前言

隨著IP技術的發(fā)展，IP用戶的迅猛增加，IP業(yè)務的推出，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡發(fā)展的需要，尤其是主干網(wǎng)絡的需要。華為Quidway NetEngine 80 核心路由器和Quidway NetEngine 40 通用交換路由器正是在這種網(wǎng)絡背景下提出的，并著眼于解決核心IP網(wǎng)絡存在的問題。 

1、路由器體系結(jié)構的發(fā)展 

TCP/IP是從70年代中期美國國防部ARPANET技術發(fā)展起來的。由于其體系結(jié)構及技術的開放性，使其逐步被世界上眾多的高校、科研機構所采納，并逐步成為一個事實上的標準。 

1.1、第一代路由器：集中轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換 

典型產(chǎn)品：華為Quidway R2500系列路由器。 

最初的IP網(wǎng)絡并不大，其網(wǎng)關所需要連接的設備及其需要處理的負載也很小。這個時候網(wǎng)關（路由器）基本上可以用一臺計算機插多塊網(wǎng)絡接口卡的方式來實現(xiàn)。接口卡與中央處理器（CPU）之間通過內(nèi)部總線相連，CPU負責所有事務處理，包括路由收集、轉(zhuǎn)發(fā)處理、設備管理等。網(wǎng)絡接口收到報文后通過內(nèi)部總線傳遞給CPU，由CPU完成所有處理后從另一個網(wǎng)絡接口傳遞出去。 

1.2、第二代路由器：集中+分布轉(zhuǎn)發(fā)，接口模塊化，總線交換 

典型產(chǎn)品：華為Quidway R3600系列路由器。 

由于每一個報文都要經(jīng)過總線送交CPU處理，隨著網(wǎng)絡用戶的增多，網(wǎng)絡流量的增大，接口數(shù)量、總線帶寬和CPU的瓶頸就越來越突出。于是很自然的想到如何提高網(wǎng)絡接口數(shù)量，如何把CPU和總線的負擔降下來？為了解決這個問題，第二代的路由器就在網(wǎng)絡接口卡上進行一些智能化處理，由于網(wǎng)絡用戶通常只會訪問少數(shù)的幾個地方，因此可以考慮把少數(shù)常用的路由信息采用Cache技術保留在業(yè)務接口卡上，這樣大多數(shù)報文就可以直接通過業(yè)務板Cache的路由表進行轉(zhuǎn)發(fā)，以減少對總線和CPU的需求。對于Cache中不能找到的報文送交CPU處理。 

1.3、第三代路由器：分布轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換 

典型產(chǎn)品：華為QuidwayNE NetEngine 16/08系統(tǒng)列路由器。 

90年代以后WEB技術的出現(xiàn)，使IP網(wǎng)絡得到迅猛的發(fā)展。網(wǎng)絡用戶的訪問面得到的很大的提拓寬，用戶訪問的地方已不象以前那樣固定，這樣往往出現(xiàn)無法從Cache中找到路由的現(xiàn)象，于是總線和CPU瓶頸的問題再次出現(xiàn)。另外由于用戶的增加，路由器的接口數(shù)量不足也暴露出來了。為了解決這個問題，第三代路由器應運而生。第三代路由器采用全分布式結(jié)構——路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術，主控板負責整個設備的管理和路由的收集、計算功能，并把計算形成的轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到各業(yè)務板；各業(yè)務板根據(jù)保存的路由轉(zhuǎn)發(fā)表能夠獨立進行路由轉(zhuǎn)發(fā)。另外總線技術也得到了較大的發(fā)展，通過總線，業(yè)務板之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完全獨立于主控板，實現(xiàn)了并行高速處理，使得路由器的處理性能成倍提高。 

1.4、第四代路由器：ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡交換 

九十年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡的商業(yè)化，特別是WEB技術出現(xiàn)以后，Internet技術得到的空前的發(fā)展，Internet用戶迅猛增加。網(wǎng)絡流量特別是核心網(wǎng)絡的流量以指數(shù)級數(shù)增長，傳統(tǒng)的基于軟件的IP路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡發(fā)展的需要。以常見的主干節(jié)點2.5GPOS端口為例，按照IP最小報文40字節(jié)計算，2.5GPOS端口線速的流量約為6.5MppsPPS。而且報文處理中需要包含諸如QoS保證、路由查找、二層幀頭的剝離/添加等復雜操作，以傳統(tǒng)的做法是不可能實現(xiàn)的。于是一些廠商提出了ASIC實現(xiàn)方式，它把轉(zhuǎn)發(fā)過程的所有細節(jié)全部采用硬件方式來實現(xiàn)。另外在交換網(wǎng)上采用了CrossBar或共享內(nèi)存的方式解決了內(nèi)部交換的問題。這樣，路由器的性能達到千兆比特，即早期的千兆交換式路由器（Gigabit Switch Router，GSR）。 

1.5、第五代路由器技術：網(wǎng)絡處理器分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡交換 

典型產(chǎn)品：華為Quidway NetEngine 80/40系列產(chǎn)品。 

從上面的發(fā)展過程我們可以看到，每一次的技術進步都是因為隨著業(yè)務發(fā)展而出現(xiàn)了新的需求。不過在前互聯(lián)網(wǎng)絡泡沫時代，主要的矛盾集中在路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能上，所以前四代的路由器的最大進步在于速度。但是在寬帶互聯(lián)網(wǎng)一路高歌迅速發(fā)展的同時，作為其基礎的IP網(wǎng)絡技術的缺陷也就越來越充分地暴露出來。網(wǎng)絡無管理無法運營的問題、IP地址缺乏問題，IP業(yè)務服務質(zhì)量問題，IP安全等問題都在嚴重阻礙網(wǎng)絡進一步發(fā)展。隨著寬帶互聯(lián)網(wǎng)泡沫的破滅，人們進行了深刻的反醒——業(yè)務才是網(wǎng)絡的真正價值所在，一切的技術要求都應圍繞著業(yè)務來進行。各種新技術也紛紛出現(xiàn)，比如網(wǎng)絡管理技術、用戶管理技術、業(yè)務管理技術、MPLS技術，VPN技術，可控組播技術、IP-QoS技術，流量工程技術等。 

IP標準也在逐步修改成熟。隨著新技術的出現(xiàn)和標準化的進展，對高速路由器的業(yè)務功能要求也越來越高�；�于這些問題，第四代路由器采用ASIC技術的固有的不靈活、業(yè)務提供周期長等缺陷也是不可避免的出現(xiàn)了。第五代路由器在硬件體系結(jié)構上繼承了第四代路由器的成果，在關鍵的IP業(yè)務流程處理上采用了可編程的、專為IP網(wǎng)絡設計的網(wǎng)絡處理器技術。網(wǎng)絡處理器（NP）通常由若干微處理器和一些硬件協(xié)處理器組成，多個微處理器并行處理，通過軟件來控制處理流程。對于一些復雜的標準的操作(如內(nèi)存操作、路由表查找算法、QoS的擁塞控制算法、流量調(diào)度算法等)采用硬件協(xié)處理器來提高處理性能。這樣實現(xiàn)業(yè)務靈活性和高性能的有機結(jié)合。 

1.6、路由器體系結(jié)構對照表 

路由器體系結(jié)構 技術特點 適合業(yè)務環(huán)境 典型產(chǎn)品 
第一代 集中轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換 SOHO
數(shù)據(jù)類業(yè)務
 華為Quidway R2500系列路由器 
第二代 集中+分布轉(zhuǎn)發(fā)，接口模塊化，總線交換 中小企業(yè)網(wǎng)
數(shù)據(jù)、少量語音類業(yè)務
 華為Quidway R3600系列路由器 
第三代 分布轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換 大中企業(yè)網(wǎng)，城域網(wǎng)
數(shù)據(jù)、少量語音類業(yè)務
 華為Quidway NetEngine 16/08/05系統(tǒng)列路由器 
第四代 ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡交換 行業(yè)骨干網(wǎng)/大型城域網(wǎng)
數(shù)據(jù)類業(yè)務
第五代 網(wǎng)絡處理器分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡交換 行業(yè)骨干網(wǎng)/大型城域網(wǎng)
MPLS，VPN，語音、視頻等高質(zhì)量QoS業(yè)務
 華為Quidway NetEngine 80/40 

2、第五代路由器滿足IP業(yè)務發(fā)展要求 

第五代路由器與第四代路由器相比較，主要有下面幾個方面的特點： 


采用網(wǎng)絡處理器技術實現(xiàn)IP報文處理和轉(zhuǎn)發(fā)，所以可以在保證高速轉(zhuǎn)發(fā)的同時進行復雜的協(xié)議處理，從而支持豐富的業(yè)務； 

由于具有網(wǎng)絡處理器，可通過升級軟件增加新的處理功能，從而快速響應用戶的業(yè)務需求，適應網(wǎng)絡發(fā)展； 

具有強大的VPN，流分類、IP-QoS，MPLS等特性的支持能力，提供完善的QoS機制，滿足不同用戶不同應用的需求； 

采用大容量的交換網(wǎng)結(jié)構； 

充分考慮電信用戶的需求，滿足用戶對安全性、穩(wěn)定性、可靠性的要求。 

第五代路由器的出現(xiàn)，極大的滿足了當前數(shù)據(jù)、語音、圖像綜合承載的需求，并大大增強了網(wǎng)絡對MPLS VPN的支持能力。由于第五代路由器在業(yè)務特性上所具有的強大優(yōu)勢，所以已成當前建設寬帶骨干網(wǎng)絡、匯聚網(wǎng)絡的首選。隨著成本的進一步降低與網(wǎng)絡業(yè)務的進一步豐富，采用網(wǎng)絡處理器技術的第五代路由器正在向網(wǎng)絡的更低端發(fā)展。 

Quidway NetEngine系列高端路由器產(chǎn)品，主要應用于公用IP網(wǎng)絡、大型企業(yè)/園區(qū)數(shù)據(jù)核心網(wǎng)絡、各種專用IP網(wǎng)的核心網(wǎng)等。華為作為第五代路由器的倡導者，在業(yè)界首先倡導和采用網(wǎng)絡處理器技術開發(fā)高端路由器，滿足IP技術變化比較快的需要，業(yè)務可以直接通過軟件升級完成，傳統(tǒng)采用ASIC技術的高端路由器存在業(yè)務擴展困難的巨大弱點，必須更換業(yè)務板件才能升級業(yè)務，華為Quidway Netengine系列產(chǎn)品在體系結(jié)構設計、設備性能、業(yè)務靈活性、兼容性及投資保護方面處于業(yè)界領先水平。 

3、應用情況 

截止到2002年10月，華為Quidway NetEngine高端路由器廣泛應用于運營商、金融、政府、教育、電力等數(shù)十個行業(yè)，Quidway NetEngine系列產(chǎn)品網(wǎng)上運行1600余臺，綜合市場占有率25％。