IP技術的發展－第五代路由器

　　 
　　隨著IP技術的發展、IP用戶的迅猛增加、IP業務的推出，傳統的路由器已經遠遠不能滿足現代網絡發展的需要，尤其是主干網絡的需要。第五代路由器正是在這種網絡背景下提出的，著眼于解決核心IP網絡存在的問題。
　　
　　前四代路由器的發展歷程

　　第一代路由器采用集中轉發，固定接口。最初的IP網絡并不大，其網關所需要連接的設備及其需要處理的負載也很小，而且網絡的變化也較慢。第一代路由器由一個處理器CPU和固定的多個網絡接口組合而成，網絡接口與CPU之間通過內部總線相連。
　　
　　第二代路由器采用集中轉發，接口模塊化。這是因為隨著IP網絡的發展，網絡節點在增多，網絡鏈路也在大量增加和替換升級，這個時候，由于第一代路由器的網絡接口是固定的，不能滿足IP網絡鏈路經常變化的要求，需要經常更換新的路由器，這樣不利于網絡設備投資保護和維護管理。在這個時期，可擴展性成為限制路由器發展的主要矛盾。第二代路由器從體系結構徹底解決第一代路由器的可擴展性問題，采用辦法其實非常簡單，那就是把網絡接口做成可以插拔的活動模塊，用戶可以根據需要增加所需要的網絡接口模塊，對原有路由器升級擴容即可，而不需要替換路由器。
　　
　　第三代路由器是基于CPU的分布式軟件轉發。到了90年代前期，隨著互聯網業務大發展時期的到來，網絡流量迅猛增大。同時由于光傳輸技術的發展，許多傳輸線路已經由2M為主流的電路升級為以155M為主流的光路。在短報文線速轉發情況下，一個155M接口就需要約200Kpps左右的轉發性能，而在當時情況下，一個CPU的處理能力也只有這么多。而依據網絡擴展性的要求，一個路由器往往要連接多個155M或100M鏈路。在保持路由器的靈活擴展性前提下，性能成為了路由器發展的主要矛盾。性能的瓶頸主要集中在CPU上。解決辦法就是把路由器的集中式結構轉換為三頭六臂式的分布式結構，第三代路由器由此出現。
　　
　　第三代路由器采用全分布式結構，最大變化是在各網絡接口業務模塊上增加了CPU，即每個接口業務模塊都有自己的CPU來進行各自的轉發和業務處理，負責少量網絡接口。
　　
　　第四代路由器是基于ASIC的分布式硬件轉發。九十年代中后期，隨著IP網絡的商業化，網絡流量特別是核心網絡的流量以指數級數增長。在這個時候，光傳輸技術又有了新的發展，2.5G傳輸鏈路成為了骨干傳輸網絡的主流。而CPU的轉發性能雖然也在提高，但跟不上這個速度。這種情況下，只有對轉發模式進行根本的變革，才能突破瓶頸限制。而集成電路技術的高速發展正好為路由器轉發模式的突破提高了機會，一種稱為專用集成電路(ASIC)的技術為硬件轉發提供了技術基礎。第四代路由器拋棄了基于CPU的軟件轉發模式，轉而尋求基于ASIC技術的硬件轉發模式，通過對IP轉發過程的優化和硬件化，極大程度地提供了路由器的轉發性能。而路由引擎模塊仍然可以采用CPU，用來處理復雜的路由計算和管理調度?；贏SIC的硬件轉發模式使得接口業務模塊能夠實現千兆以太網等高速鏈路的線速轉發。
　　
　　基于網絡處理器的分布式硬件轉發
　　在第四代路由器中采用了硬件轉發模式，解決了帶寬容量和性能不足的瓶頸問題，但是也留下了隱患：基于ASIC的硬件轉發在獲取高性能的同時，犧牲了業務靈活性。這與ASIC技術實現方式相關，在設計ASIC芯片的時候，對轉發流程做了大量優化，使得IP轉發以簡單而固定的方式來實現，從而固化下來，做到硬件化。如果在IP轉發中，還要做一些復雜的額外處理的話，ASIC就無能為力了。而且，ASIC的設計周期很長，通常需要二到三年才能設計出一個穩定運行的ASIC芯片。而在IP互聯網領域，業務發展非常迅速，平均每半年就會興起一項新的業務，而這些業務可能就對轉發流程有影響，需要轉發程序適度調整來獲得高品質支持。
　　
　　近期MPLS VPN技術逐步成為熱門，運營商需要在骨干網、城域網中開展MPLS VPN業務，這時發現原來在骨干網應用的第四代路由器無法提供高性能的VPN業務，需要全面升級或另外建設專門的VPN承載網絡。在當前帶寬已經不是主要矛盾，業務應用為王的運營環境中，ASIC固有的靈活性差、業務支持不足的問題成為了路由器發展的主要矛盾。新的需要，帶來新的矛盾，就又會造就新的發展。網絡處理器技術興起，促使第五代路由器出現。
　　
　　
　　
　　第五代路由器在硬件體系結構上繼承了第四代路由器的成果，即仍然采用硬件轉發模式和交換網式結構，只是在關鍵的IP轉發和業務流程處理上采用了可編程的、專為IP網絡設計的網絡處理器技術，替代了原來的ASIC技術。網絡處理器（NP）通常由若干微處理器和一些硬件協處理器組成，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(如內存操作、路由表查找算法、QoS的擁塞控制算法、流量調度算法等)采用硬件協處理器來提高處理性能。這樣實現軟件業務靈活性和高性能硬件轉發的有機結合。
　　
　　第五代路由器由于有了業務靈活性，因此可以把近些年發展起來的MPLS技術、VPN技術、QoS技術、流量工程技術、可控組播技術、用戶管理技術等諸多技術融合進來，并保持高性能、高品質特性，成為真正具有強大業務能力的高性能網絡設備，對于提高網絡價值和節約建網成本都有非常重要的意義。第五代路由器典型產品有華為Quidway NetEngine 80/40/20系列產品。
　　
　　IP業務發展要求的驅動力
　　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：
　　
　　采用網絡處理器技術實現IP報文處理和轉發，所以可以在保證高速轉發的同時進行復雜的協議處理，從而支持豐富的業務；
　　
　　采用大容量的交換網結構，采用網絡處理器，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務需求，適應網絡發展；
　　
　　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；
　　
　　充分考慮骨干網絡的需求，滿足用戶對安全性、穩定性、可靠性的要求。
　　
　　華為作為第五代路由器的倡導者，在業界首先倡導和采用網絡處理器技術開發高端路由器，滿足用戶的需要，華為Quidway Netengine系列產品在體系結構設計、設備性能、業務靈活性、兼容性及投資保護方面處于業界領先水平。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com