技术融合促发展 深度解析五代路由器

　　路由器在计算机网络中有着举足轻重的地位，是计算机网络的桥梁，通过它不仅可以连通不同的网络，还能选择数据传送的路径，并能阻隔非法的访问。路由器作为IP网的核心设备，其技术已成为当前信息产业的关键技术，其设备本身在数据通信中起到越来越重要的作用。同时由于路由器设备功能强大，且技术复杂，各厂家对路由器的实现有太多的选择性。

　　路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器有两大典型功能，即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成;控制功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。多少年来，路由器的发展有起有伏。

　　90年代中期，传统路由器成为制约因特网发展的瓶颈。ATM交换机取而代之，成为IP骨干网的核心，路由器变成了配角。进入90年代末期，Internet规模进一步扩大，流量每半年翻一番，ATM网又成为瓶颈，路由器东山再起，Gbps路由交换机在1997年面世后，人们又开始以Gbps路由交换机取代ATM交换机，架构以路由器为核心的骨干网。路由器发展到今天已经是第五个时代了。下面让我们来看一看路由器技术应用发展及其典型代表产品。

　　一、路由器技术的应用：

　　1、第一代路由器技术及其产品

　　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。接口卡与中央处理器(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、设备管理等。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。

　　典型产品有Cisco2500系列路由器、华为Quidway R2500系列路由器。下面以华为Quidway R2500系列路由器产品来说明。华为Quidway R2500系列路由器包括Quidway R2501/2501E、Quidway R2509/2509E、Quidway R2511/2511E、Quidway R4001/4001E八款路由器。

　　Quidway R2500 系列路由器是华为公司面向中小型办公室开发的新一代路由器产品。Quidway R2500 系列路由器采用32 位的微处理器技术使用华为公司的网络操作系统平台--VRP 通用路由平台。

　　VRP 提供了中英文双语配置界面配置简单，它提供了丰富的网络安全特性，支持哑终端接入服务器功能，支持SNA/DLSw，提供完备的备份中心技术作为分支路由器得到广泛的应用。

　　Quidway R2500 系列路由器提供的8/16 异步串口可作为中小型ISP 的拨号接入服务器，也可通过异步拨号线互连8/16 个低速局域网，2个多协议同异步串口可接高速同步线路、连接远程局域网或互连其它ISP。

　　2、第二代路由器技术及其产品

　　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。典型产品有Cisco 4500系列路由器、华为Quidway R3600系列路由器。下面以华为Quidway R3600系列路由器来说明。

　　Quidway R3600系列路由器包含四款产品：Quidway R3640、Quidway R3680、Quidway R3640E、Quidway R3680E。所有Quidway R3600 系列路由器支持的模块和Quidway R2620、Quidway R2630 系列路由器完全兼容。

　　Quidway R3600系列路由器是华为技术有限公司自主开发的面向企业级网络的产品。Quidway R3600系列路由器采用模块化结构，和R2620、R2630系列相比，Quidway R3600系列路由器具有更高的处理能力和更大的接入密度。

　　Quidway R3600系列路由器既适合于在中小型企业网中担当核心路由器，也可以在大型网络中担当汇聚层路由器。

　　3、第三代路由器技术及其产品

　　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管理和路由的收集、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。

　　典型产品有Cisco 7500系列路由器、华为Quidway NetEngine 16/08/05系列路由器。下面以华为16/08/05系列路由器来说明。

　　Quidway NetEngine 16/08/05系列骨干路由器是华为3Com系列路由器中的高端产品，具有先进的分布式转发体系结构和灵活的组网能力，它本身具有的边缘接入特性，决定了其可以在多种网络中应用，能够为用户提供全方位的解决方案，最大限度的满足客户的需求。

　　产品致力于面向电信级运营网络和企业级核心网络，有强大的专线接入及VPN业务能力，提供丰富的业务功能，具备完善QOS和安全特性，适用于运营商、政府、教育、金融、电力、企业的内部网和业务网。可与接入服务器、IP电话网关设备配合应用。

　　4、第四代路由器技术及其产品

　　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。

　　网络流量特别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)。

　　典型产品有Cisco GSR124000/12000系列、JUNIPPER M40/160系列产品。下面以Cisco 12000系列为例来说明。

　　Cisco 12000系列千兆比特交换路由器(GSR)是Cisco为支持服务供应商和企业IP骨干网核心而设计和开发的重要的路由选择产品。Cisco 12000系列有三种型号：Cisco 12008、12012和12016 (5Tbps GSR太比特系统)。

　　Cisco 12000系列GSR产品的结构设计旨在满足当今IP核心骨干网的高带宽、高性能、多业务和多可靠性要求。

　　5、第五代路由器技术及其产品

　　在第四代路由器中采用了硬件转发模式，解决了带宽容量和性能不足的瓶颈问题，但是也留下了隐患：基于ASIC的硬件转发在获取高性能的同时，牺牲了业务灵活性。

　　这与ASIC技术实现方式相关，在设计ASIC芯片的时候，对转发流程做了大量优化，使得IP转发以简单而固定的方式来实现，从而固化下来，做到硬件化。如果在IP转发中，还要做一些复杂的额外处理的话，ASIC就无能为力了。

　　而且，ASIC的设计周期很长，通常需要二到三年才能设计出一个稳定运行的ASIC芯片。而在IP互联网领域，业务发展非常迅速，平均每半年就会兴起一项新的业务，而这些业务可能就对转发流程有影响，需要转发程序适度调整来获得高品质支持。

　　近期MPLS VPN技术逐步成为热门，运营商需要在骨干网、城域网中开展MPLS VPN业务，这时发现原来在骨干网应用的第四代路由器无法提供高性能的VPN业务，需要全面升级或另外建设专门的VPN承载网络。

　　在当前带宽已经不是主要矛盾，业务应用为王的运营环境中，ASIC固有的灵活性差、业务支持不足的问题成为了路由器发展的主要矛盾。新的需要，带来新的矛盾，就又会造就新的发展。网络处理器技术兴起，促使第五代路由器出现。

　　典型产品有华为Quidway NetEngine 80/40/20系列产品。

　　Quidway NE80/40/20 属于系列核心路由器产品该系列路由器采用基于网络处理器的分布式硬件体系结构具有电信级可靠性线速转发性能完善的QoS 机制和丰富的业务处理能力可定位于公用IP 网络大型企业/园区数据核心网络和各种专用IP 网的核心网满足Internet骨干网络建设和城域骨干网络WAN 建设需求。

　　二、性能比较：

　　下面是路由器体系结构对照表，从表中我们可以看出，从第一代到今天的第五路由器技术都是不一样的，技术的发展是随着网络技术应用而快速发展。

　　第一代路由器主要采用集中转发，总线交换技术;第二代路由器主要采用集中+分布转发，接口模块化，总线交换等技术;第三代路由器主要采用分布转发与总线交换技术;第四代路由器主要采用ASIC分布转发和网络交换技术;第五代路由器技术主要采用网络处理器分布转发和网络交换技术。

　　Cisco 和华为Quidway厂家都有几个相应的产品对应，第一代和第二代产品有华为Cisco 和Quidway 路由器，分别为Cisco2500、Cisco 4500、Quidway R2500和Quidway R3600，它们主要是为满足SOHO和中小型企业业务的需要;而第三代和第四代则主要是针对大中企业网和行业骨干网的城域网业务的需要;第三代和第四代产品有Cisco 7500、Cisco GSR12400/12000，Quidway NE 16/08/05以及JUNIPER M40/160系列产品。

　　第五代则只有Quidway NE 80/40/20产品，用来满足行业骨干网/大型城域网MPLS、VPN、语音、视频等高质量QoS业务;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;采用大容量的交换网结构，采用网络处理器，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、IP-QoS、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;充分考虑骨干网络的需求，满足用户对安全性、稳定性、可靠性的要求。

　　三、编后语：

　　路由器分类可以从多方面来划分。从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构，通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。

　　从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与接入路由器。核心路由器位于网络中心，通常使用高端路由器，要求快速的包交换能力与高速的网络接口，通常是模块化结构;接入路由器位于网络边缘，通常使用中低端路由器，要求相对低速的端口以及较强的接入控制能力。

　　从功能上划分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。一般所说的路由器为通用路由器。专用路由器通常为实现某种特定功能对路由器接口、硬件等作专门优化，例如接入路由器用作接入拨号用户，增强PSTN接口以及信令能力;VPN路由器增强隧道处理能力以及硬件加密;宽带接入路由器强调宽带接口数量及种类。

　　从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。通常线速路由器是高端路由器，能以媒体速率转发数据包;中低端路由器是非线速路由器，但是一些新的宽带接入路由器也有线速转发能力。

　　第五代路由器满足IP业务发展要求，具有业务灵活性，可以把近些年发展起来的MPLS技术、VPN技术、QoS技术、流量工程技术、可控组播技术、用户管理技术等诸多技术融合进来，并保持高性能、高品质特性，成为真正具有强大业务能力的高性能网络设备，对于提高网络价值和节约建网成本都有非常重要的意义。第五代路由器典型产品有华为Quidway NetEngine 80/40/20系列产品。

　　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。

　　华为作为第五代路由器的倡导者，在业界首先倡导和采用网络处理器技术开发高端路由器，满足用户的需要，华为Quidway Netengine系列产品在体系结构设计、设备性能、业务灵活性、兼容性及投资保护方面处于业界领先水平。