高性能的路由器中是以交換結(jié)構(gòu)（Switch fabric）替代共享總線結(jié)構(gòu)。交換結(jié)構(gòu)的路由器采用并行計算機(jī)中所采用的互連網(wǎng)絡(luò)，可以并行地轉(zhuǎn)發(fā)多個不同來源、不同目的地的IP數(shù)據(jù)分組，而且可以對數(shù)據(jù)分組進(jìn)行分布式處理，因此大大提高了路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能。這種系統(tǒng)內(nèi)部的互連網(wǎng)絡(luò)成為交換結(jié)構(gòu)。交換結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)可以是榕樹（Banyan）結(jié)構(gòu)，也可以是交叉開關(guān)（Crossbar）結(jié)構(gòu)。采用這種交換結(jié)構(gòu)的路由器是一種基于多處理器并行系統(tǒng)的路由器，仍然是基于軟件，通過多個CPU來提高性能。這種結(jié)構(gòu)的路由器成本很高。目前只在高端路由器產(chǎn)品中采用。

　　盡管線卡中的處理器提高了轉(zhuǎn)發(fā)的效率，但不斷增加的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了通用CPU滿足該要求的能力，這樣就要求盡可能多地將數(shù)據(jù)傳入快速通路。于是，后來線卡上的通用CPU就讓位給了高速、固定功能的ASIC。通過采用高速、專用ASIC，大大減少了CPU的負(fù)擔(dān)，這樣，大部分IP分組完全可以使用快速通路通過系統(tǒng)，只有控制分組和異常分組需經(jīng)慢速通路轉(zhuǎn)發(fā)至CPU。這樣，構(gòu)成了基于ASIC的路由器�；�于ASIC的路由器用專用的集成電路實現(xiàn)了路由器中某些關(guān)鍵而且耗時的任務(wù)，比如路由表的查找，數(shù)據(jù)分組的分類和轉(zhuǎn)發(fā)等。采用ASIC設(shè)計的路由器的特點(diǎn)是具有固定功能的高速操作，開發(fā)和制造周期比較長，開發(fā)的成本較高。在這種交換路由器中，高速交換功能是由專門的ASIC芯片處理的。ASIC能夠提供跟上網(wǎng)絡(luò)流量的處理速度，但是它的靈活性有限，其功能在設(shè)計的時候由設(shè)計師確定下來。隨著對新的服務(wù)功能的快速部署需求的增長，固定功能的基于ASIC的設(shè)計將不能提供設(shè)計所需的靈活性，以及網(wǎng)絡(luò)廠商所需的投入市場的靈活性。在網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的時代，這意味著較早地被淘汰。例如，目前的高速防火墻和VPN接入設(shè)備采用ASIC的結(jié)構(gòu)，其開發(fā)周期一般在6~12個月的時間，如果采用網(wǎng)絡(luò)處理器來構(gòu)造這種系統(tǒng)就可以通過軟件更新的方式利用已有的硬件結(jié)構(gòu)。下一代的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將需要既具有高速處理能力，又具有容易編程的能力，以便于在一致的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下提供大量新功能。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)運(yùn)而生。

　　網(wǎng)絡(luò)處理器是一種新型的CPU類型，專門用于滿足網(wǎng)絡(luò)路由和交換設(shè)備的需求，專門為滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求而設(shè)計。傳統(tǒng)的CPU為數(shù)據(jù)處理而設(shè)計，適合于進(jìn)行數(shù)學(xué)計算，并針對數(shù)據(jù)處理中訪問存儲器的局部性進(jìn)行優(yōu)化。它假定最近訪問過的數(shù)據(jù)可能將在不久的未來被再次訪問。在傳統(tǒng)的CPU中，cache被用來提高數(shù)據(jù)的訪問速度。但是，網(wǎng)絡(luò)中處理的數(shù)據(jù)只流過處理器一次，以后就再也不回來了，不存在數(shù)據(jù)訪問的局部性規(guī)律。所以，傳統(tǒng)的處理器就不適合于網(wǎng)絡(luò)處理的環(huán)境。

　　網(wǎng)絡(luò)處理器采用不同的方法，它除了有一個一般的處理器（內(nèi)核處理器）外還包含若干個專門處理數(shù)據(jù)分組的高速智能接口，即高速引擎。這種高速引擎實際上是一個專用的網(wǎng)絡(luò)接口微處理器，具有自己的專用指令系統(tǒng)，能夠?qū)��?shù)據(jù)分組進(jìn)行簡單快速的處理。這樣，網(wǎng)絡(luò)處理器實際上是一個單片多處理器系統(tǒng)。在這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中，從網(wǎng)絡(luò)中收集的數(shù)據(jù)直接放入存儲器中進(jìn)行排隊。高速引擎對分組頭進(jìn)行掃描，并進(jìn)行即時的決策，決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)方式。多個高速引擎使得網(wǎng)絡(luò)處理器能夠處理高速網(wǎng)絡(luò)中同時到達(dá)的多個數(shù)據(jù)流。

　　網(wǎng)絡(luò)處理器是可編程的，其中的高速引擎根據(jù)指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描并管理數(shù)據(jù)流，使得程序員能夠具有完全的靈活性。這種可編程性意味著基于網(wǎng)絡(luò)處理器的設(shè)計可以縮短開發(fā)周期以便快速進(jìn)入市場，可以更新軟件以延長使用壽命，可以通過軟件更新進(jìn)行修改以跟蹤的標(biāo)準(zhǔn)并提供未來網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的增值特征。使用網(wǎng)絡(luò)處理器還意味著可以構(gòu)建一個統(tǒng)一的、開放的通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件平臺，允許第三方軟件廠商開發(fā)更好的路由器軟件，為路由器軟件的開發(fā)和推廣創(chuàng)造條件。

　　網(wǎng)絡(luò)處理器中的內(nèi)核處理器可以處理一些對時間要求較低的復(fù)雜的任務(wù)，如確定路由、多條線路之間的負(fù)載平衡，以及解決沖突問題。內(nèi)核處理器的軟件可以比較復(fù)雜，可以包含操作系統(tǒng)和各種協(xié)議軟件。為了便于內(nèi)核處理器軟件的開發(fā)和應(yīng)用，內(nèi)核處理器通常采用市場上常見的通用CPU。

　　不同的網(wǎng)絡(luò)處理器具有不同的速度、可編程性和功能。網(wǎng)絡(luò)處理器的基本功能是以線速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能包括分類與轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)處理器首先根據(jù)程序規(guī)則對輸入的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行封裝。其次，再根據(jù)用戶可編程算法校正輸入的數(shù)據(jù)。第三，對數(shù)據(jù)分組進(jìn)行處理，根據(jù)有關(guān)協(xié)議規(guī)則轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。第四，為用戶提供可編程的統(tǒng)計生成，以便跟蹤快速通路流量的分類結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)處理器既可用于線卡的快速通路中，類似于固定功能ASIC，又具有良好的編程能力，類似于通用CPU的功能。采用網(wǎng)絡(luò)處理器的路由器在速度和可編程方面都有較好的性能，故是當(dāng)前路由器的發(fā)展方向。

　　在路由器中，網(wǎng)絡(luò)處理器具有下列數(shù)據(jù)通信功能。首先，為用戶提供可編程緩沖器管理，可以根據(jù)緩沖器管理算法做出轉(zhuǎn)發(fā)/丟棄決定。其次，提供業(yè)務(wù)量整形功能，可以根據(jù)調(diào)度算法調(diào)度數(shù)據(jù)分組的傳輸。第三，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)流修正。數(shù)據(jù)流修正包括數(shù)據(jù)流內(nèi)的數(shù)據(jù)處理、報頭與報尾的增加或刪除，根據(jù)相關(guān)協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝、分段。所有數(shù)據(jù)流修正單元應(yīng)該都是可以由用戶編程的。

　　● 并行處理器: 采用多內(nèi)核并行處理器結(jié)構(gòu)。片內(nèi)處理器按任務(wù)大致分為核心處理器和轉(zhuǎn)發(fā)引擎。

　　● 專用硬件協(xié)處理器: 對要求高速處理的通用功能模塊采用專用硬件實現(xiàn)以提高系統(tǒng)性能。

　　● 專用指令集: 轉(zhuǎn)發(fā)引擎通常采用專用的精簡指令集，并針對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理特點(diǎn)優(yōu)化。

　　● 分級存儲器組織: NP存儲器一般包含多種不同性能的存儲結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲以適應(yīng)不同的應(yīng)用目的。

　　● 高速I/O接口: NP具有豐富的高速I/O接口，包括物理鏈路接口、交換接口、存儲器接口、PCI總線接口等。通過內(nèi)部高速總線連接在一起，提供很強(qiáng)的硬件并行處理能力。

　　● 可擴(kuò)展性: 多個NP之間還可以互連，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)處理器簇，以支持更為大型高速的網(wǎng)絡(luò)處理。 從網(wǎng)絡(luò)處理器以上特點(diǎn)可以看出，與通用處理器相比，網(wǎng)絡(luò)處理器在網(wǎng)絡(luò)分組數(shù)據(jù)處理上具有明顯的優(yōu)勢。

　　1、在LAN企業(yè)網(wǎng)中

　　入侵檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、Intranet防火墻等安全控制，防御內(nèi)部和外部的惡意行為；

　　進(jìn)行分組分類，識別關(guān)鍵業(yè)務(wù)流，提供優(yōu)先傳輸服務(wù)，實現(xiàn)用戶在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上的各種管理策略，保證服務(wù)質(zhì)量QoS；

　　提供虛擬專用網(wǎng)VPN；

　　流量工程

　　2、在廣域邊緣/接入網(wǎng)絡(luò)

　　主要是支持多種新型業(yè)務(wù)和多種網(wǎng)絡(luò)接入，并進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量控制，其中包括：

　　分組分類、聚合和調(diào)度

　　實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)等級協(xié)議（SLA）的服務(wù)質(zhì)量管理，提供帶寬和時延保證，支持動態(tài)帶寬管理；

　　提供VPN

　　實現(xiàn)負(fù)載均衡

　　分解和裝配各種類型的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種傳輸媒體接入。

　　3、在廣域核心網(wǎng)絡(luò)

　　在核心網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)處理器用在OC-48到OC-192甚至更高速率下實現(xiàn)對聚合流的分類識別和轉(zhuǎn)發(fā)，支持服務(wù)質(zhì)量控制和流量工程，支持多協(xié)議標(biāo)號轉(zhuǎn)換（MPLS）、區(qū)分服務(wù)（DiffServ）等協(xié)議。