千兆路由交換機技術對第三層數據包的處理，筆者堅持每天寫一寫筆記。把自己的心得體會記錄下來，把更多的時間投入到自己的事業中來。千兆路由交換機技術，路由交換機的定義 傳統意義上，只處理第二層數據轉發的設備被稱之為交換機，交換機只根據數據包中的目的和源MAC地址進行處理和轉發，而不涉及第三層的數據包中的內容。

如進行以太網，FDDI，令牌杯交換的局域網千兆路由交換機技術。第三層的數據包的轉發由路由器來完成，對于IP協議來說，路由器檢查第三層數據包的目的和源IP地址，然后作出相應的處理或轉發。在90年代中期以前，由于硬件芯片技術的限制，路由器和交換機是兩個獨立的網絡設備。

路由器的內部系統結構很象一臺專用計算機，有一個主CPU，如486或MIPS，有內存，在CPU上運行軟件來進行包的轉發和路由的計算及更新。所以路由器的性能比較差，往往成為一個網絡的瓶頸。

為了解決基于軟件的路由器在性能上的缺陷，在新的ASIC芯片技術的推動下，交換機中用來處理第二層數據包的芯片功能增強到能夠進行第三層數據包的處理，這種具有路由功能的千兆路由交換機技術被稱為路由交換機。

路由交換機的背板及其實現方式 背板是交換機的中央交換部件，用于千兆路由交換機技術的各個端口之間傳送數據。背板的結構和容量決定了一個路由交換機的性能。現在的路由交換機背板主要有三種結構：交叉矩陣（Cross Bar）；共享內存；并行訪問共享內存。

下面分別詳細論述。 2.2.1交叉矩陣（Cross Bar） 這種結構容易設計，擴展性好，并且在其基本形式中可以提供較低的每端口成本。然而，它有幾個關鍵的局限性。 交叉矩陣結構的3個主要的局限和其對網絡的影響如表1所述。表1

千兆以太網和千兆路由交換機技術

靜態內存他和隊頭阻塞的問題的共同影響使其難以在逐端口的基礎上轉發基于優先級的業務。所以交叉矩陣結構提供可靠的QoS支持的能力有限，這與整個IP網絡提高QoS能力的要求不符。 2.2.2共享內存 傳統的共享內存結構是基于總線的。

這種結構克服了交叉矩陣背板的局限性，并且它們在背板容量小于10GbPS的交換機中十分普遍。在一個共享內存總線結構中，所有的端口通過一個共享總統訪問中央內存。采用仲裁機制來控制端口訪問共享端口。這消除了交叉矩陣千兆路由交換機技術具有的基于端口的靜態內存分配和隊頭阻塞的問題并以一種高效的方式使用系統內存。

共享內存的問題是，構造一個快的足以提供無阻塞的速度超過20Gbps性能的仲裁機構現在很難作到。例如：現在的芯片，技術的數據總線一般是64位，總統的時鐘頻率（并非芯片的內部時鐘頻率）為 100MHz，這樣的系統背板性能可達到64×100MHz＝6.4GbPs，按雙向計算，系統背板性能為12.8GbPS。

因此，受限于現在的內存促裁機制芯片，共享內存體系的擴展性比較差。 2.2.3并行訪問共享內存 并行訪問共享內存是一種共享內存結構設計：所有端口共享一個中央內存空間。

然而，不象傳統的基于總統的共享內存結構，并行訪問共享內存為每個模塊上的每個端口提供一個專用的可同時寫入中央內存機構和從中讀出的機制，這種機制無需要總線仲裁設備。#p#

并行訪問共享內存能夠保證在所有端口上同時實現完全的線速性能。并行共享內存解決了基于總線的共享內存的擴展性問題，它的每一個模塊到中央內存的存取速度都可以達到10GbPS以上，而整個中央內存可以容許超過30路的同時訪問，這樣一個系統的背板容量可以擴展到300GbPs以上。

同時并行訪問共享內存也沒有引人交叉矩陣背板帶來的隊頭阻塞等問題。 2.3千兆路由交換機技術的第三層包轉發機制（胸中式與分布式） 每個廠商的路由交換機的實現機制不同，在路由功能的實現上，主要有集中式和分布式兩種機制。下面進行詳細論述。

集中式第三層包轉發 集中式第三層包轉發是指在交換機中有一個專門的硬件模塊（路由模塊）來對全交換機的第三層包進行轉發。交換機的每個接口模塊如千兆路由交換機技術同交換模塊，都不具備第三層的處理功能，需要把第三層的數據包從背飯送往路由模塊來查詢路由并轉發。

嚴格的講，這種結構的交換機更準確的名稱是第三層交換機，而不是千兆路由交換機技術。 集中式第三層包轉發是早期的技術，它的缺點在于整個交換機的路由性能受限于其路由模塊的能力。

另外，當一個IP包要進行路由時，它經常要從一個以太網接口模塊通過背板總線送往路由模塊，在路由模塊處理后，又經背板總統送往同一以太網接口模塊，這樣一種數據包傳送方式浪費了背板總規處理能力。

并且路由模塊的故障會導致整個交換機內的路由功能的失效。 實際中很多廠商交換機中的路由模塊就是一個以插卡形式集成在交換機內的軟件路由器。因此在各廠商的產品中，采用集中式包轉發的千兆路由交換機技術的路由能力一般可達到15Mpps。

分布式第三層包轉發 隨著ASIC芯片技術的發展，具有路由功能的模塊被集成到一塊芯片上，于是廠商將路由芯片設計到了路由交換機中的每一個接口模塊上，這種技術就被稱為分布式第三層包轉發。它不需要一個專門的模塊來為整個機箱服務做包的轉發，第三層的包轉發可以由每個接口模塊上的路由芯片獨立完成。

分布式第三層包轉發突破了集中式第三層包轉發的性能瓶頸，但它的路由控制機制比集中式要復雜，它需要在每一個端口保留路由表信息以進行快速的包轉發。盡管在技術上更復雜，由于在性能上遠遠超出集中式，分布式第三層包轉發技術已經成為了現在路由交換機的主流技術。

線速的包轉發 現在廠商往往直稱自己的千兆路由交換機技術的每個端口都是線速的，那么怎么判定一個路由交換機中所有的端口是否線速呢？線速的衡量標準是以64byte的數據包（第二層或第三層包）作為計算基準，常用的基準如下： *對于千兆路由交換機技術，一個線速端口的包轉發率為1.488Mpps。

對于快速以太網，一個線速端口的包轉發率為148.8kpps。 *對于OC－12的POS端口，一個線速端口的包轉發率為1.17Mpps。 *對于OC－48的POS端口，一個線速端口的包轉發率為468MppS。

對于千兆路由交換機技術來說，計算方法如下： （64＋8＋12）byte×1，488，095pps.×8bit=1，000，000，000bps 說明：當以太網幀為64byte時，需考慮8byte。的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。故一個線速的千兆路由交換機技術端口在轉發64byte包時的包轉發率為1.488Mpps。快速以太網的統速端口包轉發率正好為千兆路由交換機技術的十分之一，為148.8kpps。

對于POS端口來說，計算方法如下： 一個OC－12的SDH中容器的有效速率約為599MbPs，將其除以64×8bit的包長度，就可以得出一個線速的OC－12POS端口的包轉發率為1.17Mpps。OC－48的容器的有效速率為OC－12一的四倍，所以OC－48 POS端口的線速包轉發率為1.17×4＝4.68Mpps。