路由器的概念、功能及發(fā)展趨勢

路由器的概念、功能及發(fā)展趨勢


【簡(jiǎn) 介】
近年來(lái)，路由器的發(fā)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(wǎng)發(fā)展的瓶頸，被ATM交換機取而代之，成為IP骨干網(wǎng)的核心，路由器變成了配角。進(jìn)入90年代末期，Internet規模進(jìn)一步擴大，流量每半年翻一番，ATM網(wǎng)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(kāi)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(wǎng)。


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　　近年來(lái)，路由器的發(fā)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(wǎng)發(fā)展的瓶頸，被ATM交換機取而代之，成為IP骨干網(wǎng)的核心，路由器變成了配角。進(jìn)入90年代末期，Internet規模進(jìn)一步擴大，流量每半年翻一番，ATM網(wǎng)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(kāi)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(wǎng)?！　?/p>

　　作為核心設備，路由器在IP網(wǎng)上處于至關(guān)重要的位置。隨著(zhù)因特網(wǎng)應用的普及，網(wǎng)絡(luò )帶寬的迅速增加，用戶(hù)對服務(wù)質(zhì)量要求的提高，路由器的未來(lái)也面臨著(zhù)新的變革。 　　

　　路由器的概念 　　

　　路由器是一種連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò )或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò )設備，它能將不同網(wǎng)絡(luò )或網(wǎng)段之間的數據信息進(jìn)行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數據，從而構成一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò )。 　　

　　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(fā)決定、轉發(fā)以及輸出數據鏈路調度等，一般由硬件來(lái)完成；控制功能一般用軟件來(lái)實(shí)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(wǎng)絡(luò )7層協(xié)議模型中的第3層，其主要任務(wù)是接收來(lái)自一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口的數據包，根據其中所含的目的地址，決定轉發(fā)到哪個(gè)目的地，可能是路由器也可能就是最終目的點(diǎn)，并決定從哪個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口轉發(fā)出去。這是路由器的最基本功能——數據包轉發(fā)功能?！　?/p>

　　根據TCP/IP協(xié)議，路由器的數據包具體轉發(fā)過(guò)程是：

　　1.網(wǎng)絡(luò )接口接收數據包的不同的物理網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)，決定了不同的網(wǎng)絡(luò )接口，如對應于10Base-T以太網(wǎng)，路由器有10Base-T以太網(wǎng)接口；對應于DDN，路由器有V.35接口。 　

　　2.根據網(wǎng)絡(luò )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(xié)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(kāi)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(wǎng)絡(luò )接口類(lèi)型與轉發(fā)數據幀的網(wǎng)絡(luò )接口類(lèi)型不同，則IP數據包還可能因為最大幀長(cháng)度的限制而對其進(jìn)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(jīng)網(wǎng)絡(luò )物理輸出接口發(fā)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(shuō)控制功能?！　?/p>

　　控制功能是由一系列規則所提供的，舉例來(lái)說(shuō)，可能是優(yōu)先權、拒絕訪(fǎng)問(wèn)或提供記賬數據。當數據包進(jìn)入路由器時(shí)，這些相關(guān)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(gè)軟件數據庫內，每個(gè)數據包通過(guò)時(shí)都必須與該數據庫進(jìn)行核對。

　路由器的發(fā)展趨勢

　　芯片速度每18個(gè)月翻一番，而因特網(wǎng)的流量是每6個(gè)月翻一番。作為因特網(wǎng)的樞紐，路由器正在朝速度更快、服務(wù)質(zhì)量更好和更易于綜合化管理這三個(gè)方向發(fā)展。

　　速度更快　

　　傳統意義上，路由器通常被認為是網(wǎng)絡(luò )速度的瓶頸。在局域網(wǎng)速度早已達到上百兆時(shí)，路由器的處理速度至多只到幾十兆比特率。這幾年伴隨著(zhù)因特網(wǎng)用戶(hù)的爆炸式增長(cháng)，大家對路由器的研究也重點(diǎn)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(chuàng )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(shí)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(wú)一例外地都引入了交換的結構，因此它們也被稱(chēng)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(wǎng)絡(luò )中不可代替的地位徹底發(fā)生了動(dòng)搖。曠日持久的IP與ATM技術(shù)之爭終于以IP占壓倒性的優(yōu)勢結束。不過(guò)，IP路由器速度的提高是直接得益于A(yíng)TM的概念和技術(shù)的，在IP領(lǐng)域中提出的許多新概念和新技術(shù)也有相當一部分是直接或間接來(lái)源于A(yíng)TM，兩種優(yōu)秀的技術(shù)逐漸開(kāi)始融合。事實(shí)上，許多公司從事高速I(mǎi)P路由器研發(fā)的技術(shù)人員正是過(guò)去研究ATM技術(shù)的研發(fā)人員。具體來(lái)說(shuō)，IP路由器速度的急劇提高來(lái)源于以下四個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)展：

　?、儆布w系結構　　

　　路由器的硬件體系結構大致經(jīng)歷了6次變化，從最早期的單總線(xiàn)、單CPU結構發(fā)展到單總線(xiàn)、多CPU再到多總線(xiàn)多CPU。到現在，高速I(mǎi)P路由器中多借鑒ATM的方法，采用交叉開(kāi)關(guān)方式實(shí)現各端口之間的線(xiàn)速無(wú)阻塞互連。高速交叉開(kāi)關(guān)的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在A(yíng)TM和高速并行計算機中早已得到廣泛應用，市場(chǎng)上可直接購買(mǎi)到的高速交叉開(kāi)關(guān)的速率就高達50Gbps。伴隨著(zhù)高速交叉開(kāi)關(guān)的引入，也同時(shí)引入了一些相應的技術(shù)問(wèn)題，特別是針對IP多播、廣播以及服務(wù)質(zhì)量（QoS），采用成熟的調度策略和算法，這些問(wèn)題都得到了很好的解決。 　

　?、贏(yíng)SIC技術(shù)　　

　　這些年，出于成本和性能的考慮，ASIC應用得越來(lái)越廣泛，幾乎是言必稱(chēng)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(fā)，有的用ASIC查路由，并且查找IPv4路由的ASIC芯片已經(jīng)開(kāi)始上市銷(xiāo)售。在A(yíng)SIC蓬勃發(fā)展、大量應用的潮流中，有一動(dòng)向值得注意，這就是所謂可編程ASIC的出現，這恐怕也是網(wǎng)絡(luò )本身日新月異所導致的一種結果。由于A(yíng)SIC的設計生產(chǎn)投入相當大，一般來(lái)說(shuō)，ASIC只用于已完全標準化的過(guò)程，而網(wǎng)絡(luò )的結構和協(xié)議又變化相當快，因此相應地在網(wǎng)絡(luò )設備這一領(lǐng)域，出現了奇特的“可編程ASIC”。目前，有兩種類(lèi)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(zhuān)用芯片為代表，該芯片是一顆專(zhuān)門(mén)為通信協(xié)議處理的CPU，其體系結構的設計專(zhuān)門(mén)適應協(xié)議處理，通過(guò)改寫(xiě)微代碼，可使這顆專(zhuān)用芯片具有處理不同協(xié)議的能力，以適應類(lèi)似從IPv4到IPv6的變化。