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路由器的发展历程【摘要】 第一代路由器主要采用集中转发，总线交换技术;第二代路由器主要采用集中+分布转发，接口模块化，总线交换等技术;第三代路由器主要采用分布 转发与总线交换技术;第四代路由器主要采用 ASIC 分布转发和网络交换技术;第 五代路由器技术主要采用网络处理器分布转发和网络交换技术关键词】 Internet 路由器 计算机 处理器 因特网路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间 的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更 大的网络路由器有两大典型功能，即数据通道功能和控制功能数据通道功能 包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成;控制 功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管 理等路由器在计算机网络中有着举足轻重的地位，是计算机网络的桥梁，通过它 不仅可以连通不同的网络，还能选择数据传送的路径，并能阻隔非法的访问路 由器作为IP网的核心设备，其技术已成为当前信息产业的关键技术，其设备本 身在数据通信中起到越来越重要的作用在路由器技术的发展历程中，性能和业务这两个因素发挥着关键作用。

一方 面，带宽和网络规模的增长推动着路由器在性能、容量方面断提升；另一方面， 业务的发展驱动着路由器更加智能化和具备更强的业务提供能力在这两项关键 因素中，性能因素在路由器发展的前期起到主导作用，随着IP网络和业务的迅 猛发展，业务因素或者说是业务性能在网络中的价值将起到越来越重要的作用多少年来，路由器的发展有起有伏90年代中期，传统路由器成为制约因 特网发展的瓶颈ATM交换机取而代之，成为IP骨干网的核心，路由器变成了 配角进入90年代末期，Internet规模进一步扩大，流量每半年翻一番，ATM网 又成为瓶颈，路由器东山再起， GBPS 路由交换机在1997年面世后，人们又开始 以GBPS路由交换机取代ATM交换机，架构以路由器为核心的骨干网路由器发 展到今天已经是第五个时代了下面让我们来看一看路由器技术应用发展及其典 型代表产品第一代路由器：集中转发，总线交换最初的IP网络并不大，其网关所需要连接的设备及其需要处理的负载也很 小这个时候网关(路由器)基本上可以用一台计算机插多块网络接口卡的方式来 实现接口卡与中央处理器(CPU)之间通过内部总线相连，CPU负责所有事务处 理，包括路由收集、转发处理、设备管理等。

网络接口收到报文后通过内部总线 传递给CPU，由CPU完成所有处理后从另一个网络接口传递出去第二代路由器：集中+分布转发，接口模块化，总线交换等技术由于每个报文都要经过总线送交CPU处理，随着网络用户的增多，网络流 量不断增大，接口数量、总线带宽和CPU的瓶颈效应越来越突出于是很自然 地想到：如何提高网络接口数量，如何降低CPU、总线的负担？为了解决这个问 题，第二代路由器就在网络接口卡上进行一些智能化处理，由于网络用户通常只 会访问少数的几个地方，因此可以考虑把少数常用的路由信息采用Cache技术保 留在业务接口卡上，这样大多数报文就可以直接通过业务板 Cache 的路由表进行 转发，以减少对总线和 CPU 的需求第三代路由器：分布转发，总线交换上世纪90年代出现的Web技术使IP网络得到了迅猛发展，用户的访问面 获得了极大的拓宽，访问的地方也不再像过去那样固定，于是经常出现无法从 Cache 找到路由的现象，总线、 CPU 的瓶颈效应再次出现另外，由于用户的增 加和路由器接口数量不足引发的问题也再次暴露出来了为了解决这些问题，第 三代路由器应运而生第三代路由器采用全分布式结构—路由与转发分离的技术， 主控板负责整个设备的管理和路由的收集、计算功能，并把计算形成的转发表下 发到各业务板;各业务板根据保存的路由转发表能够独立进行路由转发。

另外总 线技术也得到了较大的发展，通过总线、业务板之间的数据转发完全独立于主控 板，实现了并行高速处理，使得路由器的处理性能成倍提高第四代路由器：ASIC分布转发，网络交换九十年代中后期，随着IP网络的商业化，Web技术出现以后，In ter net技术 得到空前的发展，In ter net用户迅猛增加网络流量特别是核心网络的流量以指 数级增长，传统的基于软件的IP路由器已经无法满足网络发展的需要以常见 的主干节点2.5G POS端口为例，按照IP最小报文40字节计算，2.5G POS端口线 速的流量约为6.5Mpps而且报文处理中需要包含诸如QoS保证、路由查找、二 层帧头的剥离/添加等复杂操作，以传统的做法是不可能实现的于是一些厂商 提出了 ASIC实现方式，它把转发过程的所有细节全部采用硬件方式来实现另 外在交换网上采用了 Crossbar或共享内存的方式解决了内部交换的问题这样， 路由器的性能达到千兆比特，即早期的千兆交换式路由器(Gigabit Switch Router， GSR)第五代路由器技术：网络处理器分布转发，网络交换在第四代路由器中采用了硬件转发模式，解决了带宽容量和性能不足的瓶颈 问题，但是也留下了隐患：基于ASIC的硬件转发在获取高性能的同时，牺牲了 业务灵活性。

这与ASIC技术实现方式相关，在设计ASIC芯片的时候，对转发流 程做了大量优化，使得IP转发以简单而固定的方式来实现，从而固化下来，做 到硬件化如果在IP转发中，还要做一些复杂的额外处理的话，ASIC就无能为 力了而且，ASIC的设计周期很长，通常需要二到三年才能设计出一个稳定运行 的ASIC芯片而在IP互联网领域，业务发展非常迅速，平均每半年就会兴起一 项新的业务，而这些业务可能就对转发流程有影响，需要转发程序适度调整来获 得高品质支持近期MPLS VPN技术逐步成为热门，运营商需要在骨干网、城域 网中开展MPLS VPN业务，这时发现原来在骨干网应用的第四代路由器无法提供 高性能的VPN业务，需要全面升级或另外建设专门的VPN承载网络在当前带 宽已经不是主要矛盾，业务应用为王的运营环境中，ASIC固有的灵活性差、业务 支持不足的问题成为了路由器发展的主要矛盾新的需要，带来新的矛盾，就又 会造就新的发展网络处理器技术兴起，促使第五代路由器出现从第一代到今天的第五路由器技术都是不一样的，技术的发展是随着网络技 术应用而快速发展。