低端路由器設備技術規范簡介

2019-11-03 10:15:14

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摘自《電信網技術》魏亮一、立項背景鑒于互聯網廣泛應用，路由器在數據通信中起到越來越重要的作用。同時路由器作為全球互聯網絡中的核心設備，需要先進的路由算法、高可靠性、先進的可維護可管理特性、高性能轉發能力、強大的互聯互操作能力。隨著路由器在電信行業中的廣泛使用，對路由器提出了新的要求：電信級的高可靠和高性能。所以，對路由器設備作技術規范勢在必行。由于路由器種類繁多，用途各異，可以有多種分類方法。按其性能分為高端路由器和低端路由器。當前高端路由器通常指背板能力超出40G、支持高速（155M以上）接口的路由器。在上述能力以下的路由器為低端路由器。低端路由器一般位于公網邊緣，用作接入邊緣網。本規范為《低端路由器設備技術規范》。由于當前TCP／ip已成為事實標準，IPv4在網絡中占絕對優勢，IPv6因其固有的優越性，有可能將來被廣泛應用，所以本規范著重針對IPv4，建議路由器支持IPv6，但不作規范。二、編制說明除本規范所描述的路由器外還有內嵌路由器和透明路由器。內嵌路由器指除提供路由功能外還提供操作系統功能的計算機系統。由于其固有的缺陷，規范建議不使用。透明路由器又稱共享地址路由器，在規范中雖沒作規定，但不排斥使用。規范制定的主要依據是RFC文檔。由于路由器牽涉大量的技術，規范無法包含所有相關協議的內容。所有協議的具體內容參見相關協議標準或KFC文檔。但是簡單地羅列相關RFC文檔號和協議名稱是不恰當的。這是因為：（1）在協議的要求中有一些比較重要，有一些是任選的。（2）某些要求在路由器的應用中非常關鍵，對于其他應用或設備卻無關緊要。（3）某些廠商會因特定原因選擇不同的特性。本規范在指定路由器必須實現的協議時不重復應用協議的內容，只規定協議中必須實現的內容，可選的內容，不需實現的內容，對同類協議作選擇。本規范是工作在復雜多樣的互聯網中的路由器必須遵守的規范。盡管當前路由器不能完全符合規范，但必須努力達到要求。由于互聯網的復雜性以及現實情況的多樣性，本規范作為建議標準推行。本規范制定的主要依據是當前互聯網技術和當前版本的協議及RFC文檔，隨著這些領域技術的更新以及相關協議或RFC文檔版本的更新，規范應作相應更新或補充。三、應用范圍本規范適用于低端路由器設備研制開發和技術引進。本規范規定了低端路由器的技術要求包括功能、指標、通信接口、通信協議、環境要求等。低端路由器一般位于公網邊緣用作接入邊緣網。本規范著重規范支持IPv4的路由器，不包括支持IPv6的路由器。對支持NetWare的路由器與支持AppleTalk的路由器只作簡單規定。這里所說的路由器均特指低端路由器。四、主要內容 1.定義路由器是工作在OSI參考模型第三層（網絡層）的數據包轉發設備。路由器通過轉發數據包來實現網絡互聯。雖然路由器可以支持多種協議（例如TCP／IP、IPX／SPX、AppleTalk等），但是在我國絕大多數路由器運行TCP／IP協議。路由器是連接IP網的核心設備。路由器通常連接2個或多個由IP子網或點到點協議標識的邏輯端口，至少擁有1個物理端口。路由器根據收到數據包中的網絡層地址以及路由器內部維護的路由表決定輸出端口以及下一跳地址，并且重寫鏈路層數據包頭實現轉發數據包。通常路由器通過動態維護路由表反映當前的網絡拓撲。路由器通過與網絡上其他路由器交換路由和鏈路信息來維護路由表。低端路由器通常位于網絡邊緣，用作接入邊緣網的路由器。除非特別指出，低端路由器應符合上文對路由器的要求。 2．路由器功能路由器通常實現下列基本功能：（1）實現IP、TCP、UDP、ICMP等互聯網協議。（2）連接到2個或多個數據包交換的網絡。對每個連接到的網絡，實現該網絡所要求的功能。這些功能包括： ①IP數據包封裝到鏈路層幀或從鏈路層幀中取出IP數據包。 ②按照該網絡所支持的最大數據包大小發送或接收IP數據包。該大小是網絡最大傳輸單元（MTU）。 ③將IP地址與相應網絡的鏈路層地址相互轉換。例如將IP地址轉換成以太網硬件地址。 ④實現網絡支持的流量控制和差錯指示。（3）接收及轉發數據包，在收發過程中實現緩沖區管理、擁塞控制以及公平性處理。 ①出現差錯時辨認差錯并產生ICMP差錯及必要的差錯消息。 ②丟棄生存時間（TTL）域為0的數據包。 ③必要時將數據包分段。（4）按照路由表信息，為每個IP數據包選擇下一跳目的地。（5）支持至少1種內部網關協議（IGP）與其他同一自治域中路由器交換路由信息及可達性信息。支持外部網關協議（EGP：exterior gateway PRotocol）與其他自治域交換拓撲信息。（6）提供網絡管理和系統支持機制，包括存儲／上載配置、診斷、升級、狀態報告、異常情況報告及控制等。 3．路由器接口／協議（1）物理接口路由器常見的接口有：通用串行接口（通過電纜轉換成RS232DTE／DCE接口、V35DTE／DCE接口、X.21DTE／DCE接口、RS449DTE／DCE接口和EIA530DTE接口等）、10M以太網接口、快速以太網接口、10／100自適應以太網接口、千兆以太網接口、ATM接口（2M、25M、155M、633M等）、POS接口（155M、622M等）、TokenRing接口、FDDI接口、E1／TI接口、E3／T3接口、ISDN接口等。（2）鏈路層 ①鏈路層接口／協議 ●對每個收到的數據包，鏈路層必須將下列信息傳輸到上層－－IP包；－－鏈路層數據包的數據部分長度；－－收到該數據包的物理接口標識；－－數據包目的地物理地址的分類：普通包、廣播包或組播包；－－源物理地址。 ●對每個需要傳輸的數據包，Internet層必須提供下列信息－－IP包；－－IP包長度；－－目的地物理地址；－－下一跳IP地址；－－鏈路層優先級值。 ②鏈路層包括的附加要求 ●地址解析協議（ARP）：實現ARP的路由器必須符合RFC1122中ARP部分。對代理ARP，Gratuitous ARP的實現可選。 ●Ethernet與IEEE802.3共存：具有10M以太網的路由器應符合標準RFC1122中對以太網的要求。 ●最大傳輸單元（MTU）：每個邏輯端口的MTU必須在該鏈路層合法的MTU范圍內可配置。 ●點到點協議（PPP）：對點到點協議的實現必須符合RFC1661，RFC1332，RFC1334和RFC1994。 ●接口測試：路由器必須提供一種機制允許路由軟件決定某物理接口是否可用。（3）Internet層協議 IP協議：路由器必須實現IP協議，并符合RFC791。路由器必須實現與IP相關的子網（符合RFC950），IP廣播（符合RFC922）和無類域間路由選擇（符合RFC1519）。 ICMP協議：ICMP是輔助協議，它為IP提供路由、診斷和差錯處理功能。ICMP在標準STD5，RFC792中描述。路由器必須支持ICMP。（4）傳輸層協議路由器通常應該支持傳輸控制協議（TCP）和用戶數據報協議（UDP）。 ①用戶數據報協議用戶數據報協議在RFC768中規定。路由器實現的UDP必須符合，且無條件符合RFC1122的要求。本規范不規定不同協議層間的接口。與RFC1122相反，路由器應該產生UDP校驗和。 ②傳輸控制協議——TCP 傳輸控制協議在標準RFC793中規定。除下面所述之外，路由器實現的TCP必須符合，且無條件符合 RFC1122的要求。（5）應用層協議——路由協議互聯網路由系統包含兩部分：內部路由與外部路由。自治域（AS）允許描述一組路由器從內部路由到外部路由的轉變。IP數據包通常要穿過兩個或多個AS的路由器才能到達目的地，AS系統必須相互提供拓撲信息才能允許這種轉發。內部網關協議用作在AS內部分發路由（AS內部路由）信息。外部網關協議用作在AS間交換路由（AS間路由）信息。 ①內部網關協議（IGP）：用作在特定AS內部路由器間分發路由信息。對特定IGP算法的實現相對獨立，但必須實現下列功能： ●應能迅速反映AS內部拓撲的改變； ●提供一種機制使電路振蕩時不引起連續的路由更新； ●提供快速收斂成無環回（loop－free）路由； ●使用最少的帶寬； ●提供等效路由以便負荷分擔； ●提供一種認證的路由更新方法。路由器除實現靜態路由外，必須實現OSPFv2，IS-IS，RIPv2。 ②外部網關協議：自治系統間使用，為特定自治系統內一組網絡與相鄰自治系統交換可達性信息。路由器必須實現BGP4。 ③靜態路由：靜態路由提供一種途徑來顯示定義到一個特定目的地的下一跳路由器。路由器應提供一種途徑來定義到特定目的地的靜態路由，其中目的地由網絡前綴定義。該機制應允許對每一條靜態路由指定度量（metric）。 4．性能指標（1）路由器的丟包率（packet loss rate）丟包率是指測試中所丟失數據包數量占所發送數據包的比率。通常在吞吐量范圍內測試。丟包率與數據包長度以及包發送頻率相關。在一些環境下可以加上路由抖動，大量路由后測試。 IP包在路由器輕載條件下（吞吐量的10％），丟包率小于0.1％（暫定）。 IP包在路由器重載條件下（吞吐量的80％），丟包率小于0.3％（暫定）。（2）路由器吞吐量（throughput）吞吐量是路由器的包轉發能力。它與路由器端口數量、端口速率、數據包長度、數據包類型、路由計算模式（分布或集中）、測試方法等有關。一般泛指處理器處理數據包的能力。本規范對吞吐量未作具體規定。只列為重要的性能指標。（3）路由器的時延（latency）路由器時延指需轉發的數據包最后1比特進入路由器端口到該數據包第1比特出現在端口鏈路上的時間間隔。該時間間隔是存儲轉發方式工作的路由器的處理時間。對于cut through方式工作的設備可能會得到負的時延（該種設備在收到部分數據包后即開始轉發）。通常所測試的時延是指測試儀表發出數據包到經過路由器轉發后收到該數據包的時間間隔。上述時延與測試數據包的長度、鏈路速率及吞吐量都相關。時延對網絡性能影響較大。特此暫作如下規定： 64 Byte IP包時延小于1ms。 512 Byte IP包時延小于15ms。 1518 Byte IP包時延小于350ms。（4）路由器認證技術指標路由器支持PPP等協議時應當支持連接認證技術，即：應支持PAP/CHAP認證。PAP/CHAP認證符合RFC1994規范。認證的平均響應時間小于3s。（5）路由表容量路由表容量指路由器運行中可以容納的路由數量。本規范對路由表容量未作具體規定。只列為重要的性能指標。（6）背靠背幀數（back-to-back frame）路由器能夠處理的最大背靠背幀數。背靠背幀是指一組固定長度的幀，幀間間隔是媒體所允許的最小幀間隔。本規范對背靠背幀數未作具體規定。只列為重要的性能指標。（7）計費路由器應當能通過例如Radius協議提供計費數據。（8）同步低端路由器采用主從同步方式。低端路由器內部時鐘應采用4級時鐘設備。低端路由器內部時鐘主要性能要求如下： ①時鐘單元可采用一般晶體時鐘。 ②自由運行頻率準確度：±50×10（負6次方）。 ③牽引范圍：±50×10（負6次方）。（9）可靠性指標 ①系統無故障連續工作時間（MTBF）：大于8760h。 ②系統故障恢復時間：小于0.5h。 ③關鍵設備應有備份。五、結束語本文簡單介紹了《低端路由器設備技術規范》的立項背景、編制說明以及主要內容。隨著數據通信的發展，路由器將起到越來越重要的作用。路由器標準化將是必然趨勢。希望本文能對讀者加深了解《低端路由器設備技術規范》有所幫助。

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