通信工程師交換技術路由器體系結構的發(fā)展

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7.5.1 路由器體系結構的發(fā)展
隨著需求的增長和技術的進步，路由器的性能也不斷地升級提髙。迄今為止，路由器的體系結構經(jīng)歷了如下4個階段：
單機集中式總線結構；
單機分布式共享總線結構；
單機分布式Crossbar結構；
多機互連的集群結構。
1.單機集中式總線結構
最初的路由器采用了傳統(tǒng)的計算機體系結構，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網(wǎng)絡接口卡（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NIC接收進來，經(jīng)總線送 到集中式內(nèi)存排隊等待轉發(fā)，同時數(shù)據(jù)分組的首部送到CPU，進行路由選擇操作，然后內(nèi)存中的分組經(jīng)總線送到另一個NIC發(fā)送出去。由于總線被所有NIC和CPU及內(nèi)存所共享, 當NIC數(shù)量或數(shù)據(jù)流最很大時，設備對總線的爭用會導致嚴重的訪問沖突。另外，CPU需要處理所有的數(shù)據(jù)轉發(fā)操作，其處理能力成為路由器性能的主要瓶頸。這種結構的典型交換 容量通常小于0.5Gbit/s,僅適用于低速的接入路由器產(chǎn)絡。在這個領域中，交換網(wǎng)絡的拓撲結構，沖突的仲栽機制以及分組調(diào)度算法都是主要的研究內(nèi)容。
此外，在這種結構的路由器中，通常采用可以基于內(nèi)容進行査找的路由表査詢器件 (TCAM),可以在一個時鐘周期內(nèi)返回下一跳的査找結果，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。這種結構的典型容量是幾十到上百個Gbit/8,現(xiàn)在骨干網(wǎng)絡 中的核心路由器通常都是采用這種結構。
從前面的三代路由器的結構變遷過程，可以看到系統(tǒng)的并行化是路由器發(fā)展的重要方向。到單機分布式C_bar結構為止，先是與主板分離的多個線卡的并行搡作，然后是多條 數(shù)據(jù)通路的并行操作，在單機基礎上的并行化工作已經(jīng)進行的非常徹底了。要想進一步提高 系統(tǒng)的交換容量，需要更高層次的體系結構革新。

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