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基于硬件的协同转发结构构建大容量核心路由器平台

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【基于硬件的协同转发结构构建大容量核心路由器平台】
随着因特网在世界范围内的飞速增长，以IP业务为主的数据业务是当今世界信息业发展的主要推动力 。据有关专家猜测，每6～9个月，主要ISP的因特网骨干链路的带宽需求就增长一倍，2005年后，纯语音和数据流量之比将变成1∶99 。不仅如此，其它业务（如视频、多媒体业务）也逐步向数字化汇聚，最终走向统一的IP业务 。据此，能否有效地支持IP业务已成为某项新技术能否有长远技术寿命的标志 。然而，由面向连接、时分复用、电路交换为主的传统网络已经不再适应这种发展趋势，人们对网络带宽需求的不断增长同现有网络速率的局限之矛盾日益突出 。目前，ITU-T、因特网工程任务组（IETF）以及光因特网论坛（OIF）等国际组织正在联合众多的网络设备开发商、制造商以及网络业务供给商们，共同寻找一种建设、改造因特网骨干网的方案 。在这种强烈的需求驱动下，万兆以太网技术、光以太网交换技术等新技术得到迅速发展和普及 。然而面对这些10G甚至40G高速链路的路由器是如何具备转发这些骨干网上海量的数据的能力呢？这也逐渐成为各个网络设备开发商、制造商以及网络业务供给商们共同关心的话题 。同时学术界、网络设备开发商也提出了各种新的技术，并行转发技术、QoS技术、MPLS、流量工程等新技术成为近年来的热门话题，同时在主干网上的业务也愈加复杂，并且提出了更为细致的差分服务要求 。面临数据的海量递增和业务的日益复杂的现状，核心网、骨干网上的路由器采用何种硬件平台作为支撑？目前路由器硬件平台已经成为制约整个互联网业务发展的瓶颈 。从路由器诞生之日起，应用需求一直在推动着路由器硬件结构的发展 。路由器的转发核心器件随着应用的发展，也经历了很大的变化 。下面就从从转发采用的核心硬件平台作一个简单的分析和回顾，从大体上说，骨干网核心路由器的核心转发硬件平台主要经历了以下几个发展阶段：
通用CPU阶段
采用了通用CPU作为硬件转发平台具备高度灵活性的优势，在路由器发展的上个世纪80年末到90年代10多年期间，几乎网络上所有的路由器都是用CPU作为核心转发硬件 。高端和低端路由器之间的差别仅仅在于采用的CPU性能以及数量不同 。因为一个通用的CPU的极限转发性能也就在400Kpps以内，还做不到2个155POS接口线速转发，更不用说是千兆接口了，所以采用CPU作为转发硬件平台比较适合提供155M以下的接口的路由器产品 。市场上也有很多通过多个CPU同时分布式转发来实现较高的转发速率，使路由器整体性能达到1-2Mpps，从而实现较高密度的155M、100M等高速接口的接入 。因此普遍被汇聚、接入层路由器采用，在对性能要求不高的场合提供尽可能大的灵活性 。但尤其是近几年骨干网带宽迅速从以前的155M、622M发展到了今天的1000M、2.5G甚至是10G、40G，显然目前的CPU的处理能力远远无法满足这种骨干网络性能的要求 。
NP处理器阶段
NP——网络处理器的出现在一定程度上很好的解决了网络业务提供丰富性和性能矛盾的问题，由于NP的本质是多种专用CPU的组合，通过微码开发即可指定各个CPU的工作行为，这样NP可以很好的在保证一定性能的情况下通过软件升级提供各种各样的业务 。同时由于其对业务作了相应的微码优化，所以其对特定业务的处理能力比传统的CPU有了很大的提升，单片NP可以实现1-6Mpps的转发性能，目前成熟的NP已可实现2.5G端口的线速转发能力 。
由于使用NP组成的核心路由器在高速端口密度，端口性能可扩展能力方面有比较大的局限性，近年来也出现了采用多个NP分布式转发来实现较高密度2.5G、1G端口的数据交换，但NP虽然实现了这些高速端口的接入，却无法解决内部多个高速接口内部的高速数据转发问题，所以核心网的高速业务需求驱动着路由器厂商寻找新的技术来解决性能和灵活性的矛盾 。不过NP以其灵活的可编程特性可以实现良好的对多业务特性的支持，业界普遍认为比较适合骨干网的汇聚层路由器采用 。

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