12/18/2003,人民郵電報(bào)消息　新一代的核心路由器除要具有強(qiáng)大的計(jì)算和處理能力外，還要具有高穩(wěn)定、高可靠、高安全等特點(diǎn)，而IPv6技術(shù)的出現(xiàn)、光通信技術(shù)的迅速普及以及MPLS技術(shù)成為主流，要求新一代高端路由器不僅具有更大容量的交換網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)要具備支持多協(xié)議、支持多種端口、支持多種安全認(rèn)證的能力。
　　在硬件體系結(jié)構(gòu)上，新一代的路由器，在關(guān)鍵的IP業(yè)務(wù)流程處理上采用了可編程的、專為IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)。它通過若干微處理器和一些硬件協(xié)處理器并行處理，通過軟件來控制處理流程。對于一些復(fù)雜的操作（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。
　　分布式大容量矩陣式交換結(jié)構(gòu)。交換結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式可以分為三種：共享內(nèi)存、共享總線和矩陣式交換。其中共享內(nèi)存方式實(shí)現(xiàn)簡單，但速率相對較低，而矩陣式交換則可以達(dá)到比較高的交換速率。目前最常用的結(jié)構(gòu)形式是輸入口與輸出口的8×8或16×16矩陣，帶寬范圍涵蓋了OC－3至OC－192。矩陣式交換結(jié)構(gòu)一般包括兩個(gè)部分：流量管理單元和交換矩陣（Crossbar）。其中流量管理單元位于各個(gè)線卡上，與不同的網(wǎng)絡(luò)處理器相連。Crossbar是交換結(jié)構(gòu)的核心部分。Crossbar的容量是非常靈活的，理論上可以隨著端口數(shù)的增加無限增長。目前已經(jīng)有許多IC公司宣布可以提供從最常用的40G交換矩陣到T級規(guī)模的交換矩陣產(chǎn)品。為滿足業(yè)務(wù)的高速增長，增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，建立性能更加優(yōu)良的IP通信網(wǎng)，人們提出了開發(fā)比吉比特路由器交換容量更大、支持業(yè)務(wù)更多、性能更完備的太比特路由器。太比特路由器產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)在于分布式的網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)構(gòu)，具有可升級的體系和簡單的運(yùn)行管理。用戶可以先使用部分配置的底盤，提供與吉比特路由器相當(dāng)?shù)娜萘�，然后通過增加線卡和另外的底盤，增加路由器容量到多太比特級。
　　采用網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)實(shí)現(xiàn)IP報(bào)文處理和轉(zhuǎn)發(fā)。為了緩解互連瓶頸，在最近幾年涌現(xiàn)出許多新的系統(tǒng)和解決方案，其中采用專用ASIC來完成規(guī)定的數(shù)據(jù)包處理工作是十分理想的，但它的開發(fā)周期太長，復(fù)雜的ASIC要18個(gè)月到2年時(shí)間，每一個(gè)ASIC的開發(fā)都必須經(jīng)歷一個(gè)設(shè)計(jì)和制造的周期，適應(yīng)不了當(dāng)今越來越短的產(chǎn)品開發(fā)周期。而網(wǎng)絡(luò)處理器位于每個(gè)線卡上，采用軟件完成IP報(bào)文處理和轉(zhuǎn)發(fā)，處理器的軟件可以更新，不僅滿足了業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，而且可提供線速轉(zhuǎn)發(fā)的性能。網(wǎng)絡(luò)處理器從2000年初出現(xiàn)到現(xiàn)在被許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商選作新一代高端路由器設(shè)備的核心處理器。而在這段時(shí)間里，能夠開發(fā)出成熟的NPU芯片的公司也從開始的兩三個(gè)迅速增加到了十幾個(gè)，而且NPU的處理能力也從2.5Gbit/s擴(kuò)展到10Gbit/s。這些都說明網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品市場中越來越占據(jù)重要的位置。尤其在高端路由器市場，網(wǎng)絡(luò)處理器以其杰出的包處理性能及可編程性已經(jīng)成為構(gòu)成路由轉(zhuǎn)發(fā)引擎不可替代的部分。
　　硬件查找路由表。傳統(tǒng)的基于軟件的路由查找策略，如樹或哈希算法，其執(zhí)行過程都是相當(dāng)慢的，而且與路由表的大小相關(guān)聯(lián)。在路由表更新時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)包必須被緩存或丟棄，降低了路由器的性能。另外，基于軟件查找和更新路由表的不確定性增加了包傳輸時(shí)的抖動(dòng)，因此必須進(jìn)行包的緩存，在高速率時(shí)還會造成丟包。所以，這些方法只能用于比較小的、性能較低的包轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，理想的包轉(zhuǎn)發(fā)方案必須能夠不但保證線速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速率，并且要提供足夠大的路由表來滿足下一代的路由設(shè)備的需要（在邊界位置應(yīng)達(dá)到512k）。同時(shí)它還要能夠以很小的更新時(shí)延來處理長時(shí)間的突發(fā)路由表更新。盡管通常路由表的更新為每秒幾百次，但瞬間突發(fā)更新則可能會高出很多。要解決這個(gè)問題，目前來看最為有效的辦法是采用專門的協(xié)處理器結(jié)合內(nèi)容尋址寄存器CAM來完成快速路由查找或更新，即硬件實(shí)現(xiàn)路由表的查找。
　　支持MPLS。MPLS起源于IP路由和標(biāo)記交換技術(shù)。MPLS在網(wǎng)絡(luò)入口的邊緣路由器（LER）為每個(gè)包加上一個(gè)固定長度的標(biāo)簽，核心路由器根據(jù)進(jìn)入包頭的標(biāo)記值進(jìn)行標(biāo)記交換，作出本地轉(zhuǎn)發(fā)決定，在出口的邊緣路由器再恢復(fù)原來的IP包。從入口到出口的一連串這樣的標(biāo)記交換和轉(zhuǎn)發(fā)決定操作，形成了一條標(biāo)記交換路徑。MPLS是處于第二層和第三層之間的一種技術(shù)，它緊密地將第二層和第三層結(jié)合在一起，充分發(fā)揮了第二層的交換、流量管理上的優(yōu)勢，同時(shí)，它還兼顧了第三層路由、尋徑靈活的優(yōu)勢。MPLS之所以吸引了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)品制造商和運(yùn)營商的注意力，除去MPLS的快速轉(zhuǎn)發(fā)將為運(yùn)營商和大型企業(yè)帶來眾多的利益外，最重要的原因恐怕是因?yàn)樗�承諾為IP網(wǎng)絡(luò)提供類似于ATM網(wǎng)絡(luò)的控制和安全性，能夠開展虛擬專用網(wǎng)（VPN）業(yè)務(wù)，做IP網(wǎng)上的流量工程（TE）以及提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證等。也就是說，MPLS既可以克服IP的一些致命缺點(diǎn)，又可以利用IP的很多優(yōu)點(diǎn)全冗余設(shè)計(jì)，提高可靠性。電信級的可靠性是運(yùn)營商永恒的要求。新型的核心路由器引入了先進(jìn)的冗余備份方案，例如交換矩陣“1＋1”備份、接口板“1∶N”備份，從而確保了網(wǎng)絡(luò)無中斷運(yùn)行。在電信級IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行中，設(shè)備的調(diào)整是不可避免的。核心路由器的所有接口板都具有熱插拔功能，由于有冗余備份方案，又采用交換式背板，因此熱插拔不會造成數(shù)據(jù)包丟失。但是如果采用高速緩存的方式，就無法保證數(shù)據(jù)安全轉(zhuǎn)發(fā)，給維護(hù)工作帶來麻煩。例如，A接口板的包可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)擁塞放在B接口板上備份，一旦對B板進(jìn)行熱插拔，數(shù)據(jù)包就會出現(xiàn)丟失。操作系統(tǒng)是高端路由器的軟件核心，主要實(shí)現(xiàn)路由引擎功能，所以操作系統(tǒng)的穩(wěn)健性直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能。這要求軟件不僅支持的路由協(xié)議最為全面，更為重要的是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，軟件系統(tǒng)應(yīng)有很強(qiáng)的路由“學(xué)習(xí)”能力，可以在很短的時(shí)間內(nèi)建立最優(yōu)的路由表，便于最大限度地縮短故障時(shí)間，恢復(fù)運(yùn)營服務(wù)。
　　高密度、多端口和可擴(kuò)展性。路由器的高速接口是建設(shè)大容量IP光網(wǎng)的基礎(chǔ)，具有高速OC－192光接口的高速路由器是網(wǎng)絡(luò)向IPoverD?WDM結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵。在新的階段，作為互聯(lián)網(wǎng)的核心動(dòng)力引擎，電信運(yùn)營商不僅對高端路由器的處理速度不斷提出新的要求，尤為重要的是，他們開始越來越關(guān)注其業(yè)務(wù)功能。運(yùn)營商不僅需要構(gòu)建速度快的網(wǎng)絡(luò)，更需要可盈利、利于開展業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)。業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)是高端路由器能否符合電信企業(yè)實(shí)際運(yùn)營要求的關(guān)鍵，這既包括豐富的連接端口技術(shù)，又包括對增值服務(wù)的支持功能。由于運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)不同，應(yīng)用場合也千差萬別，因此要求高端路由器有強(qiáng)大的適應(yīng)性和靈活性，有對各種速率線路卡的支持能力，從DS3直到10Gbit/s，并且支持快速以太網(wǎng)/吉比以太網(wǎng)、動(dòng)態(tài)分組傳輸、ATM等技術(shù)。它采用的高密度方案能夠集合大量業(yè)務(wù)，包括基于ATM的話音業(yè)務(wù)、DSL高速接入、專線集合和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商集合，可以應(yīng)用在廣域網(wǎng)骨干、城域網(wǎng)骨干、城域網(wǎng)邊緣、園區(qū)網(wǎng)骨干等多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。對用戶來說，高的端口密度具有重要的意義，中心局和入網(wǎng)點(diǎn)的空間資源不但有限而且成本很高。在巨大的壓力下，業(yè)務(wù)提供者已經(jīng)開始考慮如何節(jié)約空間，而具有高密度端口的高速路由器是解決空間壓力的一個(gè)重要方面。較低的高速端口密度對于今后的競爭是一個(gè)不利的因素，目前各路由器廠商希望通過引入新的輸入輸出模塊，解決端口密度問題。
　　光路由器為IPoverOptical賦予了新的概念。新一代Internet技術(shù)只需部署IP設(shè)備和必要的光設(shè)備、高速路由器就可直接進(jìn)入國家骨干網(wǎng)，成為國家核心網(wǎng)。這意味著，IP網(wǎng)的協(xié)議能夠與光網(wǎng)絡(luò)很好地結(jié)合，由原來的SDH/SONET到主要支持IP。為了達(dá)到這一點(diǎn)，核心路由器應(yīng)具備新的光接口、新的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議等。IPoverOptical是簡化IP骨干網(wǎng)的良好解決方案，可以去除昂貴的SONET和ATM設(shè)備，而且極大地降低了網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜性。但是高速路由器直接連接到DWDM系統(tǒng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)只有靜態(tài)的點(diǎn)到點(diǎn)通路，不允許業(yè)務(wù)在不同光通路間進(jìn)行交換，這導(dǎo)致了較差的靈活性。為解決此問題，國外很多大的運(yùn)營商和設(shè)備商提出了將光交換機(jī)作為高速路由器和DWDM系統(tǒng)的中間層的概念，進(jìn)一步將選路和光交換平臺綜合成光路由器。使用IP協(xié)議、通過在不同波長間交換業(yè)務(wù)、允許動(dòng)態(tài)控制帶寬等，為開展新業(yè)務(wù)提供了更多的靈活性。
　　拍（10的15次方）比特路由器。雖然大多數(shù)的業(yè)內(nèi)專家和分析家認(rèn)為，目前的網(wǎng)絡(luò)資源沒有緊張到大規(guī)模使用太比特路由器的階段，但是不可否認(rèn)，新一輪的競爭開始了，一些廠商已經(jīng)在致力于開發(fā)更高容量、更高性能的拍比特路由器。但是從兩個(gè)方面可以看出拍比特路由器的實(shí)現(xiàn)還為時(shí)尚遠(yuǎn)：首先市場還不具有拍比特級速率的需求；其次，半導(dǎo)體技術(shù)的限制使現(xiàn)在制造拍比特路由器只能停留在概念階段。