芯片速度每18個月翻一翻，而因特網(wǎng)的流量是每六個月翻一翻。作為因特網(wǎng)的樞紐，路由器正在朝速度更快、服務質(zhì)量更好和更易于綜合化管理的三個方向發(fā)展。路由器的功能 在具體分析路由器的發(fā)展趨勢之前，我們先簡單介紹一下路由器的功能。 傳統(tǒng)上路由器工作于所謂網(wǎng)絡7層協(xié)議的第三層，其主要任務是接收來自一個網(wǎng)絡接口的數(shù)據(jù)包，根據(jù)其中所含的目的地址，決定轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個下一個目的地（可能是路由器也可能就是最終目的點），并決定從哪個網(wǎng)絡接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。這是路由器的最基本功能——數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能。為了維護和使用路由器，路由器還需要有配置或者說控制功能。

       根據(jù)TCP/IP協(xié)議，路由器的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)具體過程是：

       絡接口接收數(shù)據(jù)包；這一步負責網(wǎng)絡物理層處理，即把經(jīng)編碼調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號還原為數(shù)據(jù)。不同的物理網(wǎng)絡介質(zhì)決定了不同的網(wǎng)絡接口，如對應于10Base-T以太網(wǎng)，路由器有10Base-T以太網(wǎng)接口，對應于SDH，路由器有SDH接口，對應于DDN，路由器有V.35接口

       根據(jù)網(wǎng)絡物理接口，路由器調(diào)用相應的鏈路層（網(wǎng)絡7層協(xié)議中的第二層）功能模塊以解釋處理此數(shù)據(jù)包的鏈路層協(xié)議報頭。這一步處理比較簡單，主要是對數(shù)據(jù)完整性的驗證，如CRC校驗、幀長度檢查。近年來，IP over something 的趨勢非常明顯，特別是光纖網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展和IP作為事實標準的確立，使得在DWDM（密集波分復用）光纖上，IP（處于網(wǎng)絡層——網(wǎng)絡7層協(xié)議中的第三層）跳過鏈路層而被直接加載在物理層之上。

       在鏈路層完成對數(shù)據(jù)幀的完整性驗證后，路由器開始處理此數(shù)據(jù)幀的IP層。這一過程是路由器功能的核心。根據(jù)數(shù)據(jù)幀中IP包頭的目的IP地址，路由器在路由表中查找下一跳的IP地址，IP數(shù)據(jù)包頭的TTL（Time to Live）域開始減數(shù)，并計算新的校驗和（checksum）。如果接收數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡接口類型與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡接口類型不同，則IP數(shù)據(jù)包還可能因為最大幀長度的規(guī)定而分段或重組。

       根據(jù)在路由表中所查到的下一跳IP地址，IP數(shù)據(jù)包送往相應的輸出鏈路層，被封裝上相應的鏈路層包頭，最后經(jīng)輸出網(wǎng)絡物理接口發(fā)送出去。

       下面詳細介紹路由器的發(fā)展趨勢。

       速度更快

       傳統(tǒng)意義上，路由器通常被認為是網(wǎng)絡速度的瓶頸。在局域網(wǎng)速度早已達到上百兆時，路由器的處理速度至多只到幾十兆比特率。這幾年伴隨著因特網(wǎng)的爆炸性增長，大家對路由器的研究也重點體現(xiàn)在提高路由器的處理速度上。96，97年間，美國出現(xiàn)了一批極具創(chuàng)新精神的小公司，如Nexabit、Juniper、Avici等，把路由器的處理速度提高到了登峰造極的地步，在很快的時間內(nèi)相繼推出了吉位路由器。連Cisco公司在速度這一方面都只能望其項背。由于這些高速路由器無一例外地都引入了交換的結(jié)構(gòu)，這些路由器也被稱千兆位交換路由器（GSR-Gigabit Switch Router）和太位交換路由器(TSR)。這些路由器的光接口速度也很快從OC-12 ( 622Mbps ) 跳到OC-48 ( 2.5Gbps ) 再到OC-192 ( 10Gbps )，這樣的速度早已把ATM交換機遠遠地甩在身后。從此，ATM在核心網(wǎng)絡中的不可代替的地位徹底發(fā)生了動搖。曠日持久的IP——ATM技術(shù)之爭終于以IP占據(jù)壓倒性的優(yōu)勢結(jié)束。不過，從以下的分析，我們也可以看出，IP路由器速度的提高是直接得益于ATM的概念和技術(shù)的，在IP領(lǐng)域中提出的許多新概念和新技術(shù)也有相當一部分是直接或間接來源于ATM，兩種優(yōu)秀的技術(shù)逐漸開始融合。事實上，許多公司從事高速IP路由器研發(fā)的技術(shù)人員正是過去研究ATM技術(shù)的研發(fā)人員。具體來說，IP路由器速度的急劇提高來源于以下四個方面的技術(shù)進展。

       件體系結(jié)構(gòu)。路由器的硬件體系結(jié)構(gòu)大致經(jīng)歷了6次變化（《路由器的體系結(jié)構(gòu)》中將詳細討論），從最早期的單總線、單CPU結(jié)構(gòu)發(fā)展到單總線、多CPU再到多總線多CPU。到現(xiàn)在，高速IP路由器中多借鑒ATM的方法，采用交叉開關(guān)方式實現(xiàn)各端口之間的線速無阻塞互連。高速交叉開關(guān)的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在ATM和高速并行計算機中早已得到廣泛應用，市場上可直接購買到的高速交叉開關(guān)的速率就高達50Gbps。伴隨著高速交叉開關(guān)的引入，也同時引入了一些相應的技術(shù)問題，特別是針對IP多播，廣播以及服務質(zhì)量(QoS)，采用成熟的調(diào)度策略和算法，這些問題都得到了很好的解決。

        ASIC技術(shù)。這些年，出于成本和性能的考慮，ASIC應用得越來越廣泛，幾乎是言必稱ASIC。在路由器中要極大地提高速度，首先想到的也是ASIC。有的用ASIC做包轉(zhuǎn)發(fā)，有的用ASIC查路由，并且查找IPV4路由的ASIC芯片已經(jīng)開始上市銷售。在ASIC蓬勃發(fā)展、大量應用的潮流中，有一動向值得注意，這就是所謂可編程ASIC的出現(xiàn)，這恐怕也是網(wǎng)絡本身日新月異所導致的一種結(jié)果。由于ASIC的設(shè)計生產(chǎn)的投入相當大，一般來說，AISC只用于已完全標準化的過程，而網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)和協(xié)議又變化相當快，因此相應地在網(wǎng)絡設(shè)備這一領(lǐng)域，出現(xiàn)了奇特的“可編程ASIC”。目前，有兩種類型的所謂“可編程ASIC”，一種以3COM公司FIRE ( Flexible Intelligent Routing Engine ) 芯片為代表，這顆ASIC芯片中內(nèi)嵌了一顆CPU，因此具有一定程度的靈活性；另一種以Vertex Networks的HISC專用芯片為代表，這顆芯片是一顆專門為通信協(xié)議處理的CPU，CPU體系結(jié)構(gòu)設(shè)計專門化的適應協(xié)議處理，通過改寫微碼，可使這顆專用芯片具有處理不同協(xié)議的能力以適應類似從IPV4到IPV6的變化。

        三層交換。這是協(xié)議處理過程的一次革命性突破，也是現(xiàn)在GSR和TSR名稱的來源。自從名不見經(jīng)傳的Ipsilon公司在1994年推出“一次路由，然后交換”的IPSwitch技術(shù)之后，各大公司紛紛推出自己專有的三層交換技術(shù)。如Cisco的Tag Switch、3Com 的Label Switch等。綜合這些專有技術(shù)的優(yōu)點，IETF終于在1998年推出了性能優(yōu)越的多協(xié)議標記交換(MPLS)。與“一次路由，然后交換”的最初思想相比，MPLS從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)這一更高的層次來考慮三層交換技術(shù)，力圖一舉解決三層交換網(wǎng)絡流量管理的問題。與最初的Ipswitch技術(shù)不同，MPLS協(xié)議要對IP協(xié)議包做改動，在網(wǎng)絡邊緣，MPLS路由器對每個進來的IP數(shù)據(jù)包加上標簽(Label)，在其后的傳輸中，核心路由交換設(shè)備將只依據(jù)這個標簽決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這種做法已經(jīng)十分類似ATM世界中的虛電路概念。目前這一方面的研究仍在進行中，主要技術(shù)難點在于如何在網(wǎng)絡自治系統(tǒng)中確定網(wǎng)絡邊緣路由器上的標簽分配方案，以及如何根據(jù)網(wǎng)絡負載和故障情況動態(tài)自適應調(diào)整這個方案。 #p#分頁標題#e#

       IP over SDH，IP over DWDM。這方面的技術(shù)進展完全源于光纖通信技術(shù)的進展。隨著IP的核心地位逐漸被認同，IP over ATM、然后ATM over SDH的方式被IP直接over SDH的方式取代。SDH采用時分復用的方式承載多路數(shù)據(jù)。因此在核心網(wǎng)中需大量采用復用器交叉連接器。DWDM(密集波分復用)使得一根光纖上可用不同的波長傳送多路信號。一般一根光纖上同時跑4個波長即可稱為DWDM。自從1996年16個波長的DWDM光纖通信產(chǎn)品問世以來，到現(xiàn)在40個波長的DWDM技術(shù)已經(jīng)實用化，80乃至于96個波長的DWDM產(chǎn)品也將在2000年內(nèi)推出，我國也已經(jīng)具備開發(fā)8個波長的DWDM技術(shù)。由于采用波分復用技術(shù)，數(shù)據(jù)在光纖上時的傳送變得相當簡單，光通信技術(shù)的進步使得光信號可以在800公里長的范圍內(nèi)直接傳輸而無需任何光電或光光再生放大器。IP數(shù)據(jù)包直接調(diào)制在某個波長上，無需再經(jīng)過復用、解復用。甚至在核心網(wǎng)中，直接采用波長信息作為IP數(shù)據(jù)流的路徑信息。

服務質(zhì)量更好

       前面所述的路由器在速度上的提高仍只不過是為了適應數(shù)據(jù)流量的急劇增加。而路由器發(fā)展趨勢更本質(zhì)、更深刻的變化是：以IP為基礎(chǔ)的包交換數(shù)據(jù)將在未來幾年內(nèi)迅速取代已發(fā)展了近百年的電路交換通信方式，成為通信業(yè)務模式的主流。這意味著，IP路由器不僅要提供更快的速度以適應急劇增長的傳統(tǒng)的計算機數(shù)據(jù)流量，而且，IP路由器也將逐步提供原電信網(wǎng)絡所提供的種種業(yè)務。但是傳統(tǒng)的IP路由器并不關(guān)心也不知道IP包的業(yè)務類型，一般只是按先進、先出的原則轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，語音電話數(shù)據(jù)、實時視頻數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)瀏覽數(shù)據(jù)等等各種業(yè)務類型的數(shù)據(jù)都被不加區(qū)分的對待。由此可見，IP路由器要想提供包括電信廣播在內(nèi)的所有業(yè)務，提高服務質(zhì)量(QOS)是其關(guān)鍵。這也正是目前各大網(wǎng)絡設(shè)備廠商(包括Cisco，3Com，Nortel等)所努力推進的方向。各大廠商新推出的高、中、低檔路由器中都不同程度地支持QoS，如Cisco的最高檔12000系列，從硬件和軟件協(xié)議兩方面都對QoS有很強的支持，而其新推出的低端產(chǎn)品2600系列也支持語音電話這樣的新業(yè)務應用。事實上，QoS不僅是路由器的一個發(fā)展趨勢，以路由器為核心的整個IP網(wǎng)絡都在朝這個方向發(fā)展。“三網(wǎng)合一”這樣一個概念便是這個方向的產(chǎn)物。然而以傳統(tǒng)IP路由器為核心的網(wǎng)絡已經(jīng)不能適應”三網(wǎng)合一”的趨勢，以美國為首的各個國家都在推進能提供更好，更快的服務質(zhì)量的網(wǎng)絡技術(shù)的研發(fā)。其中路由器的研發(fā)又是其中的關(guān)鍵，公司成為推動這項技術(shù)的主要動力。

       對QoS的支持來自軟件和硬件兩個方面。從硬件方面說，更快的轉(zhuǎn)發(fā)速度和更寬的帶寬是基本前提。從軟件協(xié)議方面來說，近年來的努力，表現(xiàn)在以下幾個結(jié)果：

       PV4包頭服務類型字段。IPV4包頭中有一個3位的區(qū)域用以標識此IP包的優(yōu)先級。據(jù)此優(yōu)先級，IP路由器可以決定不同IP包的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先順序。可以說，自IP協(xié)議制定之日起，就已經(jīng)為日后提供更好的QoS預留了機制的保證。但由于IP網(wǎng)絡在蓬勃發(fā)展的初期并不注重QoS。因此，一般這個人3位區(qū)域并沒有被使用。不過，如我們下面分析所能看到，僅僅在IP包中定義服務類型是絕對不夠的，通過信令在整個網(wǎng)絡的各個環(huán)節(jié)都必須保證支持所要求的服務質(zhì)量。

       RSVP（資源預留協(xié)議）及相應的系列協(xié)議。這是IP路由器為提供更好的服務質(zhì)量向前邁進的具有深刻意義的一步。傳統(tǒng)上IP路由器只負責包轉(zhuǎn)發(fā)，通過路由協(xié)議知道臨近路由器的地址。而RSVP則類似于電路交換系統(tǒng)的信令協(xié)議一樣，為一個數(shù)據(jù)流通知其所經(jīng)過的每個節(jié)點（IP路由器），與端點協(xié)商為此數(shù)據(jù)流提供質(zhì)量保證。RSVP協(xié)議一出現(xiàn)，立刻獲得廣泛的認同，基本上被任為較好地解決了資源預留的問題。但隨著時間的推移，網(wǎng)絡的爆炸性增長，RSVP所暴露出來的問題越來越多，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

       最根本的是，RSVP是以每一個數(shù)據(jù)流為協(xié)商服務對象，在網(wǎng)絡流量爆炸性增長的情況下，路由器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流個數(shù)急劇增長，為提高轉(zhuǎn)發(fā)速度，路由器中做了大量專門設(shè)計，已經(jīng)根本不可能再為每個數(shù)據(jù)流進行復雜的資源預留協(xié)議。

       其次，當由于線路繁忙或路由器故障等原因，路由修改時，需要重新進行一次相對耗時RSVP過程。

       出于以上兩個原因，IETF又新推出另一種QoS策略——DiffServ (Differentiated Service)。目前DiffServ的框架已基本確定，美國的internet2也選擇DiffServ作為其QoS策略。與DiffServ相比，RSVP是一種Integrated Service，集中控制策略，而DiffServ則是一種分散控制策略，其精髓是僅控制路徑中每一跳（per hop）的行為。終端應用設(shè)備通過SLA（Service Level Agreement）與邊緣路由器協(xié)商獲得其應用數(shù)據(jù)流可得到保證的服務級別。根據(jù)這個服務級別，邊緣路由器為每個接收到的數(shù)據(jù)包打上級別的標記，而核心路由器則只是根據(jù)每個包的服務級別的標記決定轉(zhuǎn)發(fā)時的調(diào)動行為。由于客戶只是與邊緣路由器協(xié)商并獲得服務級別保證，在一個相互關(guān)聯(lián)的大網(wǎng)中，由于網(wǎng)絡流量不均勻等原因，不同邊緣路由器所提供的相同級別的服務等級的實際服務質(zhì)量并不一樣，這就需要不同的提供QoS服務等級的網(wǎng)絡區(qū)域之間也通過SLA相互交流流量信息，以避免或減少上述情況的發(fā)生。

       多協(xié)議標記交換（MPLS）也被用來解決QoS問題。但其覆蓋范圍是核心網(wǎng)絡路由器。為建立合理的核心路由間的交換路徑，核心路由器間需要定時交換流量等狀況信息。

管理更加智能

       隨著網(wǎng)絡流量的爆炸性增長，網(wǎng)絡規(guī)模日益膨脹，以及對網(wǎng)絡服務質(zhì)量的要求越來越高，路由器上的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)變得日益重要，網(wǎng)絡連接已成為日常工作，生活中不可缺的部分。在保證質(zhì)量的情況下最大限度地利用帶寬、及早發(fā)現(xiàn)并診斷設(shè)備故障，迅速方便地根據(jù)需要改變配置，這些網(wǎng)絡管理功能都日益成為直接影響網(wǎng)絡用戶和網(wǎng)絡運營商利益的重要因素。在網(wǎng)絡協(xié)議七層模型中，網(wǎng)絡管理屬于高層應用，目前各廠家網(wǎng)絡管理的一個重要發(fā)展趨勢是向智能化方向發(fā)展。所謂智能化又體現(xiàn)在兩個方面，一是網(wǎng)絡設(shè)備（路由器）之間信息交互的智能化；二是網(wǎng)絡設(shè)備與網(wǎng)絡管理者之間信息交互的智能化。#p#分頁標題#e#

       在網(wǎng)絡管理智能化的大趨勢中，“基于策略的管理”和“流量工程”這兩個技術(shù)概念是目前最引人注目的。各路由器廠商在新推出的產(chǎn)品中無不標榜自己的網(wǎng)絡管理配套系統(tǒng)具有或部分具有這兩個方面的功能。

       “基于策略的管理”這一概念將同時影響路由器之間和路由器與網(wǎng)絡管理者之間的信息交互行為模式。使得網(wǎng)絡管理者更易于從用戶的角度去定義和約束網(wǎng)絡行為，而這些上層策略將直接影響網(wǎng)絡基本行為，使傳統(tǒng)的路由算法發(fā)展為基于策略的路由算法，使路由器之間的信息交互必須包涵策略性所涵蓋的信息內(nèi)容。

       “流量工程”是核心網(wǎng)運營商最關(guān)心的問題，新的協(xié)議如MPLS在解決標記交換的同時，也提供了一個很好的解決“流量工程”的方法。即通過路由器三間交互各端的流量狀態(tài)等信息，用收斂算法計算一段時間內(nèi)網(wǎng)絡內(nèi)標記的顯式路徑，約束最短路程優(yōu)先算法被采用以使整個網(wǎng)絡的流量在每一段時間內(nèi)盡量保持均衡 。

        可以說網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展是日新月異。當我們沉沁在以IP為基礎(chǔ)的因特網(wǎng)給我們所帶來的巨大喜悅中時，路由器技術(shù)特別是核心路由器技術(shù)正在經(jīng)歷著巨大的變化，路由器早已非當年吳下阿蒙，借用比爾.蓋茨的話說，我們離不懂路由器只有18個月。