隨著我國路由行業(yè)的發(fā)展，也推動了路由器關鍵技術的不斷完善，于是我研究了一下路由器關鍵技術的詳細講解，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。近年來，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展異常迅猛，應用日益商業(yè)化，網(wǎng)上用戶數(shù)的發(fā)展難以預測。

此外，越來越多的用戶需要高速接入。有關資料表明，在我國，上網(wǎng)速度慢是眾多網(wǎng)民抱怨的首要問題。因此，提高網(wǎng)絡帶寬、網(wǎng)絡服務質量、路由器上的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)變得日益重要。在保證質量的前提下，***限度地利用帶寬，及早發(fā)現(xiàn)并診斷設備故障，迅速方便地根據(jù)需要改變配置等網(wǎng)絡管理功能，成為直接影響網(wǎng)絡用戶和網(wǎng)絡運營商利益的重要因素?？偟貋碚f，路由器的結構正朝著速度更快、服務質量更好和更易于綜合化管理三個方向發(fā)展。

路由器的兩大功能

數(shù)據(jù)通路功能：對于每個到達路由器的數(shù)據(jù)包，在不丟失的情況下，負責尋路。此功能主要包括：轉發(fā)決定，經(jīng)由背板輸出鏈路隊列調度。轉發(fā)功能是通過專門硬件來實現(xiàn)的，每一個通過路由器的分組包都要執(zhí)行這個操作。數(shù)據(jù)通路功能對改進路由器關鍵技術的性能是很重要的。控制功能：主要包括路由表的管理和系統(tǒng)的配置與管理，以及與相鄰路由器關鍵技術信息，通過軟件實現(xiàn)等。這些功能不是針對每個數(shù)據(jù)包的，因此使用頻度相對低一些。

路由器關鍵技術問題

就目前路由器關鍵技術，有的問題已經(jīng)取得了階段性的成果，有的才剛剛開始研究。需要說明的是，這個領域的發(fā)展非?？臁榱吮阌谙到y(tǒng)地理解這些關鍵技術問題，我們根據(jù)路由器發(fā)展的三大趨勢，大致將這些問題分為三類。一是與高速有關的問題，如路由表快速查找、總線背板和交換結構等。二是QoS問題，如數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)包的分類，流量工程和阻塞控制等。三是與軟件有關的問題，如軟件的穩(wěn)定性、配置和管理等。需要說明的是，這種分類法并不嚴格，有些問題可以同時屬于兩類。

1.與速度有關的技術

路由表的快速查找技術

為了解決地址資源緊缺，減少路由表的規(guī)模，降低管理難度，互聯(lián)網(wǎng)采用了CIDR（Classless Inter-Doma in Routing）。這樣，路由表中存放的不是一個個具體的IP地址，而是可變長度的網(wǎng)絡前綴。路由技術在對IP包尋址時，采用最長的網(wǎng)絡前綴匹配（LPM-Longest Prefix Matching）。例如，假設路由表中有兩個表項“202.168.X.X，輸出端口1”和“202.168.16.X，輸出端口2”（X表示任意），如果有一個IP包的目的地址為202.168.16.5，那么這個包應該從端口2輸出。傳統(tǒng)的路由器執(zhí)行最長網(wǎng)絡前綴匹配的時間很長，使得路由表查找成為路由器速度的瓶頸。最近兩年出現(xiàn)了一些快速查表算法，能夠支持吉比特鏈路。這些算法包括改進的精確匹配法、基于trie法、并行硬件法、協(xié)議改變簡化路由表的查詢和緩沖法等。這些算法，有些易于硬件實現(xiàn)，有些適合軟件實現(xiàn)。對于組播地址尋址，要根據(jù)IP包的源地址和組播地址查表，對源地址采用最長前綴匹配法，對目的地址采用精確匹配法。

交換結構和調度算法

交換結構有Crossbar、共享存儲器和總線三種方式。Crossbar結構的速度由調度器決定，共享存儲器結構的速度由存儲器的讀寫速度決定，共享總線結構的速度由總線的容量和仲裁的開銷決定。調度器是Crossbar交換結構的核心，它在每個調度時隙內收集各輸入端口有關數(shù)據(jù)包隊列的信息，經(jīng)過一定的調度算法得到輸入端口和輸出端口之間的一個匹配，提供輸入端口到輸出端口的通路。采用輸入緩沖無阻塞方式的Crossbar，用ESLIP算法實現(xiàn)調度已被一些廠家所采用。調度器設計的難點在于，既要滿足系統(tǒng)吞吐率達到100％的要求，又要支持CoS(Classes of Service)。調度算法中，加權公平排隊算法（WFQ-Weighted Fair Queuing）和經(jīng)過改進后的加權公平流排隊算法（WF2Q-Weighted Fair Flow Queuing）比較容易實現(xiàn)，而且性能也不錯?？傊?，要讓互聯(lián)網(wǎng)真正能夠綜合多種業(yè)務，作為網(wǎng)絡連接核心設備的路由器，必須提高端口速率和交換容量，提供QoS保證和流量工程（TE-Traffic Engineering）功能。

背板總線

由于端口速率高，交換結構需要加速，而且接口板與交換板之間、控制板與接口板之間、控制板與交換板之間的連線很多，目前的路由器關鍵技術以及交換機都采用高速背板總線以提高系統(tǒng)的吞吐率。為了提高效率，數(shù)據(jù)線采用串行差分線路，速率可達每秒鐘1～2吉比特。要保證如此高的傳輸速率和那么多的連線，對背板總線的設計要求非常高。如何降低數(shù)據(jù)的傳輸誤碼率以及保證時鐘同步是總線設計中的關鍵技術。斯坦福大學的Tiny Tera路由器項目中，大量采用串行總線的實現(xiàn)方法值得研究和借鑒。

2.與服務質量有關的技術

數(shù)據(jù)包分類技術

路由器關鍵技術要對到達的分組包進行識別、分類以決定其所應接受的服務類型。當初IETF所考慮的方案是在網(wǎng)絡的核心，根據(jù)IP報頭的TOS（Type of Service）域來識別分組，但是在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，由于一直采用“盡力”傳輸，同時由于終端在發(fā)送IP包時不考慮TOS，因此，TOS一直沒有發(fā)揮作用。目前在邊緣設備，根據(jù)IP分組的源IP地址、目的IP地址、源端口號、目的端口號、傳輸層協(xié)議類型來對分組進行識別。此外，為了實現(xiàn)防火墻的功能也需要對IP分組進行識別。

在識別時，每條識別規(guī)則采用的是源IP地址、目的IP地址、源端口號、目的端口號、傳輸層協(xié)議類型。在上述識別規(guī)則中，每個域都可能是一個區(qū)間。例如有這樣一條識別規(guī)則“202.66.83.X，202.66.72.X，X，23，TCP”（X表示任意），這條規(guī)則識別從網(wǎng)絡202.66.83.X到網(wǎng)絡202.66.72.X的telnet數(shù)據(jù)。從幾何的角度來看，假如判別時利用了IP報頭的K個域，這個問題實際上是在一個K維空間中有許多互相交疊的實體（每條判別規(guī)則對應于一個實體），每當有一個分組到達時，該分組相當于K維空間上的一個點，進行判別實際上是要找出包含該點的優(yōu)先級***的實體。

數(shù)據(jù)流的分類

一系列通過給定的源和目的地的數(shù)據(jù)包被作為數(shù)據(jù)流，流可以是長時間維持的TCP連接的一系列數(shù)據(jù)包，也可以是聲音或圖像的一系列UDP數(shù)據(jù)包。通常，流有長短之分，劃分有兩個標準：端口對和主機對。按端口對劃分是指同***的數(shù)據(jù)包必須具有相同的源、目的地址和TCP/UDP端口號等；按主機對劃分只要求各數(shù)據(jù)包具有相同的源和目的地址。目前常用的流分類器有三種，一種是X/Y分類器，Y為規(guī)定的時間間隔，X為數(shù)據(jù)包數(shù)。若在時間Y內某一數(shù)據(jù)流到達的數(shù)據(jù)包數(shù)大于X，則該流就被認定為長數(shù)據(jù)流，否則是短數(shù)據(jù)流；另一種是協(xié)議分類器（Protocol Classifier），它規(guī)定了所有的TCP包均被定義為數(shù)據(jù)流；還有一種是端口分類器（Port Classifier），它規(guī)定了幾個特殊的TCP端口作為長數(shù)據(jù)流。因為分類要對每個進入路由器關鍵技術的包進行包頭檢查，我們需要快速的分類算法。