IP技術(shù)的發(fā)展－第五代路由器

2019-11-05 00:33:15

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

　　隨著ip技術(shù)的發(fā)展、IP用戶的迅猛增加、IP業(yè)務的推出，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡發(fā)展的需要，尤其是主干網(wǎng)絡的需要。第五代路由器正是在這種網(wǎng)絡背景下提出的，著眼于解決核心IP網(wǎng)絡存在的問題。
　　
　　前四代路由器的發(fā)展歷程
　　第一代路由器采用集中轉(zhuǎn)發(fā)，固定接口。最初的IP網(wǎng)絡并不大，其網(wǎng)關(guān)所需要連接的設備及其需要處理的負載也很小，而且網(wǎng)絡的變化也較慢。第一代路由器由一個處理器CPU和固定的多個網(wǎng)絡接口組合而成，網(wǎng)絡接口與CPU之間通過內(nèi)部總線相連。
　　
　　第二代路由器采用集中轉(zhuǎn)發(fā)，接口模塊化。這是因為隨著IP網(wǎng)絡的發(fā)展，網(wǎng)絡節(jié)點在增多，網(wǎng)絡鏈路也在大量增加和替換升級，這個時候，由于第一代路由器的網(wǎng)絡接口是固定的，不能滿足IP網(wǎng)絡鏈路經(jīng)常變化的要求，需要經(jīng)常更換新的路由器，這樣不利于網(wǎng)絡設備投資保護和維護治理。在這個時期，可擴展性成為限制路由器發(fā)展的主要矛盾。第二代路由器從體系結(jié)構(gòu)徹底解決第一代路由器的可擴展性問題，采用辦法其實非常簡單，那就是把網(wǎng)絡接口做成可以插拔的活動模塊，用戶可以根據(jù)需要增加所需要的網(wǎng)絡接口模塊，對原有路由器升級擴容即可，而不需要替換路由器。
　　
　　第三代路由器是基于CPU的分布式軟件轉(zhuǎn)發(fā)。到了90年代前期，隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務大發(fā)展時期的到來，網(wǎng)絡流量迅猛增大。同時由于光傳輸技術(shù)的發(fā)展，許多傳輸線路已經(jīng)由2M為主流的電路升級為以155M為主流的光路。在短報文線速轉(zhuǎn)發(fā)情況下，一個155M接口就需要約200Kpps左右的轉(zhuǎn)發(fā)性能，而在當時情況下，一個CPU的處理能力也只有這么多。而依據(jù)網(wǎng)絡擴展性的要求，一個路由器往往要連接多個155M或100M鏈路。在保持路由器的靈活擴展性前提下，性能成為了路由器發(fā)展的主要矛盾。性能的瓶頸主要集中在CPU上。解決辦法就是把路由器的集中式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為三頭六臂式的分布式結(jié)構(gòu)，第三代路由器由此出現(xiàn)。
　　
　　第三代路由器采用全分布式結(jié)構(gòu)，最大變化是在各網(wǎng)絡接口業(yè)務模塊上增加了CPU，即每個接口業(yè)務模塊都有自己的CPU來進行各自的轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務處理，負責少量網(wǎng)絡接口。
　　
　　第四代路由器是基于ASIC的分布式硬件轉(zhuǎn)發(fā)。九十年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡的商業(yè)化，網(wǎng)絡流量非凡是核心網(wǎng)絡的流量以指數(shù)級數(shù)增長。在這個時候，光傳輸技術(shù)又有了新的發(fā)展，2.5G傳輸鏈路成為了骨干傳輸網(wǎng)絡的主流。而CPU的轉(zhuǎn)發(fā)性能雖然也在提高，但跟不上這個速度。這種情況下，只有對轉(zhuǎn)發(fā)模式進行根本的變革，才能突破瓶頸限制。而集成電路技術(shù)的高速發(fā)展正好為路由器轉(zhuǎn)發(fā)模式的突破提高了機會，一種稱為專用集成電路(ASIC)的技術(shù)為硬件轉(zhuǎn)發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。第四代路由器拋棄了基于CPU的軟件轉(zhuǎn)發(fā)模式，轉(zhuǎn)而尋求基于ASIC技術(shù)的硬件轉(zhuǎn)發(fā)模式，通過對IP轉(zhuǎn)發(fā)過程的優(yōu)化和硬件化，極大程度地提供了路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能。而路由引擎模塊仍然可以采用CPU，用來處理復雜的路由計算和治理調(diào)度?；贏SIC的硬件轉(zhuǎn)發(fā)模式使得接口業(yè)務模塊能夠?qū)崿F(xiàn)千兆以太網(wǎng)等高速鏈路的線速轉(zhuǎn)發(fā)。
　　
　　基于網(wǎng)絡處理器的分布式硬件轉(zhuǎn)發(fā)
　　在第四代路由器中采用了硬件轉(zhuǎn)發(fā)模式，解決了帶寬容量和性能不足的瓶頸問題，但是也留下了隱患：基于ASIC的硬件轉(zhuǎn)發(fā)在獲取高性能的同時，犧牲了業(yè)務靈活性。這與ASIC技術(shù)實現(xiàn)方式相關(guān)，在設計ASIC芯片的時候，對轉(zhuǎn)發(fā)流程做了大量優(yōu)化，使得IP轉(zhuǎn)發(fā)以簡單而固定的方式來實現(xiàn)，從而固化下來，做到硬件化。假如在IP轉(zhuǎn)發(fā)中，還要做一些復雜的額外處理的話，ASIC就無能為力了。而且，ASIC的設計周期很長，通常需要二到三年才能設計出一個穩(wěn)定運行的ASIC芯片。而在IP互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，業(yè)務發(fā)展非常迅速，平均每半年就會興起一項新的業(yè)務，而這些業(yè)務可能就對轉(zhuǎn)發(fā)流程有影響，需要轉(zhuǎn)發(fā)程序適度調(diào)整來獲得高品質(zhì)支持。
　　
　　近期MPLS VPN技術(shù)逐步成為熱門，運營商需要在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)中開展MPLS VPN業(yè)務，這時發(fā)現(xiàn)原來在骨干網(wǎng)應用的第四代路由器無法提供高性能的VPN業(yè)務，需要全面升級或另外建設專門的VPN承載網(wǎng)絡。在當前帶寬已經(jīng)不是主要矛盾，業(yè)務應用為王的運營環(huán)境中，ASIC固有的靈活性差、業(yè)務支持不足的問題成為了路由器發(fā)展的主要矛盾。新的需要，帶來新的矛盾，就又會造就新的發(fā)展。網(wǎng)絡處理器技術(shù)興起，促使第五代路由器出現(xiàn)。
　　
　　

　　
　　第五代路由器在硬件體系結(jié)構(gòu)上繼續(xù)了第四代路由器的成果，即仍然采用硬件轉(zhuǎn)發(fā)模式和交換網(wǎng)式結(jié)構(gòu)，只是在要害的IP轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務流程處理上采用了可編程的、專為IP網(wǎng)絡設計的網(wǎng)絡處理器技術(shù)，替代了原來的ASIC技術(shù)。網(wǎng)絡處理器（NP）通常由若干微處理器和一些硬件協(xié)處理器組成，多個微處理器并行處理，通過軟件來控制處理流程。對于一些復雜的標準的操作(如內(nèi)存操作、路由表查找算法、QoS的擁塞控制算法、流量調(diào)度算法等)采用硬件協(xié)處理器來提高處理性能。這樣實現(xiàn)軟件業(yè)務靈活性和高性能硬件轉(zhuǎn)發(fā)的有機結(jié)合。
　　
　　第五代路由器由于有了業(yè)務靈活性，因此可以把近些年發(fā)展起來的MPLS技術(shù)、VPN技術(shù)、QoS技術(shù)、流量工程技術(shù)、可控組播技術(shù)、用戶治理技術(shù)等諸多技術(shù)融合進來，并保持高性能、高品質(zhì)特性，成為真正具有強大業(yè)務能力的高性能網(wǎng)絡設備，對于提高網(wǎng)絡價值和節(jié)約建網(wǎng)成本都有非常重要的意義。第五代路由器典型產(chǎn)品有華為Quidway NetEngine 80/40/20系列產(chǎn)品。
　　
　　IP業(yè)務發(fā)展要求的驅(qū)動力
　　第五代路由器與第四代路由器相比較，主要有下面幾個方面的特點：
　　
　　采用網(wǎng)絡處理器技術(shù)實現(xiàn)IP報文處理和轉(zhuǎn)發(fā)，所以可以在保證高速轉(zhuǎn)發(fā)的同時進行復雜的協(xié)議處理，從而支持豐富的業(yè)務；
　　
　　采用大容量的交換網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)絡處理器，可通過升級軟件增加新的處理功能，從而快速響應用戶的業(yè)務需求，適應網(wǎng)絡發(fā)展；
　　
　　具有強大的VPN、流分類、IP-QoS、MPLS等特性的支持能力，提供完善的QoS機制，滿足不同用戶不同應用的需求；
　　
　　充分考慮骨干網(wǎng)絡的需求，滿足用戶對安全性、穩(wěn)定性、可靠性的要求。
　　
　　華為作為第五代路由器的倡導者，在業(yè)界首先倡導和采用網(wǎng)絡處理器技術(shù)開發(fā)高端路由器，滿足用戶的需要，華為Quidway Netengine系列產(chǎn)品在體系結(jié)構(gòu)設計、設備性能、業(yè)務靈活性、兼容性及投資保護方面處于業(yè)界領(lǐng)先水平。

上一篇：Catalsty 4908G-L3 VLAN間的路由和橋接

下一篇：路由器與網(wǎng)橋的比較