稱為Gigapop的�(shù)�(jù)交換�(jī)或路由器,它們是一個地區(qū)的互連點,連接該地區(qū)的I�-ternet2成�,并與其它的Gigapop相連。Gigapop的主要功能是按規(guī)定的帶寬和服�(wù)�(zhì)量要求交換I�-ternet2業(yè)�(wù),Cisco的12000將在Internet2的Gigapop結(jié)�(gòu)中起重要作用。12000系列GSR也可用來組建校園網(wǎng)�

使用實例

  �(xiàn)在人們對高速路由器的關(guān)注點是用它組建的IPOS的性能如何。大型的ISP在過去兩年中有的已�(jīng)在骨干網(wǎng)中加入ATM,這是因為ATM是�(dāng)時可用的,能把骨干網(wǎng)速率提高到622Mbit/s的技�(shù),那時的路由器(如Cisco的7500)還沒有足夠的吞吐量。現(xiàn)�,隨著千兆比特路由器的出�(xiàn),一些網(wǎng)�(luò)�(yè)�(wù)提供者已�(jīng)采用�?qū)x擇IPOS方�。目前大部分廠商的高速路由器都在開發(fā)之中,1997年9月Cisco推出12000系列GSR后,運營公司和ISP反�(yīng)都很�(qiáng)�,Sprin�、GTE公司購買了其�(chǎn)品組建IPOS網(wǎng)。MCI公司測試了12000系列GSR以制定今后組網(wǎng)策略。UUNet、BBN等網(wǎng)�(luò)�(yè)�(wù)提供者也已采用12000系列GSR。另�,在1997年初,IXC Communication長途公司與Ascend公司一起�(jìn)行了使用Ascend的GPF400的IPOS試驗�

  從1997年底到1998年初,Sprint公司已在其主要節(jié)點安裝Cisco的12000系列GSR設(shè)�,把IP骨干�(wǎng)建成OC-12速率的I-PO�。雖然如�,Sprint公司并不認(rèn)為IPOS是其最終的解決方案。Sprint公司的助理副總裁Kathy Walker在1997年下一代組�(wǎng)會議(NGN’97)上說:“Sprint的長期�(zhàn)略是在一個ATM�(wǎng)傳送各種業(yè)�(wù),現(xiàn)在采用的IPOS只是一個解決臨時Internet帶寬問題的�(zhàn)�(shù)性決�?�?/FONT>

  與Sprint公司相�,MCI公司已經(jīng)建成了2個OC-12速率AT�

  骨干�(wǎng),MCI公司的寬帶數(shù)�(jù)工程部主任Edsel Garciamendez-Buder說:“1998年MCI公司建�(shè)了兩個單獨的ATM長途網(wǎng),1個用以匯集ATM、幀中繼(FR)、交換多兆比特數(shù)�(jù)�(yè)�(wù)(SMDS)和分組業(yè)�(wù);另一個傳送Internet骨干業(yè)�(wù),將來這兩個網(wǎng)�(luò)要�(jìn)行綜合�。Internet骨干網(wǎng)的快速增長將使MCI公司重新考慮是繼�(xù)使用IPOA,還是用IPOS。MCI公司也正在考慮�(dāng)在網(wǎng)�(luò)容量升至OC-48(2.5Gbit/s)�,是否用�-POS取代ATM的問��

  在美國主要城市有本地�(yè)�(wù)的GTE公司的下屬公司GTE Inte�-networking公司在1997年11月宣布要組建全國范圍的IPOS網(wǎng)。目前GTE已經(jīng)購入了3個Cisco的12000系列GS�,并把它們放在由OC-3租用線組建的SONET網(wǎng)上。GTE公司的下一步計劃是建設(shè)自己的長�、專用Internet網(wǎng),它已經(jīng)購買北電的OC-192線路系�(tǒng)和波分復(fù)用設(shè)�,并�(zhǔn)備再加入12個12000系列GS�。GTE�(zhǔn)備先把數(shù)�(jù)與Internet業(yè)�(wù)放入此網(wǎng),將來再尋求把話音、視像業(yè)�(wù)放到�(wǎng)�� �(xiàn)�,GTE正在�(jìn)行兩個Video-over-IP的先�(dǎo)試驗,一個是傳送視、聽培訓(xùn)信息的遠(yuǎn)程教�(xué)�(yīng)�;另一個是向交易所傳送多媒體財經(jīng)消息的“窄播”應(yīng)��

  世界上的Internet�(yè)�(wù)供應(yīng)商UUNet公司已經(jīng)在1997年美國幾個大都市建造ATM�(huán),骨干網(wǎng)中也引入AT�,但在1997年10�,UUNet也宣布在骨干�(wǎng)上采用高速路由器12000系列GSR,以向用戶提供更快速的Web網(wǎng)頁接�、文件傳送和千兆速率的實時應(yīng)��