集中式路由和分布式路由

1、交換機(jī)的第三層包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制（集中式與分布式）分布式，交換機(jī)，機(jī)制分布式，交換機(jī)，機(jī)制每個廠商的路由交換機(jī)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制不同，在路由功能的實(shí)現(xiàn)上，主要有集中式和分布式兩種 機(jī)制。下面進(jìn)行詳細(xì)論述。集中式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)集中式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)是指在交換機(jī)中有一個專門的硬件模塊（路由模塊）來對全交換機(jī)的第 三層包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)的每個接口模塊如千兆以太同交換模塊，都不具備第三層的處理功 能，需要把第三層的數(shù)據(jù)包從背飯送往路由模塊來查詢路由并轉(zhuǎn)發(fā)。嚴(yán)格的講，這種結(jié)構(gòu)的 交換機(jī)更準(zhǔn)確的名稱是第三層交換機(jī)，而不是路由交換機(jī)。集中式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)是早期的 技術(shù)，它的缺點(diǎn)在于整個交換機(jī)的路由性能受限于其路由模塊的能力。另外，

2、當(dāng)一個IP包 要進(jìn)行路由時，它經(jīng)常要從一個以太網(wǎng)接口模塊通過背板總線送往路由模塊，在路由模塊 處理后，又經(jīng)背板總統(tǒng)送往同一以太網(wǎng)接口模塊，這樣一種數(shù)據(jù)包傳送方式浪費(fèi)了背板總 規(guī)處理能力。并且路由模塊的故障會導(dǎo)致整個交換機(jī)內(nèi)的路由功能的失效。實(shí)際中很多廠商交換機(jī)中的路由模塊就是一個以插卡形式集成在交換機(jī)內(nèi)的軟件路由器。 因此在各廠商的產(chǎn)品中，采用集中式包轉(zhuǎn)發(fā)的交換機(jī)的路由能力一般可達(dá)到15Mpps。 分布式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)隨著ASIC芯片技術(shù)的發(fā)展，具有路由功能的模塊被集成到一塊芯片上，于是廠商將路由芯 片設(shè)計(jì)到了路由交換機(jī)中的每一個接口模塊上，這種技術(shù)就被稱為分布式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)。它 不需要一個專門

3、的模塊來為整個機(jī)箱服務(wù)做包的轉(zhuǎn)發(fā)，第三層的包轉(zhuǎn)發(fā)可以由每個接口模 塊上的路由芯片獨(dú)立完成。分布式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)突破了集中式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)的性能瓶頸， 但它的路由控制機(jī)制比集中式要復(fù)雜，它需要在每一個端口保留路由表信息以進(jìn)行快速的 包轉(zhuǎn)發(fā)。盡管在技術(shù)上更復(fù)雜，由于在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出集中式，分布式第三層包轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù) 已經(jīng)成為了現(xiàn)在路由交換機(jī)的主流技術(shù)第一代路由器技術(shù)：集中轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換典型產(chǎn)品：華為Quidway R2500系列路由器。最初的IP網(wǎng)絡(luò)并不大，其網(wǎng)關(guān)所需要連接的設(shè)備及其需要處理的負(fù)載也很小。這個時候網(wǎng) 關(guān)（路由器）基本上可以用一臺計(jì)算機(jī)插多塊網(wǎng)絡(luò)接口卡的方式來實(shí)現(xiàn)。接口卡與中央處 理器（CP

4、U）之間通過內(nèi)部總線相連，CPU負(fù)責(zé)所有事務(wù)處理，包括路由收集、轉(zhuǎn)發(fā)處理、 設(shè)備管理等。網(wǎng)絡(luò)接口收到報(bào)文后通過內(nèi)部總線傳遞給CPU，由CPU完成所有處理后從另 一個網(wǎng)絡(luò)接口傳遞出去。第二代路由器技術(shù)：集中+分布轉(zhuǎn)發(fā)，接口模塊化，總線交換典型產(chǎn)品：華為Quidway R3600系列路由器。由于每一個報(bào)文都要經(jīng)過總線送交CPU處理，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的增多，網(wǎng)絡(luò)流量的增大，接 口數(shù)量、總線帶寬和CPU的瓶頸就越來越突出。于是很自然地想到如何提高網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量， 如何把CPU和總線的負(fù)擔(dān)降下來？為了解決這個問題，第二代路由器技術(shù)就在網(wǎng)絡(luò)接口卡 上進(jìn)行一些智能化處理，由于網(wǎng)絡(luò)用戶通常只會訪問少數(shù)的幾個地方，因

5、此可以考慮把少 數(shù)常用的路由信息采用Cache技術(shù)保留在業(yè)務(wù)接口卡上，這樣大多數(shù)報(bào)文就可以直接通過業(yè) 務(wù)板Cache的路由表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以減少對總線和CPU的需求。對于Cache中不能找到的報(bào) 文送交CPU處理。第三代路由器技術(shù)：分布轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換典型產(chǎn)品：華為Quidway NetEngine 16/08系列路由器。90年代以后Web技術(shù)的出現(xiàn)，使IP網(wǎng)絡(luò)得到迅猛的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)用戶的訪問面得到很大的拓 寬，用戶訪問的地方已不像以前那樣固定，這樣往往出現(xiàn)無法從Cache中找到路由的現(xiàn)象， 于是總線和CPU瓶頸的問題再次出現(xiàn)。另外由于用戶的增加，路由器技術(shù)的接口數(shù)量不足 也暴露出來了。為了解決這個問

6、題，第三代路由器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。第三代路由器技術(shù)采用 全分布式結(jié)構(gòu)一路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術(shù)，主控板負(fù)責(zé)整個設(shè)備的管理和路由的收集、計(jì)算功 能，并把計(jì)算形成的轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到各業(yè)務(wù)板；各業(yè)務(wù)板根據(jù)保存的路由轉(zhuǎn)發(fā)表能夠獨(dú)立進(jìn) 行路由轉(zhuǎn)發(fā)。另外總線技術(shù)也得到了較大的發(fā)展，通過總線、業(yè)務(wù)板之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完全獨(dú) 立于主控板，實(shí)現(xiàn)了并行高速處理，使得路由器技術(shù)的處理性能成倍提高。第四代路由器技術(shù)：ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)交換典型產(chǎn)品：Juniper M40/160系列產(chǎn)品。九十年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化，Web技術(shù)出現(xiàn)以后，Internet技術(shù)得到空前的發(fā)展， Internet用戶迅猛增加。網(wǎng)絡(luò)流量特別是核心

7、網(wǎng)絡(luò)的流量以指數(shù)級增長，傳統(tǒng)的基于軟件的 IP路由器技術(shù)已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。以常見的主干節(jié)點(diǎn)2.5G POS端口為例，按照 IP最小報(bào)文40字節(jié)計(jì)算，2.5G POS端口線速的流量約為6.5Mpps。而且報(bào)文處理中需要包 含諸如QoS保證、路由查找、二層幀頭的剝離/添加等復(fù)雜操作，以傳統(tǒng)的做法是不可能實(shí) 現(xiàn)的。于是一些廠商提出了 ASIC實(shí)現(xiàn)方式，它把轉(zhuǎn)發(fā)過程的所有細(xì)節(jié)全部采用硬件方式來 實(shí)現(xiàn)。另外在交換網(wǎng)上采用了 CrossBar或共享內(nèi)存的方式解決了內(nèi)部交換的問題。這樣， 路由器技術(shù)的性能達(dá)到千兆比特，即早期的千兆交換式路由器（Gigabit Switch Router，GSR）0

8、 第五代路由器技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)處理器分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)交換典型產(chǎn)品：華為Quidway NetEngine 80/40系列產(chǎn)品。從上面的發(fā)展過程我們可以看到，每一次的技術(shù)進(jìn)步都是因?yàn)殡S著業(yè)務(wù)發(fā)展而出現(xiàn)了新的需 求。不過在前互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)泡沫時代，主要的矛盾集中在路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能上，所以前四代的 路由器技術(shù)的最大進(jìn)步在于速度。但是在寬帶互聯(lián)網(wǎng)一路高歌迅速發(fā)展的同時，作為其基礎(chǔ) 的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的缺陷也就越來越充分地暴露出來。網(wǎng)絡(luò)無管理無法運(yùn)營的問題、IP地址缺 乏問題、IP業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量問題、IP安全等問題都在嚴(yán)重阻礙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展。隨著寬帶互聯(lián) 網(wǎng)泡沫的破滅，人們進(jìn) 行了深刻的反省一業(yè)務(wù)才是網(wǎng)絡(luò)的真正價值所在，一

9、切的技術(shù)要求 都應(yīng)圍繞著業(yè)務(wù)來進(jìn)行。各種新技術(shù)也紛紛出現(xiàn)，比如網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、用戶管理技術(shù)、業(yè)務(wù) 管理技術(shù)、MPLS技術(shù)，VPN技術(shù)，可控組播技術(shù)、IP-QoS技術(shù)，流量工程技術(shù)等。IP標(biāo)準(zhǔn)也在逐步修改成熟。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展，對高速路由器的業(yè)務(wù)功能要 求也越來越高?；谶@些問題，第四代路由器技術(shù)采用ASIC技術(shù)的固有的不靈活、業(yè)務(wù)提 供周期長等缺陷也不可避免地出現(xiàn)了。第五代路由器技術(shù)在硬件體系結(jié)構(gòu)上繼承了第四代路 由器技術(shù)的成果，在關(guān)鍵的IP業(yè) 務(wù)流程處理上采用了可編程的、專為IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)處 理器技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)處理器（NP）通常由若干微處理器和一些硬件協(xié)處理器組成，多個微處理 器并行處理，通過軟件來控制處理流程。對于一些復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)的操作（如內(nèi)存操作、路由表 查找算法、QoS的擁塞控制算法、流量調(diào)度算法翎采用硬件協(xié)處理器來提高處理性能。這 樣實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性和高性能的有機(jī)結(jié)合。第五代路由器技術(shù)滿足IP業(yè)務(wù)發(fā)展要求第五代路由器技術(shù)的出現(xiàn)，極大