路由器硬件架构

我们可以把路由器比作网络世界的骨架，我们之所以能够在网络世界里畅游，很大程度上是得益于这个铁盒子。

 自：http://blog.csdn.net/hanhannina/article/details/7166452

路由器硬件结构

1、  主要硬件组成

硬件：中央处理器（cpu）、内存、接口、控制端口、等物理硬件和电路

软件：路由器的IOS系统

2、  中央处理器(CPU)

Cisco路由器主要采用Motorola68030和Orion/R4600

主要负责路由器的配置管理和数据包的转发工作

3、  只读内存(ROM)

只读内存(ROM ,Readly Memory) 只能读取而不能写入。用来储存厂家固化写入的程序数据。

ROM中主要高扩

①     系统加电自检代码(POST)，检测硬件部分是否完好

②     系统引导区代码(BootStrap)，用于启动路由器并载入IOS操作系统

③     备份的IOS操作系统。通常这个IOS版本比现运行的版本低一些。

4、  闪存(flash)

可读可写的存储器。在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。Flash中存放着当前使用的IOS。Flash大则可以放入多个版本的IOS，对升级有利。避免长时间的网络故障。

5、  非易失性RAM(NVRAM)

NVRAM(Nonvolatile RAM)是可读可写的，在系统重新启动或者关机之后仍能保存数据。仅用于保存启动配置文件(Startup-Config)，故其容量较小，通常只配置32KB~128KB。同时NVRAM速度快，且成本高。

6、  随机存储器(RAM)

RAM可读可写。但是存储的内容在系统重启或关机后将被清除。RAM是运行期间暂时存放操作系统和数据的存储器。让路由器能迅速访问这些讯息。RAM的存取速度优先于前面的存取速度。

运行期间，RAM中包含有：路由表项目、ARP缓冲项目、日志项目和队列中排队等待发送的分组、运行配置文件、正在执行的代码、IOS操作系统程序、临时数据信息。

RAM分为两大类：

Static RAM/SRAM。速度快、价钱高。用在CPU的一级、二级缓存。

Dynamic RAM/DRAM。比任何ROM都快。只能将数据保持很短的时间。为了保持数据DRAM必须搁一段时间刷新(refresh)一次。如果没刷新，数据就会丢失。

7、  路由器接口

每个接口都有自己的名字。

对于接口固定的路由器：名字由类型标志与数字编号构成。例：Ethernet0

对于支持“在线插拔和删除”或具有动态更改物理接口配置的路由器：全名称中至少有连个数字，中间用斜杠“/”分割。例：serial3/0、Ethernet4/0/1

8、  控制台端口

用于用户或者管理员能够利用终端与路由器进行通信，完成路由器配置。该端口提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口，用于在本地对路由器进行配置(首次配置必须通过控制台端口进行)。采用DB25连接器。

 

9、  路由器加电启动过程

①     系统硬件加电自检。运行ROM中的硬件检测程序，检测各组件能否正常工作。完成硬件检测后，开始软件出事话工作。

②     软件初始化过程。运行ROM中的BootStrap程序，进行初步引导工作。

③     寻找并载入IOS系统文件。

④     IOS装在完毕，系统在NVRAM中搜索保存的Starup-Config文件，进行系统的配置。如果NVRAM中存在Starup-Config文件，则将该文件调入RAM中并逐条执行。否则，系统进入Setup模式，进行路由器初始配置

 

   

Flash（闪存）中存放的是路由器的操作系统，大家所熟悉IOS（Interconnection Operation System） 就是CISCO的路由器操 作系统，用压缩的格式存放在路由器Flash中。 NVRAM（非易失性存储器）使用IOS提供的相关命令对路由器进行配置，并以文件的形式存放在NVRAM中，这样方便在启动时加载到内存中。

ROM（Read Only Memory）只读存储器里包含了POST（Power On Self Test）加电自检代码、Boot Strap引导代码、Mini IOS (简化版的IOS相当于windows 系统的安全模 式)、ROM Monitor（相当与windows的命令提示模式主要用于灾难恢复） RAM（Random-Access Memory）随机存取存储器包含启动时加载的IOS、各种路由协议进程、活动配置文件、缓冲区等

 

路由器硬件架构

       随着专用多核网络处理器、专用转发芯片的出现，使得现代路由器摆脱了以往纯软件转发的局限，向着高吞吐率、硬件快速转发等方向发展。高端的路由器设计成多板分布式+冗余备份的架构，使转发能力成倍的增强，同时还大大提高了业务的稳定性。

 

       下图是一幅典型的路由器硬件架构图：

 

        目前高端路由器大多采用专门的多核网络处理器作为CPU，如Cavium公司研发的Octeon系列处理器，主流的6000系列16~32个核，即将上市的7000系列多达64个核，并行处理能力大大加强。并且这类专用网络处理器在硬件上都对网络报文的解析、保序、转发等方面提供了专门的协处理器进行支持，优化并提高了系统的转发能力，也为软件研发者省去了不少麻烦。

        Broadcom、Marvell等公司提供专门的转发芯片，通过VLAN、硬件路由等功能，在硬件上直接支持了对报文的二三层的线速转发，并且多片交换芯片之间可连接，最终形成一个大的交换矩阵网络。

       CPU和交换芯片之间的数据通道可由10G高速接口相连，实现海量数据的传输；管理通道通过PCIe总线相连，传输控制信号。

       64位的CPU有着广阔的寻址空间，可以支持很大的DRAM内存。

CF卡或SD卡用来存储系统程序，可以很方便的对系统程序进行升级。

       BOOT ROM存储着系统加载程序，系统上电时首先从BOOT ROM开始运行，由BOOT ROM来负责加载整个操作系统。

       CPLD中存储着系统的版本信息，由BOOT ROM来负责读取版本参数，并通知给系统。

       作为分布式系统的话，各个单板之间通过背板接口传输数据和管理信息。

 

路由器软件架构

        路由器是一个典型的嵌入式系统，我们只讨论与网络相关的部分：

 

        由于使用多核处理器，软件的设计架构可以非常灵活，我们一般在CPU层面就把业务划分开，拿出几个核跑特定的核心业务（无操作系统），这样可以大大加快核心业务的处理能力。其它的核一般跑Linux、VxWorks等嵌入式操作系统，作为控制面。相比较而言，控制面的报文转发能力就很差了，但由于有操作系统和协议栈的支持，控制面可以跑更复杂、更定制化的业务，根据客户需求灵活的设计业务模式。