一、高速路由器系统结构的演变
( p! ]! u E `; O- e+ a5 L2 ` 路由器素质上是一种非凡的计较机，无论是高速焦点路由器，仍是边缘汇聚路由器或接入路由器年夜体由以下几个部门组成：系统硬件、搜罗嵌入式操作系统及各类和谈在内的软件、收集打点系统。网管系统也属于软件，与操作系统和和谈软件的区别是网管系统是路由器中的人机交互渠道，用户经由过程网管系统节制整个路由器以及实现用户所需的功能。因为路由器是由硬件和软件组成的，是以，在设计路由器时，速度与可编程性是必需考虑的两个主要身分。1 g1 X* a3 n0 g" Q
到今朝为止，路由器的成长过程年夜体经由了6种系统结构。早期路由器由通用CPU和共享总线相毗连的线卡组成。所有年夜线卡进入系统的数据包经由过程共享总线送至措置器，由措置器措置数据，然后作出转发的抉择。随后数据包再次经由过程共享总线送至目的线卡的接口，然后供传输到收集的下一站或目的收集。
% n* b. V( r6 |' p 跟着收集速度的增添，共享总线结构不能令人对劲地按比例增添，成为IP数据收集的瓶颈。为了缓解互连瓶颈，在线卡中增添了措置器，这些措置器就地措置、转发年夜部门IP数据包，不再借助于主CPU，有用地将转发功能分布到每块线卡上。这样，年夜部门数据至多经由过程共享总线一次而不是二次，年夜而削减了总线上的营业量。7 u% H p" P( a6 E6 A$ N" P6 q
跟着收集速度的进一步增添，上述采用增添CPU的共享总线结构不能知足现实的需要，起头涌现出新的系统，即以交流结构替代共享总线。交流结构以超出跨越CPU几个数目级的速度传送IP数据包，而且可用分布式措置器进行措置，因而消弭了互连瓶颈。
9 _6 _$ E& A L5 G- k% T 采用交流式结构，消弭了互连瓶颈，但线卡措痔迕嬷成为新的瓶颈。于是呈现了一种新方案，该方案采用了名为转发引擎的专用CPU卡来措置和转发IP数据包。在这类系统中，线卡仅发送信息包的报头，经由过程交流结构传送到转发引擎，由它作出转发抉择，并将措置结不美观返回线卡。线卡再将IP包转发至响应的输出端口。在这个方案中，CPU仅措置一部门IP数据包，其余的数据包则直接经由过程高速交流结构年夜一个接口授送至另一个接口。任何无须CPU干与干与、直接在接口间进行传送的那部门IP包处于快速通路中，而任何需要CPU措置的IP包处于慢速通路中，慢速通路的数据包搜罗IP报头、节制包和异常包。: g- O% N' ~' z2 ~+ u, j
尽管转发引擎结构极年夜地提高了效率，但不竭增添的速度远远跨越了通用CPU知足该要求的能力，这样就要求尽可能多地将数据传入快速通路。于是，线抗亓通用 CPU让位给了高速、固定功能的ASIC。经由过程采用高速、专用ASIC，年夜年夜削减了CPU的承担，这样，年夜部门IP包完全可使用快速通路经由过程系统，只有节制包和异常包需经慢速通路转发至CPU。但采用固定的ASIC，在提高效率的同时，支出的价钱是降低通用CPU固有的可编程能力。在速度或可编程性两方面难以顺应IP收集高速成长的要求。于是呈现了一种名为收集措置器（NPU）的器件，它既可用于线卡的快速通路中，近似于固定功能ASIC；又具有更高级的编程能力，近似于通用CPU的功能，它在速度和可编程方面都又优良的默示，年夜量采用高机能的收集措置器是当前路由器的成长标的目的。8 x4 M3 Y' X! C; V6 \
二、收集措置器
: W1 O" m0 T, l* Y8 e9 ^, C 分歧的收集措置器具有分歧的速度、可编程性和功能。收集措置器的根基功能是以线速转发数据包。数据转发功能搜罗分类与执行，分类指的是收集措置器搜检数据包并确定若何进行措置和转发的过程，而执行指收集措置器按分类结不美观完成数据包的转发过程。首先收集措置器按照用户编程轨则对输入的数据包进行封装。其次，收集措置器按照用户可编程算法校正输入的数据。第三，对数据包进行措置，按照有关和谈轨则转发数据包。第四，收集措置器供给用户可编程的统计生成，以便跟踪快速通路流量的分类结不美观。
8 Q7 ]7 L; ]# ~8 q' f7 b! P 收集措置器具有下列数据通信功能。首先，它供给用户可编程缓冲器打点，可按照缓冲器打点算法作出转发/丢弃抉择。其次，收集措置器供给营业量整形功能，可按照调剂算法调剂数据包的传输。第三，收集措置器能实现数据流批改。数据流批改搜罗数据流内的数据措置、报头与报尾的增添或删除，按摄影关和谈对数据进行封装、分段。所稀有据流批改单元都是完全可由用户编程的。2 R% n) e$ c( B4 S+ I) a
今朝，收集措置器能够措置的速度搜罗100Mbit/s以太网、GE、155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s和10Gbit/s POS的接口速度，而且可以连结线速转发。今朝，较风行的收集措痔迕嫘：* l: z; a& l0 |1 ~
Agere——Agere公司的NPU，搜罗快速图形措置器（FPP），路由交流措置器（RSP），和Agere系统接口（ASI）。它是一种平台措置器的解决方案，可以措置多项第二层的和谈，措置速度可达OC-48的水平。Agere措置器的结构并不是依据RISC的机关，而是完全为分组措置应用年夜头设计的。
" v6 w2 S1 R$ H5 f, u* |4 g C-Port ( Motorola ) ——C-Port公司的C-5措置器，它有16个RISC芯核，32个串接数据措置器，和5个经由针对分歧功课的需要，优化过了的措置器卸载。C-5可以执行第七层以下的分组分类功课，速度为5Gbit/s。! @! k( i8 V3 `$ B R7 j3 F
IBM已经开发了两种平台NPU。用于高端的NPU，命名为Rainier。Rainier的集成度很高，有16个RISC措置器芯核，和一个嵌入的MAC和/或POS成帧器。低端应用收集措置器为Charm，它是以RISC为基本的措置器，Charm是以企业的LAN和WAN接入作为应用对象。4 G3 y) D6 E% W. u
其它收集措置器搜罗Intel的IXP1200、Maker(Conexant)的MXT-4000系列和MXT-5000系列、Sitera公司的Prism、MMC的nP3400等。此外，市场上有些路由器中所用的收集措置器是有关公私行行开发的。 |
发表于 2012-8-4 12:10:41
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