从1961年美国麻省理工学院(MIT)的Leonard Kleinrock博士发表分组交换技术的论文,到1986年思科公司推出第一台多协议路由器,使得世界各地的计算设备和网络联结起来,这期间经历了二十多年的探索。如今已是2006年,我们来回首一下在刚刚过去的二十年间,路由器技术领域发生了怎样的变迁。
路由器领域的第一次技术飞跃是1997年前后,专用集成电路(ASIC)技术首度在路由识别、计算和转发上成功应用。ASIC与通用集成电路相比,具有体积更小、重量更轻、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强等优点,使得路由器在数据转发功能上有了大的飞跃。
但是,由于ASIC是针对特定用户要求和特定电子系统的需求而设计、制造的集成电路,因此不可避免的带来开放性不足,可扩展性差等问题,且用户对ASIC的功能需求各异,批量又较少,对芯片厂商的设计和生产周期挑战极大,导致芯片设计和生产成本居高不下。这些因素限制了ASIC在路由器领域的大规模应用,促使人们去寻求更好的解决方法。
路由器领域的第二次重大技术飞跃是在2000年后,网络处理器(NP)被广泛应用于实现报文处理、协议分析、路由计算,在近两年甚至部分实现了语音/数据集成、防火墙和QoS等功能。具有分布式处理能力的交换式路由器,彻底颠覆了传统路由器单个CPU、共享总线式的体系结构,由各个接口板卡的独立CPU,专门负责接收和发送本接口数据包,管理接收发送队列、查询路由表并作出转发决定等,而主控CPU仅完成路由器配置控制管理等非实时功能。
这种分布式体系结构路由器的优点是本地转发/过滤数据包的决定由每个接口的专用CPU来完成,对数据包的处理被分散到每块接口卡上。线路板上有专用芯片完成二层、三层乃至四层的转发处理工作,硬件实现使转发能够达到线速,减少了路由器成为网络瓶颈的可能。
然而,单总线结构路由器的一个最大缺陷就是一次只能有一个分组从入口交换到出口。为了能在入口和出口之间有多条数据传输通路,进一步提高系统的吞吐率,人们借鉴ATM交换机结构的优点,逐渐抛弃容易造成拥塞的共享式总线,开始采用交换式路由技术,在交换结构设计中借鉴巨型计算机内部互连网络的设计或引入光交换结构,形成了目前最为先进的多级交换结构的新一代路由器系统。
或许人们可以沾沾自喜一下,在过去的二十年里,芯片技术、光交换技术等领域的进步,使得路由器的结构和性能发生了翻天覆地的变化,路由器由一个简单的多协议数据转发设备变成了今天互联网上最重要的关口和要道。
然而,我们也应该看到,今天的互联网与二十年前的互联网已经大不相同,早期互联网的诸多特性(如端到端的透明性、提供无差别的服务、用户的自律性,以及尽力而为的传输能力、网络无管理等)正在被破坏或者改变。电信多业务承载网络的IP化趋势,将会使得更多的控制和管理的功能(安全性、QoS、移动性、多业务集成等)被加到路由器上,路由器技术领域将会面临前所未有的性能和功能的双重挑战。路由器技术领域需要更多的创新来满足未来网络的需要。
作者:张菊,赛迪顾问电信分析师
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