在路由器技术的发展历程中

在路由器技术的发展过程中，性能和业务两个因素发挥着重要作用。 一方面带宽和网络规模的增加促进了路由器的性能、容量方面的提高，另一方面业务的发展使路由器更加智能，具有更强的业务提供能力。 在这两个重要因素中，性能因素在路由器发展前期发挥了主导作用，随着IP网络和业务的快速发展，业务因素或业务性能在网络中的价值发挥了越来越重要的作用。高性能不仅包括传输的高性能，还包括业务高性能和高质量的服务，路由器在处理各种业务时不仅有空间，而且传输性能也不会显着降低。 路由器提供的业务能力不是解决“有”或“无”问题，而是提供高质量的业务保证。基于“业务与性能并存，业务顺利发展”的设计理念，业务高性能、集成化、智能化、高可靠性、安全、易用性成为路由器的发展趋势。五代历史：路由器技术系统的演变路由器是TCP/IP网络中最主要的网络设备。 TCP/IP是1970年代中期从美国国防部的ARPANET技术发展而来的，美军希望用它连接各种局域网和广域网，在战争打击后维持网络连接。 TCP/IP体系结构和技术开放性被许多大学、科研机构采用，成为事实上的标准。路由器技术系统的发展，大致可分为五代第一代路由器：集中转发，总线交换最初的IP网络不那么大，连接网关的设备和处理的负荷也很小。 该时期的网关(路由器)基本上能够通过在一台计算机上连接多个网络接口卡来实现。 接口卡和CPU通过内部总线连接，并且CPU负责诸如路由采集、传输处理和设备管理的所有事务。 网络接口在接收到消息后通过内部总线传递给CPU，在CPU完成所有操作后从另一个网络接口传递。这个阶段的路由器主要用于企业和科研机构连接互联网。第二代路由器：集中分布式传输、接口模块和总线交换由于每条消息都是通过总线传递到CPU处理的，因此随着网络用户的增加，网络流量增加，接口数量、总线带宽和CPU瓶颈效应也越来越明显。 因此，自然会想到，如何增加网络接口的数量，如何减少CPU、总线的负担。为了解决这个问题，第二代路由器在网卡上进行某种智能处理， 由于网络用户通常只能访问少量位置，因此使用Cache技术将少量常用路由信息保存在商业接口卡中，直接通过商业板Cache的路由表转发大量消息，减少对总线和CPU的需求大大提高了第二代路由器的传输性能，为具体的网络环境提供了丰富的连接方式和接口密度，广泛应用于互联网和企业网络。第三代路由器：分布式传输，总线交换20世纪90年代出现的Web技术使IP网络迅速发展，用户的访问面大幅扩大，访问地也不再像过去那样固定，因此从Cache找不到路由的现象频繁发生，总线、CPU的瓶颈效应再次出现。 另外，由于用户的增加和路由器的接口数不足引起的问题也再次显现出来。 为了解决这些问题，第三代路由器应运而生。第三代路由器采用全分布式结构，路由和传输分离，控制台负责整个设备的管理和路由收集、计算功能，将计算出的传输表分发给各业务板，各业务板根据保存的路由表独立进行路由传输。 总线技术也得到了很大发展，总线、业务板之间的数据传输完全独立于控制板，实现了并行高速处理，使路由器的处理性能倍增。第三代路由器将传输性能提高数倍，具备业务灵活扩展和性能提高体系结构，90年代中期成为互联网基础设施。第四代路由器： ASIC分布式传输、网络交换20世纪90年代后期，在IP网络商业化，特别是Web技术出现后，互联网技术取得了前所未有的发展，用户数量急剧增加，网络流量，特别是核心网络流量呈指数级增长，传统的基于软件的IP路由器成为网络以传统的骨干节点2.5GPOS端口为例，按照40字节的IP最小消息计算，2.5GPOS端口上的流速是大约6.5Mpps，因为消息处理包括QoS保证、路由搜索、双帧报头剥离/添加等操作因此，一些制造商开始引入ASIC安装方式，除了用硬件实现传输过程的详细内容外，还在交换网络上采用CrossBar和共享存储器方式，解决内部交换问题，使路由器的性能达到千兆位，即初期的千兆位交换第五代路由器技术：分布式网络处理器传输、网络交换以上发展过程表明，技术进步随着业务的发展出现了新的需求。 然而，互联网泡沫时代的发展侧重于路由器的传输性能，上一代路由器的最大进步在于速度的提高。 在宽带互联网高度发展的同时，IP网络技术的缺陷也越来越突出：网络无法管理的问题、IP地址不足的问题、IP服务质量问题、IP安全等问题严重阻碍了网络的发展。 随着宽带互联网泡沫的崩溃，人们深刻醒来，发现商业才是网络的真正价值，所有技术都必须围绕着商业。 于是，网络管理、用户管理、业务管理、MPLS、VPN、可控组播、IP-QoS和流量工程等各种新技术陆续出现。 IP标准也逐步成熟。 新技术的出现和标准化的进展对高速路由器的业务功能提出了越来越高的要求。基于这些问题，第四代路由器ASIC技术的灵活性、服务周期长等缺陷也必然出现。 第五代路由器在硬件体系结构中继承了第四代路由器的成果，在重要的IP业务过程中可编程，采用了专为IP网络设计的网络处理器技术。 网络处理器(NP )通常包括若干微处理器和若干硬件协处理器，并行地操作多个微处理器，并且以软件控制处理流程。 对于内存操作、路由表检索算法、QoS拥塞控制算法、流量调度算法等复杂标准操作，使用硬件协处理器提高处理性能，实现业务灵活性和高性能的有机结合。2002年12月，华为公司正式推出第五代路由器netengine(ne)80/40/20系列产品，标志着第五代路由器进入成熟的商用阶段。路由器技术已经发展到第五代，但是提出各代路由器满足相应的网络发展需求，在实际应用中各代路由器还有其应用空间，这种情况是长期存在的。第一代路由器(低端路由器)当前是第三代路由器(高端路由器)，它是远程分支、站点和家庭广泛服务的中端路由器或企业网络的主流网络设备或者主要应用于电信网络的边缘和行业网络的骨干的第四代路由器(核心路由器)或者主要应用于IP网络骨干和城域网环境的第五代路由器(下一代核心路由器)将是第四代路由器的骨干网络第五代路由器的最大价值在于它的新设计理念“业务与性能并存，业务顺利发展”。 除了具体的技术细节以外，这种设计思想完全可以借鉴第一、二、三代路由器，发展适用于不同应用环境的下一代路由器。设计理念的革命根据性能和业务分析，您可以清楚地看到路由器设计者执行的以下两个步骤阶段1 :以带宽和连接性为目标设计的业务模型。 该阶段的IP网络是面向传输的网络，其目的是通过保证互连而不是提供高质量的服务，如网络不完整的QoS与安全性保证，在网络上对服务质量与安全性不敏感的数据服务(例如，光纤)第二阶段：兼顾业务与性能，以业务顺利发展为设计目标，面向业务整体、开放的业务模式。随着IP技术的应用越来越广泛，电信、行业和企业网络趋于统一，要求IP网络能够承载各种业务(语音、会议电视、OA、ERP等)。 这些业务各有不同的服务质量和安全要求，传统的IP网络不能满足业务要求。 新的IP网络至少应当向用户提供端到端的QoS和安全性，以及向用户提供个性化服务。为了满足业务整体的要求，网络各部分的分工不同，相互协作。在网络端，用户管理采用AAA认证，业务分区和标记采用流分类技术，安全管理在采用业务分区和隔离技术的核心层，可根据业务要求灵活处理消息，实现QoS调度、组播分发、MPLS Label Swap为了适应这种网络分工的结构，路由器必须具有良好的业务适应能力和充分的智能，还支持MPLS VPN和IPv6等新的业务模式。 IPv6解决了IPv4的许多先天不足的问题，如QoS、安全性等特性的最终解决方案。 IP网络已经发展到以IPv6网络为基础设施的应用时代，并且能否顺利升级IPv6已经成为选择网络设备需要考虑的重要条件之一。新一代IP网络需要能够升级软件并提供新业务的业务适应能力，而无需添加或更换硬件系统。如上所述，基于性能的路由器设计思路已不能适应网络业务的发展趋势，路由器设计已进入第二阶段。 “兼顾业务和性能，顺利发展业务”，是路由器设计理念的革命。服务提供能力包括服务类型和性能，而不是正常的IP传输性能。在业务发展能力方面，新业务相继出现，基本上每半年出现一次新的IP业务，因此需要强大的业务发展能力。 这一点与企业对员工的要求非常相似，企业不仅要求员工适应当前的工作，而且要求员工具备较强的学习能力，能够适应新的工作环境。基于这一新的设计理念，在电信和大型行业网络中出现第五代路由器，例如华为公司NE80/40系列的企业网络中出现高效全能的企业中心路由器，例如华为3Com公司Quidway AR46系列企业的分支和网络端口性能与业务：双重推动路由器发展在路由器技术的发展过程中，性能和业务两个因素起着重要作用。 接下来，我们将详细分析性能和业务两个因素。路由器的性能从长期以来，路由器的最重要的性能指示符是IP包的传输能力，通常，低端路由器能够到达2kpps-20kpps，在中端路由器为40kpps-400kpps之间，高端路由器在1Mpps以上，核心路由器的传输性能超过20Mpps。路由器转发性能的改进将使路由器技术从第一代向第四代发展，路由器的形式也从低端路由器向中端路由器、高端路由器、核心路由器发展。 许多路由器产品在基本传输性能测试中比较粗俗，但在开始QoS、安全性、MPLS VPN等业务后性能急剧下降，无法开展业务。 许多路由器为了保证传输的高性能，采用ASIC硬化的结构，业务的扩展性和顺利的发展能力受到很大限制。 因此，只考虑到满足性能要求，路由器只能作为简单的IP传输设备发挥作用，无法应对越来越复杂的网络业务，也无法应对三网一体化的要求，这确实极大地限制了IP网络的发展。路由器业务路由器的业务能力表现在两面。一是路由器具有网络运营商业务的感知和智能处理能力，该业务能力随着IP用户和业务的快速增长和业务多样化过程不断完善。 1998年，科林大学的两位学者已经建议路由器应该明智地处理业务，而不仅仅是消息传输设备。当初，在网络规模小、业务类型单一、路由器只能对通过的业务进行简单的传输处理的多网融合中，随着IP业务的多样化和Everything Over IP的发展，语音、视频、数据都需要在同一个网络上托管在这种情况下，路由器需要感知不同业务并提供QoS服务。 例如，在路由器必须具备diffsevere、InterSev、流量工程、多播等业务能力以确保语音、视频等业务带宽的安全方面，近年来电子政务和电子商务迅速发展，防火墙、地址包括业务安全隔离、用户认证、VPN、加密、安全日志等功能的网络需要提供安全保障和可靠服务的IP标准在发展中已经成熟。 目前，MPLS、IPv6、组播、QoS、安全等技术发展迅速，新业务、新技术和新标准仍然存在，路由器必须适应这一变化的业务环境，实现业务的顺利发展。其二是路由器本身可以直接提供的服务，通常是MPLS-VPN服务，其中，MPLS-VPN作为网络的服务提供给企业用户，将地理上分布在各个企业总部之间的服务连接起来，由路由器提供直接服务的另一个例子是VoIP。随着IP网络的运营化，特别是在电信领域路由器提供的业务类型越来越丰富。 但是，路由器处理业务的性能不太理想，若许多路由器发起QoS、安全性、MPLS VPN业务，则性能急剧下降，不能向用户提供高质量的服务，也不能实现业务的顺利发展。以上分析表明，性能和业务是路由器发展的两个重要因素，单独发展性能或单独发展业务不能满足当前应用环境对路由器的需要。 业界已经认识到，只有业务和性能均衡发展才是路由器技术的发展之路。高端路由器和中端路由器的未来高端路由器和核心路由器以大型行业和通信类网络环境为对象，具有高性能、高可靠性、高安全性和严格的服务质量保证等特点，支持MPLS VPN、可控组播、IPv6等高质量服务，维护管理手段丰富高效具体地，第五代路由器还可以提供对所有IP业务的支持和运营能力。核心路由器将继续挑战更高的基础带宽和业务性能，包括更高密度的10G接口和更高的业务处理能力。