路由器的关键技术详解

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1、路由器的关键技术近年來，互联网的发展异常迅猛，应用日益商业化，网上用户数的发展难以预测。此外，越來越多的用户需要高速接入。有关资料表明，在我国，上网速度慢是众多网民抱怨的首要问题。因此，提高网络带宽、网络服务质暈、路由器上的网络管理系统变得日益重要。在保证质量的前提卜，最大限度地利用带宽，及早发现并诊断设备故障，迅速方便地根据需要改变配置等网络管理功能，成为直接影响网络用门和网络运营商利益的重要因素。总地來说，路由器的结构正朝着速度更快、服务质量更好和更易于综合化管理三个方向发展。路由器的两大功能数据通路功能：对于每个到达路由器的数据包

2、，在不丟失的情况下，负责寻路。此功能主要包括：转发决定，经由背板输山链路队列调度。转发功能是通过专门硬件來实现的，每…个通过路市器的分组包都要执行这个操作。数据通路功能对改进足各由器的性能是很重要的。控制功能：主要包括路由表的管理和系统的配直9管理，以及□相邻路由器交换路由表信息，通过软件实现等。这些功能不是针对每个数据包的，因此使用频度相对低一些。路由器的关键技术问题就目前路由器设计中的…些关键技术，有的问题已经取得了阶段性的成果，有的才刚刚开始硏究。需要说明的是，这个领域的发展非常快。为了便丁系统地理解这些关键技术问题，我们根据路由

3、器发展的三大趋势，大致将这些问题分为三类。-是勻高速有关的问题，如路由表快速查找'总线背板和交换结构等。二是QoS问题，如数扌居流和数据包的分类，流量工程和阻塞控制等。三是与软件有关的问题，如软件的稳定性、配逍和管理等。需要说明的是，这种分类法并不严格*有些问题可以同时属于两类。1•与速度有关的技术*路由表的快速查找技术为了解决地址资源紧缺，减少路由表的规模，降低管理难度，7Z联网采用了CIDR(OasslessInter-DomainRouting)。这样，路由表中存放的不是一个个具体的IP地址，而是可变长度的网络前缀。路由器在对IP

4、包寻址时，采用最长的网络前缀匹配(LPM-LongestPrefixMatching)。例如，假设路由表中有两个表项“202.168.X.X，输出端口1'W02.168.16.X，输出端口2”(X表示任意)>如杲有一个IP包的目的地址为202.168.16.5>那么这个包应该从端口2输出。传统的路由器执行最长网络前缀匹配的时间很长，使得路由表查找成为路由器速度的瓶颈。最近两年出现了•些快速查表算法，能够支持古比特链路。这些算法包括改进的精确匹配法、基于trie法、幷行硬件法、协议改变简化路由表的查询和缓冲法等。这些算法，伯些易于硬件实现

5、，右些适合软件实现。对丁组播地址寻址，要根据IP包的源地址和组播地址查表，对源地址采用最长前缀匹配法，对目的地址采用精确匹配法。*交换结构和调度算法交换结构有Crossbar、共享存储器和总线三种方式。Crossbar结构的速度由调度器决定，共享存储器结构的速度由存储器的读写速度决定，共F总线结构的速度由总线的容量和仲裁的开销决定。调度器是Crossbar交换结构的核心，它在每个调度时隙内收集各输入端口有关数据包队列的信息，经过一定的调度算法得到输入端口和输出端口之间的-个匹配，提供输入端口到输出端口的通路。采用输入缓沖无阻塞方式的Cr

6、ossbar，用ESLIP算法实现调度已被-些厂家所采用。调度器设计的难点在于，既要满足系统呑吐率达到100%的要求，.乂要支持CoS(aassesofService)。调度算法中，加权公平排队算法(WFQWeightedFairQueuing)和经过改进后的加权公平流排队算法(WF2QWeightedFairFlowQueuing)比较容易实现，而且性能也不错。总之，要让7Z联网真止能够综合多种业务，作为网络连接核心设备的路由器，必须提高端口速率和交换容量，提供QoS保证和流量工程(TE-TrafficEngineering)功能。*

7、背板总线由于端口速率高，交换结构需要加速，而且接口板勻交换板之间、控制板勻接口板之问、控制板与交换板之问的连线很多，H前的高速路由器以及交换机都采用高速背板总线以提高系统的呑吐率。为了提高效率，数据线采用串行差刃'线路，速率可达每秒钟1〜2吉比特。耍保证如此高的传输速率和那么多的连线，对背板总线的设计耍求非常高。如何降低数据的传输误码率以及保证时钟同步绘总线设计中的关键技术。斯坦福大学的TinyTera路由器项目中，大量采用串行总线的实现方法値得硏究和借鉴。2与服务质量有关的技术*数据包分类技术路由器要对到达的分组包逬行识别、分类以决定

8、其所应接受的服务类型。当初IETF所考虑的方案是在网络的核匚、，根据IP报头的TOS(TypeofService)域来识别分组，但是在7Z联网的发展过程中，由于…直采用“尽力”传输，同时由于终端在发送IP包