路由器技术体系演进

在路由器技术的发展历程中，性能和业务这两个因素发挥着关键作用。一方面，带宽和网络规模的增长推动着路由器在性能、容量方面不断提升；另一方面，业务的 发展驱动着路由器更加智能化，并具备更强的业务提供能力。在这两项关键因素中，性能因素在路由器发展的前期起到主导作用，随着IP网络和业务的迅猛发展， 业务因素或者说是业务性能在网络中的价值将起到越来越重要的作用。

所谓高性能不仅指转发的高性能，还包括业务的高性能和高品质服务，路由器不但在处理各种业务时游刃有余，同时转发性能也不出现明显的下降。路由器提供的业务能力不是解决“有”或“无”的问题，而是高品质的业务保证。

基于“业务与性能并重，业务平滑演进”的设计理念，业务高性能、集成化、业务智能化、高可靠、高安全、易使用正成为路由器的发展趋势。

一、五代历程：路由器技术体系演进

路由器是TCP/IP网络中最主要的联网设备。TCP/IP是从上世纪70年代中期美国国防部ARPANET技术发展起来的，美国军方希望用它来连接不同 的局域网和广域网，以便在遭受战争打击后可以保持网络连通。TCP/IP体系结构和技术的开放性使其逐步被众多的高校、科研机构所采纳，并逐步成为一个事 实上的标准。

路由器技术体系的发展，大致可以划分为五代：

第一代路由器：集中转发，总线交换

最初的IP网络并不大，网关所需连接的设备及其需要处理的负载也很小。这一时期的网关（路由器）基本上可以用一台计算机插上多块网络接口卡的方式来实现。 接口卡与CPU之间通过内部总线相连，CPU负责所有的事务处理，包括路由收集、转发处理、设备管理等。网络接口在收到报文后，通过内部总线传递给 CPU，由CPU完成所有处理后再从另一个网络接口传递出去。

这个阶段的路由器主要用于企业或科研机构连接到Internet。

第二代路由器：集中+分布转发，接口模块化，总线交换

由于每个报文都要经过总线送交CPU处理，随着网络用户的增多，网络流量不断增大，接口数量、总线带宽和CPU的瓶颈效应越来越突出。于是很自然地想到： 如何提高网络接口数量，如何降低CPU、总线的负担？为了解决这个问题，第二代路由器就在网络接口卡上进行一些智能化处理，由于网络用户通常只访问少数几 个地方，因此可将少数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上，使大多数报文直接通过业务板Cache的路由表进行转发，减少对总线和CPU 的请求，仅仅对Cache中找不到的报文送交CPU处理。

第二代路由器的转发性能有了较大提升，并可根据具体的网络环境提供丰富的连接方式和接口密度，在互联网和企业网中都获得了广泛应用。

第三代路由器：分布转发，总线交换

上世纪90年代出现的Web技术使IP网络得到了迅猛发展，用户的访问面获得了极大的拓宽，访问的地方也不再象过去那样固定，于是经常出现无法从 Cache找到路由的现象，总线、CPU的瓶颈效应再次出现。另外，由于用户的增加和路由器接口数量不足引发的问题也再次暴露出来了。为了解决这些问题， 第三代路由器应运而生。第三代路由器采用全分布式结构，路由与转发分离，由主控板负责整个设备的管理和路由的收集、计算功能，并将计算出的转发表下发到各 业务板，而各业务板则根据保存的路由转发表独立地进行路由转发。此外，总线技术也得到了较大的发展，通过总线，业务板之间的数据转发完全独立于主控板，实 现了并行高速处理，使路由器的处理性能成倍提高。

第三代路由器将转发性能提高了数倍，并具备了一个业务灵活扩展、性能不断提升的体系结构，在90年代中期成为Internet骨干主流设备。

第四代路由器：ASIC分布转发，网络交换

在上世纪90年代中后期，随着IP网络的商业化，特别是Web技术出现以后，Internet技术得到空前的发展，用户数目迅猛增加，网络流量特别是核心 网络的流量以指数级数增长，传统的基于软件的IP路由器无法再满足网络的发展需要。以常见的主干节点2.5GPOS端口为例，按照IP最小报文40字节计 算，2.5GPOS端口线速的流量约为6.5Mpps，而且报文处理中还包含了诸如QoS保证、路由查找、二层帧头的剥离/添加等操作，传统的做法不可能 实现这些功能。于是，一些厂商开始引入ASIC实现方式，将转发过程的所有细节全部通过硬件的方式来实现，此外还在交换网上采用了CrossBar或共享 内存的方式，解决内部交换的问题，使路由器的性能达到千兆比特，即早期的千兆交换式路由器GSR（Gigabit Switch Router）。

第五代路由器技术：网络处理器分布转发，网络交换

从上面的发展过程可以看到，每一次技术进步都是随着业务的发展而出现了新的需求。不过，互联网泡沫时代的发展焦点集中在路由器的转发性能上，前四代路由器 的最大进步均在速度的提升方面。在宽带互联网一路高歌迅速发展的同时，IP网络技术的缺陷也越来越充分地暴露出来：网络无管理无法运营的问题、IP地址缺 乏问题、IP业务服务质量问题以及IP安全等问题，这些问题都严重地阻碍着网络的进一步发