隨著我國(guó)路由行業(yè)的發(fā)展，也推動(dòng)了路由器關(guān)鍵技術(shù)的不斷完善，于是我研究了一下路由器關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)講解，在這里拿出來(lái)和大家分享一下，希望對(duì)大家有用。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展異常迅猛，應(yīng)用日益商業(yè)化，網(wǎng)上用戶數(shù)的發(fā)展難以預(yù)測(cè)。

此外，越來(lái)越多的用戶需要高速接入。有關(guān)資料表明，在我國(guó)，上網(wǎng)速度慢是眾多網(wǎng)民抱怨的首要問(wèn)題。因此，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、路由器上的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)變得日益重要。在保證質(zhì)量的前提下，***限度地利用帶寬，及早發(fā)現(xiàn)并診斷設(shè)備故障，迅速方便地根據(jù)需要改變配置等網(wǎng)絡(luò)管理功能，成為直接影響網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商利益的重要因素?？偟貋?lái)說(shuō)，路由器的結(jié)構(gòu)正朝著速度更快、服務(wù)質(zhì)量更好和更易于綜合化管理三個(gè)方向發(fā)展。

路由器的兩大功能

數(shù)據(jù)通路功能：對(duì)于每個(gè)到達(dá)路由器的數(shù)據(jù)包，在不丟失的情況下，負(fù)責(zé)尋路。此功能主要包括：轉(zhuǎn)發(fā)決定，經(jīng)由背板輸出鏈路隊(duì)列調(diào)度。轉(zhuǎn)發(fā)功能是通過(guò)專門硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每一個(gè)通過(guò)路由器的分組包都要執(zhí)行這個(gè)操作。數(shù)據(jù)通路功能對(duì)改進(jìn)路由器關(guān)鍵技術(shù)的性能是很重要的?？刂乒δ埽褐饕酚杀淼墓芾砗拖到y(tǒng)的配置與管理，以及與相鄰路由器關(guān)鍵技術(shù)信息，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)等。這些功能不是針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包的，因此使用頻度相對(duì)低一些。

路由器關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

就目前路由器關(guān)鍵技術(shù)，有的問(wèn)題已經(jīng)取得了階段性的成果，有的才剛剛開(kāi)始研究。需要說(shuō)明的是，這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展非常快。為了便于系統(tǒng)地理解這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，我們根據(jù)路由器發(fā)展的三大趨勢(shì)，大致將這些問(wèn)題分為三類。一是與高速有關(guān)的問(wèn)題，如路由表快速查找、總線背板和交換結(jié)構(gòu)等。二是QoS問(wèn)題，如數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)包的分類，流量工程和阻塞控制等。三是與軟件有關(guān)的問(wèn)題，如軟件的穩(wěn)定性、配置和管理等。需要說(shuō)明的是，這種分類法并不嚴(yán)格，有些問(wèn)題可以同時(shí)屬于兩類。

1.與速度有關(guān)的技術(shù)

路由表的快速查找技術(shù)

為了解決地址資源緊缺，減少路由表的規(guī)模，降低管理難度，互聯(lián)網(wǎng)采用了CIDR（Classless Inter-Doma in Routing）。這樣，路由表中存放的不是一個(gè)個(gè)具體的IP地址，而是可變長(zhǎng)度的網(wǎng)絡(luò)前綴。路由技術(shù)在對(duì)IP包尋址時(shí)，采用最長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)前綴匹配（LPM-Longest Prefix Matching）。例如，假設(shè)路由表中有兩個(gè)表項(xiàng)“202.168.X.X，輸出端口1”和“202.168.16.X，輸出端口2”（X表示任意），如果有一個(gè)IP包的目的地址為202.168.16.5，那么這個(gè)包應(yīng)該從端口2輸出。傳統(tǒng)的路由器執(zhí)行最長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)前綴匹配的時(shí)間很長(zhǎng)，使得路由表查找成為路由器速度的瓶頸。最近兩年出現(xiàn)了一些快速查表算法，能夠支持吉比特鏈路。這些算法包括改進(jìn)的精確匹配法、基于trie法、并行硬件法、協(xié)議改變簡(jiǎn)化路由表的查詢和緩沖法等。這些算法，有些易于硬件實(shí)現(xiàn)，有些適合軟件實(shí)現(xiàn)。對(duì)于組播地址尋址，要根據(jù)IP包的源地址和組播地址查表，對(duì)源地址采用最長(zhǎng)前綴匹配法，對(duì)目的地址采用精確匹配法。

交換結(jié)構(gòu)和調(diào)度算法

交換結(jié)構(gòu)有Crossbar、共享存儲(chǔ)器和總線三種方式。Crossbar結(jié)構(gòu)的速度由調(diào)度器決定，共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的速度由存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度決定，共享總線結(jié)構(gòu)的速度由總線的容量和仲裁的開(kāi)銷決定。調(diào)度器是Crossbar交換結(jié)構(gòu)的核心，它在每個(gè)調(diào)度時(shí)隙內(nèi)收集各輸入端口有關(guān)數(shù)據(jù)包隊(duì)列的信息，經(jīng)過(guò)一定的調(diào)度算法得到輸入端口和輸出端口之間的一個(gè)匹配，提供輸入端口到輸出端口的通路。采用輸入緩沖無(wú)阻塞方式的Crossbar，用ESLIP算法實(shí)現(xiàn)調(diào)度已被一些廠家所采用。調(diào)度器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于，既要滿足系統(tǒng)吞吐率達(dá)到100％的要求，又要支持CoS(Classes of Service)。調(diào)度算法中，加權(quán)公平排隊(duì)算法（WFQ-Weighted Fair Queuing）和經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的加權(quán)公平流排隊(duì)算法（WF2Q-Weighted Fair Flow Queuing）比較容易實(shí)現(xiàn)，而且性能也不錯(cuò)。總之，要讓互聯(lián)網(wǎng)真正能夠綜合多種業(yè)務(wù)，作為網(wǎng)絡(luò)連接核心設(shè)備的路由器，必須提高端口速率和交換容量，提供QoS保證和流量工程（TE-Traffic Engineering）功能。

背板總線

由于端口速率高，交換結(jié)構(gòu)需要加速，而且接口板與交換板之間、控制板與接口板之間、控制板與交換板之間的連線很多，目前的路由器關(guān)鍵技術(shù)以及交換機(jī)都采用高速背板總線以提高系統(tǒng)的吞吐率。為了提高效率，數(shù)據(jù)線采用串行差分線路，速率可達(dá)每秒鐘1～2吉比特。要保證如此高的傳輸速率和那么多的連線，對(duì)背板總線的設(shè)計(jì)要求非常高。如何降低數(shù)據(jù)的傳輸誤碼率以及保證時(shí)鐘同步是總線設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。斯坦福大學(xué)的Tiny Tera路由器項(xiàng)目中，大量采用串行總線的實(shí)現(xiàn)方法值得研究和借鑒。

2.與服務(wù)質(zhì)量有關(guān)的技術(shù)

數(shù)據(jù)包分類技術(shù)

路由器關(guān)鍵技術(shù)要對(duì)到達(dá)的分組包進(jìn)行識(shí)別、分類以決定其所應(yīng)接受的服務(wù)類型。當(dāng)初IETF所考慮的方案是在網(wǎng)絡(luò)的核心，根據(jù)IP報(bào)頭的TOS（Type of Service）域來(lái)識(shí)別分組，但是在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，由于一直采用“盡力”傳輸，同時(shí)由于終端在發(fā)送IP包時(shí)不考慮TOS，因此，TOS一直沒(méi)有發(fā)揮作用。目前在邊緣設(shè)備，根據(jù)IP分組的源IP地址、目的IP地址、源端口號(hào)、目的端口號(hào)、傳輸層協(xié)議類型來(lái)對(duì)分組進(jìn)行識(shí)別。此外，為了實(shí)現(xiàn)防火墻的功能也需要對(duì)IP分組進(jìn)行識(shí)別。

在識(shí)別時(shí)，每條識(shí)別規(guī)則采用的是源IP地址、目的IP地址、源端口號(hào)、目的端口號(hào)、傳輸層協(xié)議類型。在上述識(shí)別規(guī)則中，每個(gè)域都可能是一個(gè)區(qū)間。例如有這樣一條識(shí)別規(guī)則“202.66.83.X，202.66.72.X，X，23，TCP”（X表示任意），這條規(guī)則識(shí)別從網(wǎng)絡(luò)202.66.83.X到網(wǎng)絡(luò)202.66.72.X的telnet數(shù)據(jù)。從幾何的角度來(lái)看，假如判別時(shí)利用了IP報(bào)頭的K個(gè)域，這個(gè)問(wèn)題實(shí)際上是在一個(gè)K維空間中有許多互相交疊的實(shí)體（每條判別規(guī)則對(duì)應(yīng)于一個(gè)實(shí)體），每當(dāng)有一個(gè)分組到達(dá)時(shí)，該分組相當(dāng)于K維空間上的一個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行判別實(shí)際上是要找出包含該點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)***的實(shí)體。

數(shù)據(jù)流的分類

一系列通過(guò)給定的源和目的地的數(shù)據(jù)包被作為數(shù)據(jù)流，流可以是長(zhǎng)時(shí)間維持的TCP連接的一系列數(shù)據(jù)包，也可以是聲音或圖像的一系列UDP數(shù)據(jù)包。通常，流有長(zhǎng)短之分，劃分有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：端口對(duì)和主機(jī)對(duì)。按端口對(duì)劃分是指同***的數(shù)據(jù)包必須具有相同的源、目的地址和TCP/UDP端口號(hào)等；按主機(jī)對(duì)劃分只要求各數(shù)據(jù)包具有相同的源和目的地址。目前常用的流分類器有三種，一種是X/Y分類器，Y為規(guī)定的時(shí)間間隔，X為數(shù)據(jù)包數(shù)。若在時(shí)間Y內(nèi)某一數(shù)據(jù)流到達(dá)的數(shù)據(jù)包數(shù)大于X，則該流就被認(rèn)定為長(zhǎng)數(shù)據(jù)流，否則是短數(shù)據(jù)流；另一種是協(xié)議分類器（Protocol Classifier），它規(guī)定了所有的TCP包均被定義為數(shù)據(jù)流；還有一種是端口分類器（Port Classifier），它規(guī)定了幾個(gè)特殊的TCP端口作為長(zhǎng)數(shù)據(jù)流。因?yàn)榉诸愐獙?duì)每個(gè)進(jìn)入路由器關(guān)鍵技術(shù)的包進(jìn)行包頭檢查，我們需要快速的分類算法。