路由器基礎(chǔ)：路由器轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制改變

2019-11-05 00:12:17

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供稿：網(wǎng)友

　　兼容與擴(kuò)容

　　行業(yè)縱向網(wǎng)的建設(shè)通常是分步實(shí)現(xiàn)的，從一級(jí)網(wǎng)到二級(jí)網(wǎng)，再到三級(jí)網(wǎng)，這個(gè)固有特點(diǎn)也決定了ip語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)分步建設(shè)的模式。在分步建設(shè)的過(guò)程中，語(yǔ)音設(shè)備面臨著前后兼容，向下擴(kuò)容的問(wèn)題。例如，在建設(shè)省到地市的二級(jí)語(yǔ)音網(wǎng)時(shí)，要從設(shè)備和體系角度考慮與一級(jí)語(yǔ)音網(wǎng)的兼容性，與原有窄帶話音網(wǎng)的兼容，也要考慮與運(yùn)營(yíng)商IP語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)的兼容，涉及到不同類型設(shè)備、不同廠商設(shè)備之間的兼容性問(wèn)題；同時(shí)還要考慮將來(lái)地市機(jī)關(guān)的用戶數(shù)量增多、窄帶用戶遷移、地市到縣的三級(jí)語(yǔ)音網(wǎng)擴(kuò)容需求，中心交換設(shè)備應(yīng)該具有大規(guī)模組網(wǎng)和擴(kuò)容能力。

　　通用CPU階段

　　采用了通用CPU作為硬件轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)具備高度靈活性的優(yōu)勢(shì)，在路由器發(fā)展的上個(gè)世紀(jì)80年末到90年代10多年期間，幾乎網(wǎng)絡(luò)上所有的路由器都是用CPU作為核心轉(zhuǎn)發(fā)硬件。因?yàn)橐粋€(gè)通用的CPU的極限轉(zhuǎn)發(fā)性能也就在400Kpps以內(nèi)，還做不到2個(gè)155MPOS接口線速轉(zhuǎn)發(fā)。因此普遍被匯聚、接入層路由器采用，在對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合提供盡可能大的靈活性。

　　NP處理器階段

　　由于NP對(duì)業(yè)務(wù)作了相應(yīng)的微碼優(yōu)化，所以其對(duì)特定業(yè)務(wù)的處理能力比傳統(tǒng)的CPU有了很大的提升，單NP片可以實(shí)現(xiàn)1-6Mpps的轉(zhuǎn)發(fā)性能，目前成熟的NP已可實(shí)現(xiàn)2.5G端口的線速轉(zhuǎn)發(fā)能力。

　　由于使用NP組成的核心路由器在高速端口密度，端口性能可擴(kuò)展能力方面有比較大的局限性，近年來(lái)也出現(xiàn)了采用多個(gè)NP分布式轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)較高密度2.5G、1G端口的數(shù)據(jù)交換，但NP雖然實(shí)現(xiàn)了這些高速端口的接入，卻無(wú)法解決內(nèi)部多個(gè)高速接口的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題，業(yè)界普遍認(rèn)為比較適合骨干網(wǎng)的匯聚層路由器。

　　ASIC芯片階段

　　眾所周知的是對(duì)于特定的業(yè)務(wù)，能夠同時(shí)提供極高的轉(zhuǎn)發(fā)性能和較低的成本的只有ASIC芯片了。但由于ASIC的固定特性一直無(wú)法解決路由器對(duì)多業(yè)務(wù)支持的需求，ASIC芯片一旦產(chǎn)出后其原有的功能無(wú)法添加。這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)日益增長(zhǎng)，視頻、話音等各種業(yè)務(wù)不斷增加，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不斷豐富的情況下，ASIC芯片的可擴(kuò)展能力成為其在核心路由器上使用的一個(gè)似乎是難以逾越的門檻，難以保證滿足網(wǎng)絡(luò)中各種業(yè)務(wù)的要求。而如今核心網(wǎng)對(duì)核心路由器性能幾乎無(wú)止境的需求迫使路由器的廠商和研究機(jī)構(gòu)把目光投向了ASIC。況且現(xiàn)在10G的ASIC芯片早已成熟，并且規(guī)模商用，這也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商能夠青睞ASIC的一個(gè)重要原因。上個(gè)世紀(jì)末一些廠商和科研機(jī)構(gòu)就開始了完全用ASIC搭建核心路由器平臺(tái)的研究，至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)比較完善的技術(shù)體系。

　　對(duì)于ASIC平臺(tái)來(lái)說(shuō)，最大的問(wèn)題就是對(duì)多業(yè)務(wù)的靈活支持。靈活性支持主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是查表技術(shù)，另一方面是對(duì)多業(yè)務(wù)報(bào)文的識(shí)別、處理能力。近幾年出現(xiàn)的TCAM（三重內(nèi)容可編址存儲(chǔ)器）很好地解決了多業(yè)務(wù)中各種表項(xiàng)的高速查找問(wèn)題，其查找性能可以達(dá)到每秒100M次，也就是說(shuō)可以支持一個(gè)10G端口每秒鐘查找4次以上。而對(duì)各種路由表、ACL安全策略、QoS策略等表項(xiàng)的查找是多業(yè)務(wù)支持的核心內(nèi)容。同時(shí)現(xiàn)在的硬件技術(shù)制造出的高速可編程硬件FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)40G數(shù)據(jù)流的報(bào)文頭的處理，從而提供了對(duì)多業(yè)務(wù)支持的可能性。港灣網(wǎng)絡(luò)有限公司正是看到了這種可能性，同時(shí)找到了搭建硬件平臺(tái)的理論基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)三年的潛心研究，終于實(shí)現(xiàn)了ASIC+FPGA+TCAM協(xié)同實(shí)現(xiàn)高密度千兆、2.5G、10G接口多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的大容量處理、轉(zhuǎn)發(fā)，F(xiàn)PGA硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)報(bào)文頭的處理并控制查找形成業(yè)務(wù)流，TCAM實(shí)現(xiàn)對(duì)各種高速業(yè)務(wù)流表項(xiàng)的查找，ASIC僅僅負(fù)責(zé)對(duì)業(yè)務(wù)流大容量轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)了多業(yè)務(wù)應(yīng)用下高速接口的大容量接入；同時(shí)在路由器內(nèi)部通過(guò)專用ASIC把高速接口板之間的海量數(shù)據(jù)切割成特定長(zhǎng)度的信元從而實(shí)現(xiàn)高效、低延時(shí)、T比特級(jí)別的大容量數(shù)據(jù)交換。港灣PowerHammer系列核心路由器創(chuàng)立的這種結(jié)構(gòu)不但解決了性能和靈活性的瓶頸，還具備非常強(qiáng)的擴(kuò)展能力，接口板能夠平滑的擴(kuò)充到40G接口的接入，而交換網(wǎng)板很輕易擴(kuò)充到T比特級(jí)別而無(wú)需更換機(jī)箱，目前幾乎業(yè)界所有的主流高端核心路由器設(shè)備供給商都推出了基于ASIC的路由器產(chǎn)品，代表著采用ASIC已經(jīng)成為核心路由器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)必然方向。

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