路由器技術(shù)綜述

路由器軟件一般實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議功能、查表轉(zhuǎn)發(fā)功能和管理維護(hù)等其他功能。由于互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模龐大，運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上路由器中的路由表非常巨大，可能包含幾十萬條路由。查表轉(zhuǎn)發(fā)工作可想而知非常繁重。在高端路由器中上述功能通常由ASIC芯片硬件實(shí)現(xiàn)。

路由軟件的高復(fù)雜性另一方面體現(xiàn)在高可靠性、高可用性以及魯棒性。實(shí)現(xiàn)路由軟件的功能并不復(fù)雜，在免費(fèi)共享軟件中我們甚至可以得到路由協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)現(xiàn)源碼。但是難點(diǎn)在于需要該軟件每年365天，每天24小時(shí)高效可靠地運(yùn)行。

在路由器研制過程中，可以通過購買商用源碼等形式迅速實(shí)現(xiàn)路由器。但是通常認(rèn)為路由器軟件需要一年甚至兩年的時(shí)間來穩(wěn)定。

可編程ASIC

ASIC芯片是專用集成電路，是當(dāng)前路由器實(shí)現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的的核心技術(shù)?？删幊藺SIC將多項(xiàng)功能集中到一個(gè)芯片上，具有設(shè)計(jì)簡單、可靠性高、電源消耗少等優(yōu)點(diǎn)，能使設(shè)備得到更高的性能和更低的成本。

通過ASIC芯片的使用，還可以增加設(shè)備端口密度。使用ASIC芯片的端口密度是使用通用芯片時(shí)端口密度的數(shù)倍。

可編程ASIC芯片的設(shè)計(jì)是當(dāng)前高性能路由器實(shí)現(xiàn)的硬件保證。

路由器接口

路由器接口用作將路由器連接到網(wǎng)絡(luò)，可以分為局域網(wǎng)接口及廣域網(wǎng)接口兩種。局域網(wǎng)接口主要包括以太網(wǎng)(10M、100M和1000M以太網(wǎng))、令牌環(huán)、令牌總線、FDDI等網(wǎng)絡(luò)接口。廣域網(wǎng)主要包括E1/T1、E3/T3、DS3、通用串行口（可轉(zhuǎn)換成X.21 DTE/DCE、V.35 DTE/DCE、RS?232 DTE/DCE、RS?449 DTE/DCE、EIA530 DTE）ATM接口、POS接口等網(wǎng)絡(luò)接口。

當(dāng)前路由器接口技術(shù)較成熟，難點(diǎn)在于高密度接口板的設(shè)計(jì)與制作和高速接口（大于/等于2.5Gbps）的實(shí)現(xiàn)。

路由協(xié)議

路由器路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是路由器軟件中重要組成部分。路由協(xié)議用作建立以及維護(hù)路由表。路由表用于為每個(gè)IP包選擇輸出端口或下一跳地址。開放的路由協(xié)議主要包含RIP/RIPv2、OSPF、IS－IS和BGP4。

RIP/RIPv2、OSPF和IS－IS作為域內(nèi)路由協(xié)議，一般用在AS(自治系統(tǒng))內(nèi)部，用于在AS內(nèi)部計(jì)算以及交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性消息。RIP/RIPv2是距離向量路由協(xié)議，一般用于企業(yè)內(nèi)部小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。OSPF和IS－IS協(xié)議原理和實(shí)現(xiàn)都類似，是鏈路狀態(tài)協(xié)議，一般用于大規(guī)模企業(yè)網(wǎng)或運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。

BGP4協(xié)議基于距離向量，是當(dāng)前AS間路由協(xié)議的唯一選擇。通常BGP交換大量網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性消息，是IP網(wǎng)上重要協(xié)議。

路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與路由器軟件要求相似，需要實(shí)現(xiàn)高可靠、高穩(wěn)定、魯棒性以及安全性。路由器性能

路由器性能通常主要包含如下內(nèi)容：

背板能力：通常指路由器背板容量或者總線能力。

吞吐量：指路由器包轉(zhuǎn)發(fā)能力。

丟包率：指路由器在穩(wěn)定的持續(xù)負(fù)荷下由于資源缺少在應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包中不能轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包所占比例。

轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延：指需轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包最后一比特進(jìn)入路由器端口到該數(shù)據(jù)包第一比特出現(xiàn)在端口鏈路上的時(shí)間間隔。

路由表容量：指路由器運(yùn)行中可以容納的路由數(shù)量。

可靠性：指路由器可用性、無故障工作時(shí)間和故障恢復(fù)時(shí)間等指標(biāo)。

路由器隊(duì)列管理機(jī)制

由于路由器是基于分組交換的設(shè)備，在每個(gè)端口上帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用，所以路由器必須在端口上維護(hù)一個(gè)或多個(gè)隊(duì)列，否則路由器無法處理多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)向同一端口轉(zhuǎn)發(fā)以及端口上QoS能力等問題。隊(duì)列管理算法的好壞直接影響路由器性能、QoS能力以及擁塞管理能力。通常隊(duì)列管理算法分為基于時(shí)標(biāo)算法、基于輪轉(zhuǎn)算法以及基于優(yōu)先級(jí)隊(duì)列等。

基于時(shí)標(biāo)的分組調(diào)度算法都有相同的形式，它們?yōu)槊總€(gè)分組維持兩個(gè)時(shí)標(biāo)，一個(gè)命名為起始時(shí)標(biāo)（start time－stamp），一個(gè)命名為完成時(shí)標(biāo)（finish time－stamp）。路由器根據(jù)上述時(shí)標(biāo)來決定下一轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包?；跁r(shí)標(biāo)的算法最常見的有WFQ、WF2Q等。

另一類調(diào)度算法是基于輪轉(zhuǎn)調(diào)度機(jī)制的，它們的工作原理與操作系統(tǒng)里的多任務(wù)輪轉(zhuǎn)調(diào)度有類似之處。基于輪轉(zhuǎn)的調(diào)度算法通常有WRR、DRR等。

基于優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列管理能根據(jù)預(yù)先規(guī)定或用戶指定的優(yōu)先級(jí)，調(diào)度不同隊(duì)列的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。

路由器通常還在隊(duì)列中使用RED（隨即早期偵測）、WRED（加權(quán)隨即早期偵測）等機(jī)制來避免擁塞。

MPLS技術(shù)