“高性能路由器设计与实现”高性能路由器组成说明

内容

（1)高性能路由器的基本组成

（2)高性能路由器的结构特征

（[3)高性能路由器软件系统

（[4)高性能路由器信息模型

高性能路由器的基本组成

路由器可以抽象为四个部分：

输入端口和输出端口卡上完成。

某些端口可以同时接收和发送数据包；有些只能接收或发送数据包。

过程：数据包到达输入端口--->路由查找表--->目标输出端口

对于高性能路由器，路由查找表也在卡上执行，并由硬件或通用处理器进行处理。

路由器类别之一：输入缓冲区和输出缓冲区

if（输入端口总带宽

然后输入缓冲区；

对于输入端口：

对于输出端口：

对于路由处理器（相当于路由器中的控制层和管理层）：

结构特征：数据平面和控制平面分离

通常，网络的功能分为：

在路由器中，由于管理配置的目的是控制消息转发，因此也将其分类为控制平面。因此，将路由器的结构简化为仅包含控制平面和数据平面的两层模型。

因为数据平面实现了消息转发功能，所以也称为转发平面。

高性能路由器结构的典型特征是控制平面和转发平面的分离。

一般流程：

来自外部高速网络接口的数据报->接口卡->根据转发表信息->通过路由器的内部高速交换网络->切换到目标输出接口->外部网络

由于转发表不再存储在路由处理器中，而是由路由处理器下载到每个接口板上，因此常规消息转发不需要通过路由处理器。使得：

这样的优点：提高转发效率，提高转发平面的可靠性。

基于接口的分布式并行体系结构

高性能路由器的不同接口的数据报转发是独立进行的，不同接口是并行转发的；系统的吞吐量取决于接口转发能力的总和。

在一定的背板交换容量的情况下，系统的可扩展性由接口的数量和速率反映。

多柜分布式并行体系结构

随着路由器规模的扩大，可能需要将路由器板放置在多个机柜中。

路由协议由控制处理系统运行，并且基于性能和可靠性考虑使用多个节点。多个转发柜并行转发数据报。

每个机柜都有多个线卡，并且多个机柜并行向前。

路由器的转发能力和可扩展性反映在可互连机柜的数量上。

高性能路由器逻辑视图

在上图中，高性能路由器的逻辑结构主要由四个部分组成：

（1)接口处理节点：负责从外部高速网络接收数据包，通过数据交换网络切换到目标输出接口处理节点，并发送到外部网络。

（2)数据交换网络：实现不同接口的处理节点之间的高性能数据交换。它不占用路由器的外部高速接口。

（3)控制节点：运行路由和信令协议，计算路由表，并将转发表发布到接口处理节点以控制数据包转发。

（4)控制网络：负责1.控制节点之间的互连2.控制节点与接口处理节点之间的互连。协调控制节点之间的工作并收集接口处理节点信息。

高性能路由器软件系统

高性能路由器的软件系统由两部分组成：（1)控制节点的软件系统（2)网络处理器的微代码。

控制节点的软件由驱动程序，TCP / IP基本协议栈，路由和信令协议，配置和管理软件等组成。

有多个信息库，例如路由表，标记库，控件访问表，管理信息库，配置库等。

高性能路由器信息模型信息流模型

由高性能路由器处理的数据包包括控制包和数据包。

因此，整个路由器的处理和存储容量在接口板和CPU之间共享。 CPU处理缓慢的控制流，而接口板处理快速的数据流。

控制流的慢速路径

路由协议和网络管理协议主要运行在主控制CPU（控制节点）上。

从内部交换网络的角度来看，主控制CPU与普通的网络接口没有什么不同。但是，发送和接收控制数据包，例如ICMP，TCP，UDP，RIP，OSPF数据包等等。

与底层内部快速交换网络交换数据报相比，此路径（内部交换网络主CPU）称为非关键路径或慢速路径。通常，没有时间限制的具体要求。

但是，如果主控制CPU上正在运行大量模块，则无法及时处理某些控制消息，这可能会导致动态路由协议的邻接断开并引起路由冲击。

数据流的快速路径

数据报由接口从外部高速网络接收，进入路由器，经过交换网络，到达出口，然后发送到外部网络。

通常，转发路径中的协议仅在接口板和内部高速交换网络上运行。例如IP协议和数据链路层协议（以太网等）。

控制平面和数据平面之间的交互

路由器的控制平面控制数据平面的数据包转发；主控制CPU（控制节点）将控制信息发送到接口处理节点，接口处理节点实施控制策略。

主控CPU运行路由协议，生成转发表，控制接口处理节点的转发过程；转发表和其他控制信息以及过滤器表以适当的方式传递到接口处理节点。

主控CPU与接口板之间的交互信息格式通常由开发人员定义。

因为主控制CPU还需要发送自己生成的IP消息和接口板无法处理的IP消息，所以主控制CPU还需要维护自己的转发表。

主控CPU通过广播或其他技术同时更新每个接口处理节点的转发表。

对于同一功能，开发人员可以选择在快速路径（即在接口处理节点或内部快速交换网络上）或慢速路径（主CPU）上实现它。

数据报分段会对路由器性能产生更大的影响。

2016/10/7

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