用硬件實(shí)現(xiàn)IP路由的十大理由

1、用硬件實(shí)現(xiàn)IP路由的十大理由由于網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議經(jīng)常會(huì)變，因此中國(guó)工程師實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的路由功能主要是依靠軟件，但隨著IP協(xié)議的普及和市場(chǎng)對(duì)速度的苛求，有沒(méi)有可能采用速度更快的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？請(qǐng)看下文。因特網(wǎng)絕對(duì)是二十世紀(jì)最偉大的科技成果之一。現(xiàn)在的因特網(wǎng)可提供新聞、交友、購(gòu)物、約會(huì)、投資、理財(cái)服務(wù)以及娛樂(lè)等各方面資訊，今后隨著因特網(wǎng)的不斷發(fā)展，包括視頻會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)電話在內(nèi)的大量實(shí)時(shí)應(yīng)用也將可以通過(guò)因特網(wǎng)進(jìn)行傳送。 要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，就必須要對(duì)現(xiàn)有的路由設(shè)備進(jìn) 行升級(jí)。當(dāng)前路由器所采用的老式結(jié)構(gòu)是專為解決多協(xié)議環(huán)境中數(shù)據(jù)包的連接和轉(zhuǎn)換問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，因此要求路由器可編程性強(qiáng)，路由器功能主要依靠軟件實(shí)現(xiàn)。但 不管

2、采用何種技術(shù)，可編程性強(qiáng)通常都意味著產(chǎn)品費(fèi)用增加或性能降低，或者二者兼有。傳統(tǒng)的路由器主要用于在低業(yè)務(wù)量的廣域網(wǎng)和高業(yè)務(wù)量的局域網(wǎng)環(huán)境中傳輸 數(shù)據(jù)包，可編程性雖然比較靈活,但它卻以犧牲固定的較短等待時(shí)間以及線速(線路速率)包處理性能為代價(jià)，而下一代因特網(wǎng)娛樂(lè)和通訊服務(wù)又不允許有較長(zhǎng)而且 不固定的等待時(shí)間(比如在傳輸話音和視頻信息包時(shí)),更不允許處理信息包的速度低于線速，以保證服務(wù)質(zhì)量。 為了對(duì)因特網(wǎng)的發(fā)展提供支持，需要使用專用協(xié)議硬件路由器，它通過(guò)支持多鏈路層(第二層)協(xié)議使性能大幅提高。采用硬件實(shí)現(xiàn)的IP路由器可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其理由如下： 1IP日趨流行。因特網(wǎng)的普及和深入影響使IP成為網(wǎng)

3、絡(luò)通信中最主要的協(xié)議，只有符合IP協(xié)議的信息包才能在因特網(wǎng)上傳輸，因此支持因特網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)的路由器(除了少數(shù)外部邊緣應(yīng)用外)不會(huì)遇到其他協(xié)議。據(jù)Gartner Group和Dataquest估計(jì),到2002年不使用IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)將少于網(wǎng)絡(luò)總數(shù)的15%，這說(shuō)明高性能并專為傳輸IP信息包而進(jìn)行優(yōu)化的路由器方 案將使全球大部分網(wǎng)絡(luò)受益。此外由于IP容易理解并且性能穩(wěn)定，只要因特網(wǎng)沒(méi)有大的改變,它就會(huì)一直占據(jù)主導(dǎo)地位，新的IP格式如IPv6也將與現(xiàn)行版本 IPv4相兼容。 2等待時(shí)間短。等待時(shí)間是指信息包從進(jìn)入路由器到經(jīng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口傳出之間的延遲。目前高端應(yīng)用中利用軟件實(shí)現(xiàn)的路由器其等待時(shí)間為10ms

4、左右， 而硬件路由器的等待時(shí)間可短至10s。網(wǎng)絡(luò)電話、視頻會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)游戲等應(yīng)用都要求要有較短的固定等待時(shí)間，以網(wǎng)絡(luò)電話為例，語(yǔ)音信息包經(jīng)過(guò)十個(gè)軟件路由 器后的延遲累計(jì)將達(dá)到100ms，這會(huì)大大限制通話雙方之間的距離，而硬件路由器則可將通話距離提高上千倍。 3線速運(yùn)行。等待時(shí)間短是支持未來(lái)因特網(wǎng)服務(wù)的必要條件，但這還不夠。當(dāng)路由器接收到某個(gè)信息包后，必須對(duì)它進(jìn)行分類，并決定如何處理：放棄傳 遞，還是從適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。路由器必須以線速執(zhí)行這些任務(wù)才能保證服務(wù)質(zhì)量要求，以支持對(duì)等待時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)。專用協(xié)議硬件路由硅片可以輕松地以 線速運(yùn)行，而軟件路由器則隨著線路速率的提高(OC-12鏈路速率

5、為每信息包516ns，OC-48鏈路速率為每信息包130ns)，用軟件算法實(shí)現(xiàn)變得 非常困難。 4線速信息包過(guò)濾。任何信息包都可按一定的策略進(jìn)行處理，對(duì)每個(gè)信息包的細(xì)節(jié)必須進(jìn)行檢查，例如源和目標(biāo)的IP地址、源和目標(biāo)第4層端口、服務(wù)類 型以及協(xié)議類型(UDP或TCP)等，路由器根據(jù)這些細(xì)節(jié)決定是放棄還是安排出口發(fā)送該信息包。當(dāng)路由器的這種過(guò)濾操作速度小于線速時(shí)，在通信量很大的情 況下就容易造成癱瘓，從而無(wú)法保證要求的服務(wù)質(zhì)量。 5線速帶寬調(diào)整。有時(shí)網(wǎng)絡(luò)中兩點(diǎn)之間存在多個(gè)物理鏈路,這些鏈接可能又有不同的連接速率，如果遇到這種情況，路由器應(yīng)能根據(jù)不同的服務(wù)類型而將信 息包安排到最適合的物理鏈路上。例

6、如數(shù)據(jù)信息包可經(jīng)速度較慢的鏈路傳輸，而包含視頻內(nèi)容的信息包則經(jīng)較快的鏈路傳輸。對(duì)于多個(gè)等速鏈路，路由器可將業(yè)務(wù)平 均分配至各鏈路進(jìn)行傳輸，以提高信息傳輸量。 6業(yè)務(wù)管理。在業(yè)務(wù)特別繁忙時(shí)，所有的路由器都會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，從而無(wú)法正確傳送所收到的每個(gè)信息包，此時(shí)路由器必須決定哪個(gè)包應(yīng)該傳送,哪個(gè)包 應(yīng)該放棄(放棄的信息包會(huì)在稍后從源端重新發(fā)送)，當(dāng)然最好的情況是不把重要的信息包放棄掉。所以路由器必須要對(duì)所有信息包進(jìn)行分類，并分別對(duì)待處理。下 一代路由器必須能夠以線速完成上述任務(wù)，因?yàn)槿绻俣容^低，路由器可能在分類完成之前就已經(jīng)將信息包放棄了。 7符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性。硬件路由器能以線速完成路由任務(wù)

7、，它不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)繁重而癱瘓，因此可用在對(duì)可靠性要求特別高的防火墻和網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品中。 8可擴(kuò)展性。目前軟件路由器需要靠FPGA、門陣列及處理器的組合在一起來(lái)執(zhí)行程序代碼，這種結(jié)構(gòu)無(wú)法利用先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)所帶來(lái)的定制電路設(shè) 計(jì)技術(shù)。但采用硅片的IP路由器則可以利用這些技術(shù)在幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)路由功能，而軟件路由器完成同樣功能可能需要多個(gè)時(shí)鐘周期,用于進(jìn)行算法執(zhí)行以及 FPGA、門陣列和處理器之間的通信。硅IP路由方案具有易于擴(kuò)展至更多端口數(shù)量及更高速率連接等特性。 9結(jié)構(gòu)緊湊。使用硅IP引擎執(zhí)行基本路由功能可大大減少路由器所需的元件數(shù)目，這將直接導(dǎo)致路由器的功耗更低、面積更小。硅集成度的提高大大增加了每英寸機(jī)架空間中邏輯和虛擬連接的數(shù)量。由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)每半年便會(huì)翻番，因此服務(wù)供應(yīng)商都在尋求充分利用機(jī)架空間和轉(zhuǎn)向密集型網(wǎng)絡(luò)的途徑。 10系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短。硅IP路由方案的出現(xiàn)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了標(biāo)準(zhǔn)硅片元件以實(shí)現(xiàn)高性能基本路由功能，使OEM廠商能夠制定出咄咄逼人的產(chǎn)品上 市時(shí)間表，而OEM廠商此時(shí)則可將重點(diǎn)放在高層系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。這些標(biāo)準(zhǔn)硅