[科普中國]-核心路由器

發(fā)展史

早在40多年前就已經(jīng)出現(xiàn)了對路由技術(shù)的討論，但是直到80年代路由技術(shù)才逐漸進入商業(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為80年代之前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都非常簡單，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。

路由器（Router）是互聯(lián)網(wǎng)的主要結(jié)點設(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Internet研究的一個縮影。在當前我國網(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，對于國內(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)市場上對于路由器和網(wǎng)絡(luò)互連的各種似是而非的概念，都有重要的意義。

十項性能指標指標之一： 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、包長度、數(shù)據(jù)包類型、路由計算模式(分布或集中)以及測試方法有關(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)能力至少達到20Mpps以上。吞吐量主要包括兩個方面：

1. 整機吞吐量

整機指設(shè)備整機的包轉(zhuǎn)發(fā)能力，是設(shè)備性能的重要指標。路由器的工作在于根據(jù)IP包頭或者MPLS標記選路，因此性能指標是指每秒轉(zhuǎn)發(fā)包的數(shù)量。整機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。通常采用兩個相同速率測試接口。一般測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試的吞吐量可能與不同插卡上端口間吞吐量值不同。

指標之二：路由表能力

路由器通常依靠所建立及維護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，所以該項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，平均每個目的地址至少提供2條路徑，系統(tǒng)必須支持至少25個BGP對等以及至少50個IGP鄰居。

指標之三：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遇到擁塞問題，其次也很難設(shè)計出高速的共享總線，所以現(xiàn)有高速路由器一般采用可交換式背板的設(shè)計。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)吞吐量和測試包長所計算的值。但是背板能力只能在設(shè)計中體現(xiàn)，一般無法測試。

指標之四：丟包率

丟包率是指路由器在穩(wěn)定的持續(xù)負荷下，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荷工作時路由器的性能。丟包率與數(shù)據(jù)包長度以及包發(fā)送頻率相關(guān)，在一些環(huán)境下，可以加上路由抖動或大量路由后進行測試模擬。

指標之五：時延

時延是指數(shù)據(jù)包第一個比特進入路由器到最后一個比特從路由器輸出的時間間隔。該時間間隔是存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式工作的路由器的處理時間。時延與數(shù)據(jù)包長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)測試。時延對性能影響較大, 作為高速路由器，在最差情況下, 要求對1518字節(jié)及以下的IP包時延均都小于1ms。

指標之六：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)包不引起丟包時的數(shù)據(jù)包數(shù)量。該指標用于測試路由器緩存能力。具有線速全雙工轉(zhuǎn)發(fā)能力的路由器，該指標值無限大。

指標之七：時延抖動

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

指標之八：服務(wù)質(zhì)量能力

1.隊列管理機制

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

排隊策略：

● 支持公平排隊算法。

● 支持加權(quán)公平排隊算法。該算法給每個隊列一個權(quán)(weight)，由它決定該隊列可享用的鏈路帶寬。這樣，實時業(yè)務(wù)可以確實得到所要求的性能，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/輸出隊列的管理上，應(yīng)采用虛擬輸出隊列的方法。

擁塞控制:

● 必須支持WFQ、RED等擁塞控制機制。

● 必須支持一種機制，由該機制可以為不符合其業(yè)務(wù)級別CIR/Burst合同的流量標記一個較高的丟棄優(yōu)先級，該優(yōu)先級應(yīng)比滿足合同的流量和盡力而為的流量的丟棄優(yōu)先級高。

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

2.端口硬件隊列數(shù)

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

指標之九：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)上資源進行集中化管理的操作，包括配置管理、計賬管理、性能管理、差錯管理和管理。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性，通常使用SNMPv2協(xié)議進行管理。網(wǎng)管粒度指示路由器管理的精細程度，如管理到端口、到網(wǎng)段、到IP地址、到MAC地址等粒度。管理粒度可能會影響路由器轉(zhuǎn)發(fā)能力。

指標之十：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)計應(yīng)當在設(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小時工作的保障。

3.無故障工作時間

該指標按照統(tǒng)計方式指出設(shè)備無故障工作的時間。一般無法測試，可以通過主要器件的無故障工作時間計算或者大量相同設(shè)備的工作情況計算。

4.內(nèi)部時鐘精度

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)部時鐘時，其精度會影響誤碼率。

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)達到以下要求：

① 系統(tǒng)應(yīng)達到或超過99.999%的可用性。

② 無故障連續(xù)工作時間：MTBF>10萬小時。

③ 故障恢復(fù)時間：系統(tǒng)故障恢復(fù)時間

④ 系統(tǒng)應(yīng)具有自動保護切換功能。主備用切換時間應(yīng)小于50ms。

⑤ SDH和ATM接口應(yīng)具有自動保護切換功能，切換時間應(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備份并提供遠端測試診斷功能。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。2