路由器发展的五个时代

3/1/2008来源:华为网络人气:3726


  路由器体系结构的发展
  
  第一代路由器:集中转发,总线交换
  
  典型产品:华为Quidway R2500系列路由器。
  
  最初的ip网络并不大,其网关所需要连接的设备及其需要处理的负载也很小。这个时候网关(路由器)基本上可以用一台计算机插多块网络接口卡的方式来实现。接口卡与中心处理器(CPU)之间通过内部总线相连,CPU负责所有事务处理,包括路由收集、转发处理、设备治理等。网络接口收到报文后通过内部总线传递给CPU,由CPU完成所有处理后从另一个网络接口传递出去。
  
  第二代路由器:集中+分布转发,接口模块化,总线交换
  
  典型产品:华为Quidway R3600系列路由器。
  
  由于每一个报文都要经过总线送交CPU处理,随着网络用户的增多,网络流量的增大,接口数量、总线带宽和CPU的瓶颈就越来越突出。于是很自然地想到如何提高网络接口数量,如何把CPU和总线的负担降下来?为了解决这个问题,第二代路由器就在网络接口卡上进行一些智能化处理,由于网络用户通常只会访问少数的几个地方,因此可以考虑把少数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上,这样大多数报文就可以直接通过业务板Cache的路由表进行转发,以减少对总线和CPU的需求。对于Cache中不能找到的报文送交CPU处理。
  
  第三代路由器:分布转发,总线交换
  
  典型产品:华为Quidway NetEngine 16/08系列路由器。
  
  90年代以后Web技术的出现,使IP网络得到迅猛的发展。网络用户的访问面得到很大的拓宽,用户访问的地方已不像以前那样固定,这样往往出现无法从Cache中找到路由的现象,于是总线和CPU瓶颈的问题再次出现。另外由于用户的增加,路由器的接口数量不足也暴露出来了。为了解决这个问题,第三代路由器应运而生。第三代路由器采用全分布式结构―路由与转发分离的技术,主控板负责整个设备的治理和路由的收集、计算功能,并把计算形成的转发表下发到各业务板;各业务板根据保存的路由转发表能够独立进行路由转发。另外总线技术也得到了较大的发展,通过总线、业务板之间的数据转发完全独立于主控板,实现了并行高速处理,使得路由器的处理性能成倍提高。
  
  第四代路由器:ASIC分布转发,网络交换
  
  典型产品:Juniper M40/160系列产品。
  
  九十年代中后期,随着IP网络的商业化,Web技术出现以后,Internet技术得到空前的发展,Internet用户迅猛增加。网络流量非凡是核心网络的流量以指数级增长,传统的基于软件的IP路由器已经无法满足网络发展的需要。以常见的主干节点2.5G POS端口为例,按照IP最小报文40字节计算,2.5G POS端口线速的流量约为6.5Mpps。而且报文处理中需要包含诸如QoS保证、路由查找、二层帧头的剥离/添加等复杂操作,以传统的做法是不可能实现的。于是一些厂商提出了ASIC实现方式,它把转发过程的所有细节全部采用硬件方式来实现。另外在交换网上采用了CrossBar或共享内存的方式解决了内部交换的问题。这样,路由器的性能达到千兆比特,即早期的千兆交换式路由器(Gigabit Switch Router,GSR)。
  
  第五代路由器技术:网络处理器分布转发,网络交换
  
  典型产品:华为Quidway NetEngine 80/40系列产品。
  
  从上面的发展过程我们可以看到,每一次的技术进步都是因为随着业务发展而出现了新的需求。不过在前互联网络泡沫时代,主要的矛盾集中在路由器的转发性能上,所以前四代的路由器的最大进步在于速度。但是在宽带互联网一路高歌迅速发展的同时,作为其基础的IP网络技术的缺陷也就越来越充分地暴露出来。网络无治理无法运营的问题、IP地址缺乏问题、IP业务服务质量问题、IP安全等问题都在严重阻碍网络进一步发展。随着宽带互联网泡沫的破灭,人们进行了深刻的反省―业务才是网络的真正价值所在,一切的技术要求都应围绕着业务来进行。各种新技术也纷纷出现,比如网络治理技术、用户治理技术、业务治理技术、MPLS技术,VPN技术,可控组播技术、IP-QoS技术,流量工程技术等。
  
  IP标准也在逐步修改成熟。随着新技术的出现和标准化的进展,对高速路由器的业务功能要求也越来越高。基于这些问题,第四代路由器采用ASIC技术的固有的不灵活、业务提供周期长等缺陷也不可避免地出现了。第五代路由器在硬件体系结构上继续了第四代路由器的成果,在要害的IP业务流程处理上采用了可编程的、专为IP网络设计的网络处理器技术。网络处理器(NP)通常由若干微处理器和一些硬件协处理器组成,多个微处理器并行处理,通过软件来控制处理流程。对于一些复杂的标准的操作(如内存操作、路由表查找算法、QoS的拥塞控制算法、流量调度算法等)采用硬件协处理器来提高处理性能。这样实现业务灵活性和高性能的有机结合。
  
  路由器体系结构对照表
  路由器发展的五个时代
  第五代路由器满足IP业务发展要求
  
  第五代路由器与第四代路由器相比较,主要有下面几个方面的特点。
  
  ● 采用网络处理器技术实现IP报文处理和转发,所以可以在保证高速转发的同时进行复杂的协议处理,从而支持丰富的业务。
  
  ● 由于具有网络处理器,可通过升级软件增加新的处理功能,从而快速响应用户的业务需求,适应网络发展。
  
  ● 具有强大的VPN、流分类、IPQoS、MPLS等特性的支持能力,提供完善的QoS机制,满足不同用户不同应用的需求。
  
  ● 采用大容量的交换网结构。
  
  ● 充分考虑电信用户的需求,满足用户对安全性、稳定性、可靠性的要求。
  
  第五代路由器的出现,极大地满足了当前数据、语音、图像综合承载的需求,并大大增强了网络对MPLS VPN的支持能力。由于第五代路由器在业务特性上所具有的强大优势,所以已成为当前建设宽带骨干网络、汇聚网络的首选。随着成本的进一步降低与网络业务的进一步丰富,采用网络处理器技术的第五代路由器正在向网络的更低端发展。