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一、路由器硬件結(jié)構(gòu)

1.路由器硬件結(jié)構(gòu)的基本組成

       路由器的基本硬件結(jié)構(gòu)包括輸入/輸出部分、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)引擎和交換結(jié)構(gòu)（SwitchingFabric）部分以及路由計(jì)算部分四個(gè)功能模塊，如圖8所示。

       輸入/輸出部分就是路由器上的網(wǎng)絡(luò)接口卡，即網(wǎng)卡，主要完成數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送工作。隨著路由器數(shù)據(jù)吞吐量的增加.路由器網(wǎng)絡(luò)接口卡的速度越來(lái)越高，從10Mbit/s到幾HGbit/s甚至更高；也由只有單個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)卡發(fā)展到集成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的線卡。

       數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)引擎的功能是按照一定的路由查詢算法或流分類算法，根據(jù)輸入分組的目的地址等參數(shù)來(lái)決定轉(zhuǎn)發(fā)的目的端口。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)引擎是影響路由器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速率的決定性因素。

       交換結(jié)構(gòu)用于連接輸入/輸出部分和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)引擎，為它們之間的數(shù)據(jù)傳遞提供高速的數(shù)據(jù)通道。常見(jiàn)的交換結(jié)構(gòu)有總線,Cross-bar（交叉開(kāi)關(guān)）等。總線結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，但當(dāng)有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口同時(shí)有數(shù)據(jù)輸入或輸出時(shí)，會(huì)岀現(xiàn)總線爭(zhēng)用的問(wèn)題，影響數(shù)據(jù)交換的速率;Cross-bar結(jié)構(gòu)相當(dāng)于多條并行工作的總線，可以有效避免總線爭(zhēng)用的問(wèn)題，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)比較復(fù)雜。對(duì)于路由器來(lái)說(shuō)，交換結(jié)構(gòu)是影響其吞吐量的關(guān)鍵因素。

       路由計(jì)算部分通常是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).選擇相應(yīng)的路由協(xié)議，計(jì)算出路由表，從而控制數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，也即完成7.2.2中的選路策略功能。

 
圖8    路由器硬件體系結(jié)構(gòu)

2.路由器硬件結(jié)構(gòu)舉例

        隨著互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的迅速增加、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸性增長(zhǎng)以及用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求的不斷提高，作為網(wǎng)絡(luò)核心的路由器的硬件結(jié)構(gòu)也在不斷地變化和發(fā)展。

        最初的路由器采用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于加了網(wǎng)絡(luò)物理接口（網(wǎng)卡）的計(jì)算機(jī),如圖7.9所示，包括共享中央總線、CPU、內(nèi)存及掛在共享總線上的多個(gè)網(wǎng)卡，通?？煞Q為單總線單CPU結(jié)構(gòu)。

圖9   第一代路由器硬件結(jié)構(gòu)

        圖9中，中央CPU完成除物理接口之外的其他所有功能，數(shù)據(jù)包從一個(gè)物理接口進(jìn)來(lái)，經(jīng)總線送到中央CPU中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，然后又經(jīng)總線送到另一個(gè)物理接口發(fā)送出去。這種單總線單CPU的主要局限是處理速度慢，一個(gè)CPU完成所有的任務(wù)，從而限制了系統(tǒng)的吞吐量。另外，系統(tǒng)容錯(cuò)性也不好,CPU若出現(xiàn)故障容易導(dǎo)致系統(tǒng)完全癱瘓。但該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)價(jià)格低。目前大量的接入式路由器基本上都是這種結(jié)構(gòu)。

        為了克服第一代路由器的缺陷•顯然應(yīng)該增加CPU的數(shù)量以及總線的數(shù)量.以便提高轉(zhuǎn)發(fā)速度和處理能力。所以.又出現(xiàn)了單總線主從CPU、單總線對(duì)稱式多CPU、多總線多CPU的結(jié)構(gòu)。目前使用比較多的核心路由器結(jié)構(gòu)是交換式結(jié)構(gòu)。

        基于交叉開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的交換式路由器有很好的可擴(kuò)展性能，并且省去了控制大量存儲(chǔ)模塊的復(fù)雜性和高成本，如圖10所示。

圖10   交換式路由器結(jié)構(gòu)

        在交換式路由器中，釆用交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)替代共享總線，數(shù)據(jù)直接從輸入端經(jīng)過(guò)交叉開(kāi)關(guān)流向輸出端。這樣就允許多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)通過(guò)不同的線路進(jìn)行傳送，各端目之間實(shí)現(xiàn)線速無(wú)阻塞互連。系統(tǒng)的交換帶寬取決于中央交叉陣列和各模塊的能力，而不是取決于總線自身?？梢詷O大地提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)速度和系統(tǒng)的吞吐量。其中高速交叉開(kāi)關(guān)技術(shù)目前已經(jīng)十分成熟，在ATM交換機(jī)和高速并行計(jì)算機(jī)中廣泛應(yīng)用.市場(chǎng)上可直接買到的高速交叉開(kāi)關(guān)速率高達(dá)50Gbit/s。