通信工程師交換技術(shù)路由器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

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7.5.1 路由器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展
隨著需求的增長和技術(shù)的進(jìn)步，路由器的性能也不斷地升級提髙。迄今為止，路由器的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了如下4個(gè)階段：
單機(jī)集中式總線結(jié)構(gòu)；
單機(jī)分布式共享總線結(jié)構(gòu)；
單機(jī)分布式Crossbar結(jié)構(gòu)；
多機(jī)互連的集群結(jié)構(gòu)。
1.單機(jī)集中式總線結(jié)構(gòu)
最初的路由器采用了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，包括共亨總線（BUS)、中央處理器 (CPU)、內(nèi)存（Mem)及掛在共享總線上的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC)，如圖7-31所示。

 Cisco2501路由器就是第一代路由器的典型代表，其中CI>IJ采用Motorola的68302處理器。
CPU完成除物理接口之外的其他所有功能，數(shù)據(jù)分組從一個(gè)NIC接收進(jìn)來，經(jīng)總線送 到集中式內(nèi)存排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)數(shù)據(jù)分組的首部送到CPU，進(jìn)行路由選擇操作，然后內(nèi)存中的分組經(jīng)總線送到另一個(gè)NIC發(fā)送出去。由于總線被所有NIC和CPU及內(nèi)存所共享, 當(dāng)NIC數(shù)量或數(shù)據(jù)流最很大時(shí)，設(shè)備對總線的爭用會導(dǎo)致嚴(yán)重的訪問沖突。另外，CPU需要處理所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作，其處理能力成為路由器性能的主要瓶頸。這種結(jié)構(gòu)的典型交換 容量通常小于0.5Gbit/s,僅適用于低速的接入路由器產(chǎn)絡(luò)。在這個(gè)領(lǐng)域中，交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，沖突的仲栽機(jī)制以及分組調(diào)度算法都是主要的研究內(nèi)容。
此外，在這種結(jié)構(gòu)的路由器中，通常采用可以基于內(nèi)容進(jìn)行査找的路由表査詢器件 (TCAM),可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)返回下一跳的査找結(jié)果，大大加快了査找速度，突破了査 表與線速之間的速度匹配障礙。這種結(jié)構(gòu)的典型容量是幾十到上百個(gè)Gbit/8,現(xiàn)在骨干網(wǎng)絡(luò) 中的核心路由器通常都是采用這種結(jié)構(gòu)。
從前面的三代路由器的結(jié)構(gòu)變遷過程，可以看到系統(tǒng)的并行化是路由器發(fā)展的重要方向。到單機(jī)分布式C_bar結(jié)構(gòu)為止，先是與主板分離的多個(gè)線卡的并行搡作，然后是多條 數(shù)據(jù)通路的并行操作，在單機(jī)基礎(chǔ)上的并行化工作已經(jīng)進(jìn)行的非常徹底了。要想進(jìn)一步提高 系統(tǒng)的交換容量，需要更高層次的體系結(jié)構(gòu)革新。

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