[科普中國(guó)]-核心路由器

發(fā)展史

早在40多年前就已經(jīng)出現(xiàn)了對(duì)路由技術(shù)的討論，但是直到80年代路由技術(shù)才逐漸進(jìn)入商業(yè)化的應(yīng)用。路由技術(shù)之所以在問世之初沒有被廣泛使用主要是因?yàn)?0年代之前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都非常簡(jiǎn)單，路由技術(shù)沒有用武之地。直到最近十幾年，大規(guī)模的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)才逐漸流行起來，為路由技術(shù)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)和平臺(tái)。

路由器（Router）是互聯(lián)網(wǎng)的主要結(jié)點(diǎn)設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來（router，轉(zhuǎn)發(fā)者）。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP 的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet 的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器構(gòu)成了Internet的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量。因此，在園區(qū)網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、乃至整個(gè)Internet 研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于核心地位，其發(fā)展歷程和方向，成為整個(gè)Internet研究的一個(gè)縮影。在當(dāng)前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)和信息建設(shè)方興未艾之際，探討路由器在互連網(wǎng)絡(luò)中的作用、地位及其發(fā)展方向，對(duì)于國(guó)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以及明確網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)上對(duì)于路由器和網(wǎng)絡(luò)互連的各種似是而非的概念，都有重要的意義。

十項(xiàng)性能指標(biāo)指標(biāo)之一： 吞吐量

吞吐量是路由器的包轉(zhuǎn)發(fā)能力。吞吐量與路由器端口數(shù)量、端口速率、包長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)包類型、路由計(jì)算模式(分布或集中)以及測(cè)試方法有關(guān)，一般泛指處理器處理數(shù)據(jù)包的能力。高速路由器的包轉(zhuǎn)發(fā)能力至少達(dá)到20Mpps以上。吞吐量主要包括兩個(gè)方面：

1. 整機(jī)吞吐量

整機(jī)指設(shè)備整機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)能力，是設(shè)備性能的重要指標(biāo)。路由器的工作在于根據(jù)IP包頭或者M(jìn)PLS標(biāo)記選路，因此性能指標(biāo)是指每秒轉(zhuǎn)發(fā)包的數(shù)量。整機(jī)吞吐量通常小于路由器所有端口吞吐量之和。

2. 端口吞吐量

端口吞吐量是指端口包轉(zhuǎn)發(fā)能力，它是路由器在某端口上的包轉(zhuǎn)發(fā)能力。通常采用兩個(gè)相同速率測(cè)試接口。一般測(cè)試接口可能與接口位置及關(guān)系相關(guān)，例如同一插卡上端口間測(cè)試的吞吐量可能與不同插卡上端口間吞吐量值不同。

指標(biāo)之二：路由表能力

路由器通常依靠所建立及維護(hù)的路由表來決定包的轉(zhuǎn)發(fā)。路由表能力是指路由表內(nèi)所容納路由表項(xiàng)數(shù)量的極限。由于在Internet上執(zhí)行BGP協(xié)議的路由器通常擁有數(shù)十萬條路由表項(xiàng)，所以該項(xiàng)目也是路由器能力的重要體現(xiàn)。一般而言，高速路由器應(yīng)該能夠支持至少25萬條路由，平均每個(gè)目的地址至少提供2條路徑，系統(tǒng)必須支持至少25個(gè)BGP對(duì)等以及至少50個(gè)IGP鄰居。

指標(biāo)之三：背板能力

背板指輸入與輸出端口間的物理通路。背板能力是路由器的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)路由器采用共享背板，但是作為高性能路由器不可避免會(huì)遇到擁塞問題，其次也很難設(shè)計(jì)出高速的共享總線，所以現(xiàn)有高速路由器一般采用可交換式背板的設(shè)計(jì)。背板能力能夠體現(xiàn)在路由器吞吐量上，背板能力通常大于依據(jù)吞吐量和測(cè)試包長(zhǎng)所計(jì)算的值。但是背板能力只能在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)，一般無法測(cè)試。

指標(biāo)之四：丟包率

丟包率是指路由器在穩(wěn)定的持續(xù)負(fù)荷下，由于資源缺少而不能轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包在應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包中所占的比例。丟包率通常用作衡量路由器在超負(fù)荷工作時(shí)路由器的性能。丟包率與數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度以及包發(fā)送頻率相關(guān)，在一些環(huán)境下，可以加上路由抖動(dòng)或大量路由后進(jìn)行測(cè)試模擬。

指標(biāo)之五：時(shí)延

時(shí)延是指數(shù)據(jù)包第一個(gè)比特進(jìn)入路由器到最后一個(gè)比特從路由器輸出的時(shí)間間隔。該時(shí)間間隔是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式工作的路由器的處理時(shí)間。時(shí)延與數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度和鏈路速率都有關(guān)，通常在路由器端口吞吐量范圍內(nèi)測(cè)試。時(shí)延對(duì)性能影響較大, 作為高速路由器，在最差情況下, 要求對(duì)1518字節(jié)及以下的IP包時(shí)延均都小于1ms。

指標(biāo)之六：背靠背幀數(shù)

背靠背幀數(shù)是指以最小幀間隔發(fā)送最多數(shù)據(jù)包不引起丟包時(shí)的數(shù)據(jù)包數(shù)量。該指標(biāo)用于測(cè)試路由器緩存能力。具有線速全雙工轉(zhuǎn)發(fā)能力的路由器，該指標(biāo)值無限大。

指標(biāo)之七：時(shí)延抖動(dòng)

時(shí)延抖動(dòng)是指時(shí)延變化。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延抖動(dòng)不敏感，所以該指標(biāo)通常不作為衡量高速路由器的重要指標(biāo)。對(duì)IP上除數(shù)據(jù)外的其他業(yè)務(wù)，如語音、視頻業(yè)務(wù)，該指標(biāo)才有測(cè)試的必要性。

指標(biāo)之八：服務(wù)質(zhì)量能力

1.隊(duì)列管理機(jī)制

隊(duì)列管理控制機(jī)制通常指路由器擁塞管理機(jī)制及其隊(duì)列調(diào)度算法。常見的方法有RED、WRED、WRR、DRR、WFQ、WF2Q等。

排隊(duì)策略：

● 支持公平排隊(duì)算法。

● 支持加權(quán)公平排隊(duì)算法。該算法給每個(gè)隊(duì)列一個(gè)權(quán)(weight)，由它決定該隊(duì)列可享用的鏈路帶寬。這樣，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)可以確實(shí)得到所要求的性能，非彈性業(yè)務(wù)流可以與普通(Best-effort)業(yè)務(wù)流相互隔離。

● 在輸入/輸出隊(duì)列的管理上，應(yīng)采用虛擬輸出隊(duì)列的方法。

擁塞控制:

● 必須支持WFQ、RED等擁塞控制機(jī)制。

● 必須支持一種機(jī)制，由該機(jī)制可以為不符合其業(yè)務(wù)級(jí)別CIR/Burst合同的流量標(biāo)記一個(gè)較高的丟棄優(yōu)先級(jí)，該優(yōu)先級(jí)應(yīng)比滿足合同的流量和盡力而為的流量的丟棄優(yōu)先級(jí)高。

● 在有可能存在輸出隊(duì)列爭(zhēng)搶的交換環(huán)境中，必須提供有效的方法消除頭部擁塞。

2.端口硬件隊(duì)列數(shù)

通常路由器所支持的優(yōu)先級(jí)由端口硬件隊(duì)列來保證。每個(gè)隊(duì)列中的優(yōu)先級(jí)由隊(duì)列調(diào)度算法控制。

指標(biāo)之九：網(wǎng)絡(luò)管理

網(wǎng)管是指網(wǎng)絡(luò)管理員通過網(wǎng)絡(luò)管理程序?qū)W(wǎng)絡(luò)上資源進(jìn)行集中化管理的操作，包括配置管理、計(jì)賬管理、性能管理、差錯(cuò)管理和管理。設(shè)備所支持的網(wǎng)管程度體現(xiàn)設(shè)備的可管理性與可維護(hù)性，通常使用SNMPv2協(xié)議進(jìn)行管理。網(wǎng)管粒度指示路由器管理的精細(xì)程度，如管理到端口、到網(wǎng)段、到IP地址、到MAC地址等粒度。管理粒度可能會(huì)影響路由器轉(zhuǎn)發(fā)能力。

指標(biāo)之十：可靠性和可用性

1.設(shè)備的冗余

冗余可以包括接口冗余、插卡冗余、電源冗余、系統(tǒng)板冗余、時(shí)鐘板冗余、設(shè)備冗余等。冗余用于保證設(shè)備的可靠性與可用性，冗余量的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在設(shè)備可靠性要求與投資間折衷。 路由器可以通過VRRP等協(xié)議來保證路由器的冗余。

2.熱插拔組件

由于路由器通常要求24小時(shí)工作，所以更換部件不應(yīng)影響路由器工作。部件熱插拔是路由器24小時(shí)工作的保障。

3.無故障工作時(shí)間

該指標(biāo)按照統(tǒng)計(jì)方式指出設(shè)備無故障工作的時(shí)間。一般無法測(cè)試，可以通過主要器件的無故障工作時(shí)間計(jì)算或者大量相同設(shè)備的工作情況計(jì)算。

4.內(nèi)部時(shí)鐘精度

擁有ATM端口做電路仿真或者POS口的路由器互連通常需要同步。在使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，其精度會(huì)影響誤碼率。

在高速路由器技術(shù)規(guī)范中，高速路由器的可靠性與可靠性規(guī)定應(yīng)達(dá)到以下要求：

① 系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到或超過99.999%的可用性。

② 無故障連續(xù)工作時(shí)間：MTBF>10萬小時(shí)。

③ 故障恢復(fù)時(shí)間：系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)間

④ 系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)保護(hù)切換功能。主備用切換時(shí)間應(yīng)小于50ms。

⑤ SDH和ATM接口應(yīng)具有自動(dòng)保護(hù)切換功能，切換時(shí)間應(yīng)小于50ms。

⑥ 要求設(shè)備具有高可靠性和高穩(wěn)定性。主處理器、主存儲(chǔ)器、交換矩陣、電源、總線仲裁器和管理接口等系統(tǒng)主要部件應(yīng)具有熱備份冗余。線卡要求m+n備份并提供遠(yuǎn)端測(cè)試診斷功能。電源故障能保持連接的有效性。

⑦ 系統(tǒng)必須不存在單故障點(diǎn)。2