LayeredTrees: Most Specific Prefix based Pipelined Design for On-Chip IP Address Lookups

課程 : 論文研討(三)
日期 : 2011.11.18
時間 : 14:00 ~ 15:30
地點 : S516
作者 : 資工研一 楊倍權
講者 : 張燕光教授 - 成功大學資訊工程學系

第一代路由器：集中轉發，匯流排交換

典型產品：華為Quidway R2500系列路由器。

最初的IP網路並不大，其閘道所需要連接的設備及其需要處理的負載也很小。這個時候閘道（路由器）基本上可以用一台電腦插多塊網路介面卡的方式來實現。介面卡與中央處理器（CPU）之間通過內部匯流排相連，CPU負責所有交易處理，包括路由收集、轉發處理、設備管理等。網路介面收到報文後通過內部匯流排傳遞給CPU，由CPU完成所有處理後從另一個網路介面傳遞出去。

第二代路由器：集中+分佈轉發，介面模組化，匯流排交換

典型產品：華為Quidway R3600系列路由器。

由於每一個報文都要經過匯流排送交CPU處理，隨著網路使用者的增多，網路流量的增大，介面數量、匯流排頻寬和CPU的瓶頸就越來越突出。於是很自然地想 到如何提高網路介面數量，如何把CPU和匯流排的負擔降下來？為了解決這個問題，第二代路由器就在網路介面卡上進行一些智慧化處理，由於網路使用者通常只會訪 問少數的幾個地方，因此可以考慮把少數常用的路由資訊採用Cache技術保留在業務介面卡上，這樣大多數報文就可以直接通過業務板Cache的路由表進行轉發，以減少對匯流排和CPU的需求。對於Cache中不能找到的報文送交CPU處理。

第三代路由器：分佈轉發，匯流排交換

典型產品：華為Quidway NetEngine 16/08系列路由器。

90年代以後Web技術的出現，使IP網路得到迅猛的發展。網路使用者的訪問面得到很大的拓寬，用戶訪問的地方已不像以前那樣固定，這樣往往出現無法 從Cache中找到路由的現象，於是匯流排和CPU瓶頸的問題再次出現。另外由於使用者的增加，路由器的介面數量不足也暴露出來了。為了解決這個問題，第三代 路由器應運而生。第三代路由器採用全分散式結構―路由與轉發分離的技術，主控板負責整個設備的管理和路由的收集、計算功能，並把計算形成的轉發表下發到各 業務板；各業務板根據保存的路由轉發表能夠獨立進行路由轉發。另外匯流排技術也得到了較大的發展，通過匯流排、業務板之間的資料轉發完全獨立於主控板，實現了 並行高速處理，使得路由器的處理性能成倍提高。

第四代路由器：ASIC分佈轉發，網路交換

典型產品：JuniperM40/160系列產品。

九十年代中後期，隨著IP網路的商業化，Web技術出現以後，Internet技術得到空前的發展，Internet用戶迅猛增加。網路流量特別是 核心網路的流量以指數級增長，傳統的基於軟體的IP路由器已經無法滿足網路發展的需要。以常見的主幹節點2.5G POS埠為例，按照IP最小報文40位元組計算，2.5G POS埠線速的流量約為6.5Mpps。而且報文處理中需要包含諸如QoS保 證、路由查找、二層幀頭的剝離/添加等複雜操作，以傳統的做法是不可能實現的。於是一些廠商提出了ASIC實現方式，它把轉發過程的所有細節全部採用硬體 方式來實現。另外在交換網上採用了CrossBar或共用記憶體的方式解決了內部交換的問題。這樣，路由器的性能達到千兆比特，即早期的千兆交換式路由器 （Gigabit Switch Router，GSR）。

第五代路由器技術：網路處理器分佈轉發，網路交換

典型產品：華為Quidway NetEngine 80/40系列產品。

從上面的發展過程我們可以看到，每一次的技術進步都是因為隨著業務發展而出現了新的需求。不過在前互聯網絡泡沫時代，主要的矛盾集中在路由器的轉發性能上，所以前四代的路由器的最大進步在於速度。但是在寬頻互 聯網一路高歌迅速發展的同時，作為其基礎的IP網路技術的缺陷也就越來越充分地暴露出來。網路無管理無法運營的問題、IP地址缺乏問題、IP業務服務品質 問題、IP安全等問題都在嚴重阻礙網路進一步發展。隨著寬頻互聯網泡沫的破滅，人們進行了深刻的反省―業務才是網路的真正價值所在，一切的技術要求都應圍 繞著業務來進行。各種新技術也紛紛出現，比如網路管理技術、使用者管理技術、業務管理技術、MPLS技術，VPN技術，可控組播技術、IP-QoS技術，流量工程技術等。