专用高性能分组转发引擎与其关键技术分析

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1、2专用高性能分组转发引擎及其关键技术研究终处于核心地位，其发展历程成为整个Intemet研究的一个缩影。随着IPv6协议的推广应用和IPv6网络的逐步演进，自主研发“基于IPv6的路由交换设备”，建立支持IPv6的网络环境，能更好地帮助我们获得IPv6网络运行和网络信息服务方面的宝贵经验。这不仅有利于我国在IPv6路由交换设备市场上占据有利的竞争地位，更为重要的是，它将使我国在新一代Interact网络竞争中处于更加有利位置，对我国的政治、经济、军事各个方面将会产生深远的影响。为了适应某些专用领域的网络应用要求，满足未来国际形势的发展需

2、要，我们承接了国家“十一五”某重大研究课题，旨在研究基于IPv6协议的新一代专用网络关键技术及核心设备，研制具有自主知识产权的专用高性能路由交换设备。本文研究的“专用高性能分组转发引擎”就是课题的关键技术之一。1．2本课题研究目的及意义本文来源于国家“十一五”某重大研究课题，课题直接面向未来的专用网络系统应用，研究跨越多层次的通信网络体系结构以及宽带信息交换方面的新体制、新技术，突破包括宽带信息交换、基于IPv6的网络和交换协议、自适应动态组网、呼叫会话控制、网络扩展以及业务提供等在内的系列关键技术，从而全面提升通信系统的综合性能。宽带

3、信息交换技术的突破需要展开基于分组的宽带信息交换技术体制的研究，在此基础上完成高性能路由交换设备的研制。高性能分组转发引擎是高性能路由交换设备的核心组成部分之一，可以最大限度地满足系统应用的高性能要求，包括业务线速接入、业务线速路由转发、多层次的业务服务质量保证等。同时，还可根据需要支持设备的结构和功能定制以及环境适应能力。专用高性能分组转发引擎的实现急需突破专用高性能分组转发引擎系统方案，基于硬件的单播和组播路由查找算法以及业务服务质量保证(QoS)实现等一系列关键技术。尤其是基于硬件的单播和组播路由查找算法技术和业务服务质量保证(Q

4、oS)实现技术，其技术方案的实施会直接影响到设备在网络中的应用方式和应用范围，甚至会影响到未来专用通信网络系统的综合性能。专用高性能分组转发引擎的研制成功将有助于解决高性能路由交换设备的性能瓶颈，全面提升新一代专用网络的综合性能。1．3国内外研究现状根据目前业界的普遍观点，所谓高性能路由交换设备至少应具备：千兆以太网、2．5Gbps以上POS等高速接口、40G以上基本交换容量，25Mpps以上包转发第一章绪论能力，320G以上扩展交换容量。高性能路由交换设备作为Internet网络的组成核心，其网络功能和业务性能指标将直接决定着一个国家

5、网络基础设施的发展水平，并对国家的政治、经济和社会等领域的相关发展产生深远影响。随着Intemet网络的迅速发展和下一代网络技术(NGN和NGI)的提出，各国迅速展开对IPv6相关技术(特别是高性能路由交换设备)的研究，期望在下一代Intemet网络的发展中占领战略制高点，其中日本在IPv6的研发与应用方面走在世界的前列。日本Hitachi公司在2000年1月就推出了同时支持IPv4／IPv6的双协议栈GR2000系列高端商用路由交换设备。随后，Nokia、NEC、Cisco和Juniper等国外一些大的网络产品提供商也出于网络发展战略

6、目的，相继推出了支持IPv6的高端商用路由交换设备。到2007年，国外高端商用路由交换设备已经支持10Gbps以太网和POS接121，250Mpps以上整机报文转发率，以及T比特级扩展交换容量。我国在IPv6技术和高端路由交换设备领域的研究工作起步较晚，但进步较快。民用领域，在国家863．300“高速信息示范网”项目的引导下，国内的北方交大、国防科大等科研院所以及华为、中兴通讯、港湾、上海博达等高科技公司在高性能路由交换设备的研制方面取得了骄人的成绩，主要攻克了大容量交换结构、高性能交换背板以及高速接口等核心技术。研制成功的高端路由交换

7、设备的交换容量、背板交换速率以及接口吞吐率等关键性能指标已达到世界先进水平。目前，国内高端路由交换设备可支持10Gbps以太网和POS接12，125Mpps整机报文转发率，640G以上扩展交换容量。专用领域，在国家“十五”、“十一五”多个预研项目的支撑下，国内多个科研院所在专用高性能路由交换设备的研究方面取得了多项关键技术突破，成功实现具有较高性能的演示设备研制。但由于技术、需求和应用等诸多主观和客观因素存在，致使我国专用领域的相关研究工作较之民用仍有一定差距，尤其在设备性能和技术自主能力方面。转发引擎是路由交换设备的核心组成之一，主要

8、完成报文缓存和报头综合处理，报文转发查表，报文分类和过滤等报文功能。高性能分组转发引擎不仅要完成基本的报文转发功能，而且还要实现报文的线速转发。适用于IPv6协议的高性能转发引擎较之传统基于IPv4协议的高