五代路由器縱覽：技術融合促發展（組圖）
大家知道，路由器在計算機網絡中有著舉足輕重的地位，是計算機網絡的橋梁，通過它不僅可以連通不同的網絡，還能選擇數據傳送的路徑，并能阻隔非法的訪問。路由器作為IP網的核心設備，其技術已成為當前信息產業的關鍵技術，其設備本身在數據通信中起到越來越重要的作用。同時由于路由器設備功能強大，且技術復雜，各廠家對路由器的實現有太多的選擇性。
路由器是一種連接多個網絡或網段的網絡設備，它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數據，從而構成一個更大的網絡。路由器有兩大典型功能，即數據通道功能和控制功能。數據通道功能包括轉發決定、背板轉發以及輸出鏈路調度等，一般由特定的硬件來完成；控制功能一般用軟件來實現，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統配置、系統管理等。多少年來，路由器的發展有起有伏。
90年代中期，傳統路由器成為制約因特網發展的瓶頸。ATM交換機取而代之，成為IP骨干網的核心，路由器變成了配角。進入90年代末期，Internet規模進一步擴大，流量每半年翻一番，ATM網又成為瓶頸，路由器東山再起，Gbps路由交換機在1997年面世后，人們又開始以Gbps路由交換機取代ATM交換機，架構以路由器為核心的骨干網。路由器發展到今天已經是第五個時代了。下面讓我們來看一看路由器技術應用發展及其典型代表產品。
一、路由器技術的應用：
1、第一代路由器技術及其產品
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。這個時候網關（路由器）基本上可以用一臺計算機插多塊網絡接口卡的方式來實現。接口卡與中央處理器（CPU）之間通過內部總線相連，CPU負責所有事務處理，包括路由收集、轉發處理、設備管理等。網絡接口收到報文后通過內部總線傳遞給CPU，由CPU完成所有處理后從另一個網絡接口傳遞出去。
典型產品有Cisco2500系列路由器、華為Quidway R2500系列路由器。下面以華為Quidway R2500系列路由器產品來說明。華為Quidway R2500系列路由器包括Quidway R2501/2501E、Quidway R2509/2509E、Quidway R2511/2511E、Quidway R4001/4001E八款路由器。
Quidway R2500 系列路由器是華為公司面向中小型辦公室開發的新一代路由器產品。Quidway R2500 系列路由器采用32 位的微處理器技術使用華為公司的網絡操作系統平臺－－VRP 通用路由平臺。
VRP 提供了中英文雙語配置界面配置簡單，它提供了豐富的網絡安全特性，支持啞終端接入服務器功能，支持SNA/DLSw，提供完備的備份中心技術作為分支路由器得到廣泛的應用。
Quidway R2500 系列路由器提供的8/16 異步串口可作為中小型ISP 的撥號接入服務器，也可通過異步撥號線互連8/16 個低速局域網，2個多協議同異步串口可接高速同步線路、連接遠程局域網或互連其它ISP。#p#
2、第二代路由器技術及其產品：
由于每一個報文都要經過總線送交CPU處理，隨著網絡用戶的增多，網絡流量的增大，接口數量、總線帶寬和CPU的瓶頸就越來越突出。于是很自然地想到如何提高網絡接口數量，如何把CPU和總線的負擔降下來？
為了解決這個問題，第二代路由器就在網絡接口卡上進行一些智能化處理，由于網絡用戶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信息采用Cache技術保留在業務接口卡上，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，以減少對總線和CPU的需求。
對于Cache中不能找到的報文送交CPU處理。典型產品有Cisco 4500系列路由器、華為Quidway R3600系列路由器。下面以華為Quidway R3600系列路由器來說明。
Quidway R3600系列路由器包含四款產品：Quidway R3640、Quidway R3680、Quidway R3640E、Quidway R3680E。所有Quidway R3600 系列路由器支持的模塊和Quidway R2620、Quidway R2630 系列路由器完全兼容。
Quidway R3600系列路由器是華為技術有限公司自主開發的面向企業級網絡的產品。Quidway R3600系列路由器采用模塊化結構，和R2620、R2630系列相比，Quidway R3600系列路由器具有更高的處理能力和更大的接入密度。
Quidway R3600系列路由器既適合于在中小型企業網中擔當核心路由器，也可以在大型網絡中擔當匯聚層路由器。#p#
3、第三代路由器技術及其產品：
90年代以后Web技術的出現，使IP網絡得到迅猛的發展。網絡用戶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，于是總線和CPU瓶頸的問題再次出現。
另外由于用戶的增加，路由器的接口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。第三代路由器采用全分布式結構—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，并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。另外總線技術也得到了較大的發展，通過總線、業務板之間的數據轉發完全獨立于主控板，實現了并行高速處理，使得路由器的處理性能成倍提高。
典型產品有Cisco 7500系列路由器、華為Quidway NetEngine 16/08/05系列路由器。下面以華為16/08/05系列路由器來說明。
Quidway NetEngine 16/08/05系列骨干路由器是華為3Com系列路由器中的高端產品，具有先進的分布式轉發體系結構和靈活的組網能力，它本身具有的邊緣接入特性，決定了其可以在多種網絡中應用，能夠為用戶提供全方位的解決方案，最大限度的滿足客戶的需求。
產品致力于面向電信級運營網絡和企業級核心網絡，有強大的專線接入及VPN業務能力，提供豐富的業務功能，具備完善QOS和安全特性，適用于運營商、政府、教育、金融、電力、企業的內部網和業務網?？膳c接入服務器、IP電話網關設備配合應用。#p#
4、第四代路由器技術及其產品：
九十年代中后期，隨著IP網絡的商業化，Web技術出現以后，Internet技術得到空前的發展，Internet用戶迅猛增加。
網絡流量特別是核心網絡的流量以指數級增長，傳統的基于軟件的IP路由器已經無法滿足網絡發展的需要。以常見的主干節點2.5G POS端口為例，按照IP最小報文40字節計算，2.5G POS端口線速的流量約為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/添加等復雜操作，以傳統的做法是不可能實現的。于是一些廠商提出了ASIC實現方式，它把轉發過程的所有細節全部采用硬件方式來實現。
另外在交換網上采用了CrossBar或共享內存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）。
典型產品有Cisco GSR124000/12000系列、JUNIPPER M40/160系列產品。下面以Cisco 12000系列為例來說明。
Cisco 12000系列千兆比特交換路由器(GSR)是Cisco為支持服務供應商和企業IP骨干網核心而設計和開發的重要的路由選擇產品。Cisco 12000系列有三種型號：Cisco 12008、12012和12016 (5Tbps GSR太比特系統)。
Cisco 12000系列GSR產品的結構設計旨在滿足當今IP核心骨干網的高帶寬、高性能、多業務和多可靠性要求。#p#
5、第五代路由器技術及其產品：
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。
典型產品有華為Quidway NetEngine 80/40/20系列產品。
Quidway NE80/40/20 屬于系列核心路由器產品該系列路由器采用基于網絡處理器的分布式硬件體系結構具有電信級可靠性線速轉發性能完善的QoS 機制和豐富的業務處理能力可定位于公用IP 網絡大型企業/園區數據核心網絡和各種專用IP 網的核心網滿足Internet骨干網絡建設和城域骨干網絡WAN 建設需求。
二、性能比較：
下面是路由器體系結構對照表，從表中我們可以看出，從第一代到今天的第五路由器技術都是不一樣的，技術的發展是隨著網絡技術應用而快速發展。
第一代路由器主要采用集中轉發，總線交換技術；第二代路由器主要采用集中+分布轉發，接口模塊化，總線交換等技術；第三代路由器主要采用分布轉發與總線交換技術；第四代路由器主要采用ASIC分布轉發和網絡交換技術；第五代路由器技術主要采用網絡處理器分布轉發和網絡交換技術。
Cisco 和華為Quidway廠家都有幾個相應的產品對應，第一代和第二代產品有華為Cisco 和Quidway 路由器，分別為Cisco2500、Cisco 4500、Quidway R2500和Quidway R3600，它們主要是為滿足SOHO和中小型企業業務的需要；而第三代和第四代則主要是針對大中企業網和行業骨干網的城域網業務的需要；第三代和第四代產品有Cisco 7500、Cisco GSR12400/12000，Quidway NE 16/08/05以及JUNIPER M40/160系列產品。
第五代則只有Quidway NE 80/40/20產品，用來滿足行業骨干網/大型城域網MPLS、VPN、語音、視頻等高質量QoS業務；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。#p#
三、編后語：
路由器分類可以從多方面來劃分。從結構上分，路由器可分為模塊化結構與非模塊化結構，通常中高端路由器為模塊化結構，低端路由器為非模塊化結構。
從網絡位置劃分，路由器可分為核心路由器與接入路由器。核心路由器位于網絡中心，通常使用高端路由器，要求快速的包交換能力與高速的網絡接口，通常是模塊化結構；接入路由器位于網絡邊緣，通常使用中低端路由器，要求相對低速的端口以及較強的接入控制能力。
從功能上劃分，路由器可分為通用路由器與專用路由器。一般所說的路由器為通用路由器。專用路由器通常為實現某種特定功能對路由器接口、硬件等作專門優化，例如接入路由器用作接入撥號用戶，增強PSTN接口以及信令能力；VPN路由器增強隧道處理能力以及硬件加密；寬帶接入路由器強調寬帶接口數量及種類。
從性能上分，路由器可分為線速路由器以及非線速路由器。通常線速路由器是高端路由器，能以媒體速率轉發數據包；中低端路由器是非線速路由器，但是一些新的寬帶接入路由器也有線速轉發能力。
第五代路由器滿足IP業務發展要求，具有業務靈活性，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。
第五代路由器的出現，極大地滿足了當前數據、語音、圖像綜合承載的需求，并大大增強了網絡對MPLS VPN的支持能力。由于第五代路由器在業務特性上所具有的強大優勢，所以已成為當前建設寬帶骨干網絡、匯聚網絡的首選。隨著成本的進一步降低與網絡業務的進一步豐富，采用網絡處理器技術的第五代路由器正在向網絡的更低端發展。
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。
【編輯推薦】
