路由器的关键技术

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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。冇关资料表明，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、网络服务质量、路由器上的网络管理系统变得口益重要。在保证质量的前提下，最人限度地利用带宽，及早发现并诊断设备故障，迅速方便地根据需耍改变配置等网络管理功能，成为直接影响网络用八和网络运营商利益的重耍因素。总地来说，路由器的结构止朝着速度更快、服务质量更好和更易于综合化管理三个方向发展。路由器的两人功能数据通路功

2、能：对于每个到达路由器的数据包，在不丢失的情况下，负责寻路。此功能主耍包括：转发决定，经山背板输出链路队列调度。转发功能是通过专门破件來实现的，每一个通过路山器的分组包都要执行这个操作。数据通路功能对改进路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置与管理，以及与和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。路山器的关键技术问题就H前路由器设计中的一些关键技术，有的问题已经取得了阶段性的成果，有的才刚刚开始研究。需耍说明的是，这个领域的发

3、展非常快。为了便于系统地理解这些关键技术问题，我们根据路由器发展的三大趋势，大致将这些问题分为三类。一是与高速有关的问题，如路山表快速查找、总线背板和交换结构等。二是QoS问题，如数据流和数据包的分类，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、配置和管理等。需要说明的是，这种分类法并不严格，冇些问题可以同时属于两类。1.与速度有关的技术*路山表的快速査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，互联网采用了CTDR(ClasslessTnter-DomainRouting)

4、。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包寻址时,釆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”和"202.168.16.X,输出端口2”(X表示任意),如果有一个IP包的目的地址为202.16&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,使得路由表杳找成为路由器速度的瓶颈。授近两年出现了一些快速杳表算法，能够支持吉比特链路。这

5、些算法包括改进的粘确匹配法、基Ttrio法、并行碘件法、协议改变简化路由表的查询和缓冲法等。这些算法,有些易于硬件实现，有些适合软件实现。对于组播地址寻址，要根据1P包的源地址和组播地址査表,对源地址采用最长前缀兀配法，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冇Crossbar共亨〃储器和总线三种方式。Crossbar结构的速度山调度器决定，共亨存储器结构的速度山存储器的读写速度决定，共享总线结构的速度山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

6、各输入端口冇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一个匹配，捉供输入端口到输出端口的通路。采用输入缓冲无阻塞方式的Crossbar，用ESL1P算法实现调度己被一些厂家所采用。调度器设计的难点在于，既要满足系统吞吐率达到100%的要求,又要支持CoS(ClassesofService)<>调度算法中,加权公平排队算法(WFQ-WeightedFairQueuing)和经过改进后的加权公平流排队算法(WF2QTVeightedFairFlowQueuing)比较容易实现,而且性能也

7、不错。总Z，要让互联网真正能够综合多种业务，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。*背板总线由于端口速率高，交换结构需要加速，而且接口板与交换板乙间、控制板与接口板Z间、控制板与交换板之间的连线很多，目前的高速路由器以及交换机都采川高速背板总线以提高系统的吞吐率。为了提高效率，数据线采用串行差分线路，速率可达毎秒钟1〜2吉比特。要保证如此高的传输速率和那么多的连线,对背板总线的设计要求非常高。如何降低数据的传输误

8、码率以及保证时钟同步是总线设计屮的关键技术。斯坦福人学的TinyTera路由器项目屮，人量采用串行总线的实现方法值得研究和借鉴。1.与服务质量有关的技术*数据包分类技术路由器耍对到达的分组包进行识别、分类以决定其所应接受的服务类型。当初TETF所考虑的方案是在网络的核心，根据IP报头的TOS(TypoofService)域来识别分组，但是在互联网的发展过程中，由于一直采用“尽力”传输，同时由于终端在发送1P包时不