終極：高性能路由器（紙）_工程_高等教育_教育區

高性能路由器1、前言Internet規模的擴大，網絡流量的激增以及新網絡應用的不斷涌，白銀和青銅，傳輸流量比為70：20：5。Cisco 12416和Juniper M160實際上是70：16：5和70：14：5 。也就是說，即使在擁塞的情況下，也有足夠的帶寬來滿足所有金級流量，而不會引起數據包丟失，而銀級和銅級則有更多的損耗。3、高路由器可擴展性及其解決方案。目前，有許多解決路由器容量可擴展性問題的解決方案。最簡單的方法是依靠基于端口路由互連的多路由器群集方法�；�本思想是將幾個容量較低的路由器群集在一起，以形成一個具有較大外部接口容量的節點。當需要擴容時，增加了低容量的路由器。該方案的本質是將負載分配到多個不同的路由器上。但是，這種擴展方案具有以下缺點：首先，不同路由器之間通過端口進行互連將消耗大量昂貴的外部端口，并且互連成本將大大增加，尤其是對于互連的路由器而言。當路由器的數量超過四個時，互連鏈路將消耗大部分端口帶寬。

第二，隨著IP流量經過的路由器數量增加或實時服務IP流量所占比例增加，網絡延遲和抖動值將迅速增加。第三，通過端口互連多個路由器會引起熱點問題，即瞬時動態流量將使容量最小的路由器過載或延遲，而不會超過總容量。第四，較大的協議處理開銷，路由表條目的增加以及路由收斂時間的增加會影響整個群集路由器的可伸縮性和性能。第五，如果認為實際網絡中路由器的很大一部分是傳輸容量，則內部和外部接口的容量必須增加預期的傳輸服務數量，從而造成大量浪費。最后，這種集群路由器的網絡管理非常困難。每個路由器運行自己的獨立路由控制協議。路由協議的對等實體很多，這使得路由系統的實現非常復雜，并且軟件升級必須在每個節點上進行。在路由器上，網絡可能存在穩定性問題。解決可伸縮性的第二種方法是采用多網絡平面方法，這是當前許多運營商采用的擴展解決方案。這個想法是，每個核心節點都由多個具有相同編號的低容量路由器組成，以形成一個高容量核心節點。同一核心節點中的路由器不互連，而不同核心節點中的低容量路由器是的對應互連，形成多個不同的網絡平面。網絡邊緣節點分別連接到相鄰核心節點中的每個低容量路由器。

使用此配置方法不會因為同一核心節點中較低容量路由器的內部互連而丟失核心節點的外部接口容量。運營商可以根據業務量添加更多網絡平面以滿足容量需求，而先前安裝的設備仍可以使用。但是，這種擴展方案具有兩個重要的缺點。首先，當兩個核心節點之間的流量增加并且其插槽已滿時，即使不需要其他核心節點之間的擴展，也必須在整個網絡中添加新的網絡平面，并且必須添加大量路由器。配置，導致投資浪費。 。最后，當大量路由器更新信息時，網絡復雜性的增加可能會導致網絡不穩定。第二，如果兩個核心節點之間的通信量增加，并且核心節點之一的所有插槽已滿，則可以通過在同一位置添加核心節點來擴展容量。缺點是，即使您只需要添加一個新插槽，也需要添加多個路由器并提供與其他節點的大量互連鏈接。解決可擴展性的第三種方法是使用具有更好可擴展性的單個大容量路由器來形成網絡平面，具有簡單的結構，規劃和設計以及低成本。您可以根據需要添加接口卡和機箱。主要的實現方案包括總線，全網格連接，共享內存，三維環形網格和交叉開關，其中交叉開關方案是當前的主流實現方案。但是，縱橫開關方案仍不理想。主要原因是其交換矩陣的規模隨端口數N的平方增加。

隨著端口數量和端口速率的增加，為了有效地保持非阻塞特性，需要更多的輸入隊列和更復雜的集中式調度，這變得越來越難以實現，并且成本和成本越來越高和更高。而且，這種單級單平面交換結構的仲裁器經常形成瓶頸。升級和擴展必須依靠機箱和交換矩陣的更新。簡而言之，使用單級單平面交換矩陣將始終遇到一種或另一種技術瓶頸，最終導致接口數量的增加。顯然，對于大容量路由器，該解決方案不是長期解決方案。另一解決方案是使用多級多平面切換矩陣，即空間域多級切換矩陣。該方案的基本原理是使用多個獨立的開關矩陣來形成多級多平面開關矩陣。每個平面都有自己的仲裁器，解決了仲裁器的瓶頸問題。平面之間的獨立性減少了由于添加平面而可能造成的數據包丟失。在可伸縮性方面，使用多平面交換矩陣可以利用多個并行交換矩陣，從而擴展了系統的總容量或增加了系統的冗余度，避免了當前制造技術的瓶頸。從交換矩陣的角度來看，采用多級交換矩陣設計可以增強系統的動態擴展能力，并且其成本隨著端口數量N？logN的關系而緩慢增加，因此可以大大增加，這大大提高了容量的可擴展性。但是，該方案的單節點容量潛力仍然不能滿足長期需求，限制了網絡總容量的可擴展性，有必要探索進一步的擴展方案。

解決可伸縮性的第四種方法是采用集成的路由器結構解決方案，也稱為路由器矩陣技術或多機箱（Multi-Chassis）組合技術。通過采用并行交換技術，形成了多級，多平面的交換矩陣系統，從而突破了單個機箱在交換容量，功耗和散熱方面的局限性，實現了大容量的路由選擇和交換。交換系統。此時，每個路由器都由一個專用的交換矩陣機箱和多個接口板機箱組成。機箱之間的所有連接都是路由器的內部連接。集中式管理和路由控制引擎負責控制和管理。每個節點只有一條路由。從外部看，控制過程就像一個路由器，即邏輯上是路由器。這樣可以使路由系統和MPLS的實現相對簡單，可以簡化運營管理，降低運營成本。由于消除了協議開銷并優化了進程間通信，因此可伸縮性和性能得到了顯著提高。新型的高容量低容量光接口將每個機箱的背板互連，從而消除了普通接口卡所需的用于高速緩存的超高速存儲芯片陣列和高速同步動態芯片陣列，以及低成本光源VCSEL，從而實現了互連。6這比普通端口互連方法要低得多。但是，該解決方案需要解決關鍵技術問題，例如路由器矩陣的無阻塞設計，路由和控制引擎的處理能力，可靠性設計以及操作管理。另外，光交換矩陣本身將增加系統的初始投資，但在考慮到未來的升級和擴展成本之后，總成本仍然具有成本效益，可以更好地解決路由器的可擴展性問題，真正實現Tb / s級和數十個TB / s級超大容量核心路由器。

4、高性能路由器的發展趨勢，路由器市場將呈幾何級增長，具有更大的寬帶和更智能的發展趨勢。高性能路由器的研究方向是更大的帶寬，更智能，更安全。目前，傳輸數據只是路由器需要具備的基本功能。同時，它還承擔著重要的任務，例如網絡安全和信息安全。近年來，安全路由器已成為路由器領域增長最快的部分。為了滿足市場需求，盡管不同的組網需求要求路由器具有不同的功能，但是更大的帶寬和更智能的路由器將成為未來的主要研發方向。 “由于網絡角色不同，對路由器的要求肯定不同，但是未來的發展方向肯定是帶寬更大，更智能！”帶寬容量更大，并且根據這種趨勢，現在提出的千兆網絡已經發展壯大。 ，過去的數百KBS甚至可能現在無法滿足個人網絡的需求。更智能意味著路由器在網絡，通信和業務處理過程中可以更加自治，自覺和通用，并且可以自治地維護正常網絡，并且在發生異常時可以自動恢復正常，而無需人工干預。 7

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