设计高性能路由器的关键技术

　　随着互联网流量的迅速增长，现有路由器很快将无法满足网络的交换和路由需求。为此，要进一步提高路由器的性能，T比特交换路由器将成为互联网骨干网不可缺少的设备。

　　相对于以往路由器而言，T比特交换路由器的设计在一系列关键技术上均取得了重大突破，主要包括以下几个方面。

　　超大容量高速交换网络 交换结构是网络交换设备的重要组成部分，它直接决定路由器和交换机的性能。高性能交换结构的设计对网络交换设备的研制十分关键。交换网络一般分为单级Crossbar和多级交换网络两类。按照输入输出端口连接关系，多级交换网络又可分为动态多级互联网络和静态多级互联网络，以下简称为动态网络和静态网络。多级网络优于Crossbar、静态网络优于动态网络、K元n方优于胖树（胖树和K元n方网络是典型的静态互联网络拓扑）。

　　与多级互联网络相比，Crossbar的可扩展性较差。主要因为考虑到随着端口数目和端口速率的增加，实现Crossbar的集中调度越来越困难。此外，由于受芯片内部逻辑和引脚数量的限制，构建大规模的Crossbar交换阵列也比较困难。因此从可扩展性方面考虑，T比特交换须选择多级交换网络。

　　高速接口技术 高速转发引擎是实现高端路由器的关键技术之一，高速转发引擎要在极短的时间内完成IP报文的完整性检查、校验和计算，由查表决定下一跳IP地址和交换端口号、包分类和过滤规则检查等工作。其中查表是耗时较多的操作。衡量线路接口卡性能的一个指标是端口包转发率（转包率），转包率表示单位时间内在不丢包的情况下，线路卡所处理的多IP包数。

　　目前10GbpsPOS接口大都采用光互联论坛（OpticalInternetworkingForum）提出的vsr技术，VSR技术使用12根850nm多模光纤，由VCSEL激光发射阵列并行传输12个1．25Gbps光通道。VSR不但充分使用目前成熟的技术，降低成本，而且还具有传输距离长、误码率低的优点。VSR技术可用于背板互联等。如果路由器端口之间速率为10Gbps，为了获得大于10Gbps的连接，可将N个物理上独立的OC－192c接口在逻辑上聚合成一个N× OC－192c接口，这就是虚拟高速接口或组合链路（CompositeLinks）技术。

　　软件 T比特路由器结构的分布性不但体现在单机柜主控模块与接口模块的关系上，多机柜互联更增加了路由器结构的分布性，从而使其软件体系结构的设计变得复杂而专用。软件的体系结构对T比特路由器控制平面的性能以及软件系统的可靠性至关重要。软件主要包括分布式实时操作系统和各种网络协议（包括路由协议）。

　　分布式实时操作系统是路由器软件体系结构的，它向下负责管理整个路由器的分布式硬件体系结构，向上提供应用编程接口（API），为整个路由器软件体系结构的构造提供基础。分布式实时操作系统的性能直接影响整个路由器的性能。多处理机节点间的通信协议需要一种快速的低开销的消息传送机制，为节点之间的通信提供低延迟、高带宽、高可靠的通信模式，达到改善系统性能的目的。而多处理机节点间的状态维护协议，保持多节点之间的同步以及系统对外的统一视图。

　　协议的分布并行实现分为集中并行和分布并行。集中并行的实现要求整个路由器只有一个中心控制单元，所有的路由协议都在中心控制单元上运行，该控制单元可能采用多处理器结构，并行处理对路由协议软件是透明的，需要并行编译系统的支持。分布并行指的是在多个机柜各自的控制单元上同时运行，根据一定的策略选择一个控制单元为主控制单元，如果主控制单元出现故障选择主备份控制单元为主控制单元。如果所有控制单元都具有全局映像，与其交互路由信息的外部路由器集合完全一致，那么这种并行实际上只是一种可靠性措施。软件的可靠性主要包括软件代码的可靠性、主备切换、in－service升级、任务保护（如果不采用保护模式的内存管理，错误的指针引用可能导致整个系统代码集的崩溃）。