路由器技术综述

路由器软件一般实现路由协议功能、查表转发功能和管理维护等其他功能。由于互联网规模庞大，运行在互联网上路由器中的路由表非常巨大，可能包含几十万条路由。查表转发工作可想而知非常繁重。在高端路由器中上述功能通常由ASIC芯片硬件实现。

路由软件的高复杂性另一方面体现在高可靠性、高可用性以及鲁棒性。实现路由软件的功能并不复杂，在免费共享软件中我们甚至可以得到路由协议和数据转发的实现源码。但是难点在于需要该软件每年365天，每天24小时高效可靠地运行。

在路由器研制过程中，可以通过购买商用源码等形式迅速实现路由器。但是通常认为路由器软件需要一年甚至两年的时间来稳定。

可编程ASIC

ASIC芯片是专用集成电路，是当前路由器实现线速转发数据的的核心技术。可编程ASIC将多项功能集中到一个芯片上，具有设计简单、可靠性高、电源消耗少等优点，能使设备得到更高的性能和更低的成本。

通过ASIC芯片的使用，还可以增加设备端口密度。使用ASIC芯片的端口密度是使用通用芯片时端口密度的数倍。

可编程ASIC芯片的设计是当前高性能路由器实现的硬件保证。

路由器接口

路由器接口用作将路由器连接到网络，可以分为局域网接口及广域网接口两种。局域网接口主要包括以太网(10M、100M和1000M以太网)、令牌环、令牌总线、FDDI等网络接口。广域网主要包括E1/T1、E3/T3、DS3、通用串行口（可转换成X.21 DTE/DCE、V.35 DTE/DCE、RS?232 DTE/DCE、RS?449 DTE/DCE、EIA530 DTE）ATM接口、POS接口等网络接口。

当前路由器接口技术较成熟，难点在于高密度接口板的设计与制作和高速接口（大于/等于2.5Gbps）的实现。

路由协议

路由器路由协议的实现是路由器软件中重要组成部分。路由协议用作建立以及维护路由表。路由表用于为每个IP包选择输出端口或下一跳地址。开放的路由协议主要包含RIP/RIPv2、OSPF、IS－IS和BGP4。

RIP/RIPv2、OSPF和IS－IS作为域内路由协议，一般用在AS(自治系统)内部，用于在AS内部计算以及交换网络可达性消息。RIP/RIPv2是距离向量路由协议，一般用于企业内部小规模网络。OSPF和IS－IS协议原理和实现都类似，是链路状态协议，一般用于大规模企业网或运营商网络。

BGP4协议基于距离向量，是当前AS间路由协议的唯一选择。通常BGP交换大量网络可达性消息，是IP网上重要协议。

路由协议的实现与路由器软件要求相似，需要实现高可靠、高稳定、鲁棒性以及安全性。路由器性能

路由器性能通常主要包含如下内容：

背板能力：通常指路由器背板容量或者总线能力。

吞吐量：指路由器包转发能力。

丢包率：指路由器在稳定的持续负荷下由于资源缺少在应该转发的数据包中不能转发的数据包所占比例。

转发时延：指需转发的数据包最后一比特进入路由器端口到该数据包第一比特出现在端口链路上的时间间隔。

路由表容量：指路由器运行中可以容纳的路由数量。

可靠性：指路由器可用性、无故障工作时间和故障恢复时间等指标。

路由器队列管理机制

由于路由器是基于分组交换的设备，在每个端口上带宽统计复用，所以路由器必须在端口上维护一个或多个队列，否则路由器无法处理多个数据包同时向同一端口转发以及端口上QoS能力等问题。队列管理算法的好坏直接影响路由器性能、QoS能力以及拥塞管理能力。通常队列管理算法分为基于时标算法、基于轮转算法以及基于优先级队列等。

基于时标的分组调度算法都有相同的形式，它们为每个分组维持两个时标，一个命名为起始时标（start time－stamp），一个命名为完成时标（finish time－stamp）。路由器根据上述时标来决定下一转发数据包。基于时标的算法最常见的有WFQ、WF2Q等。

另一类调度算法是基于轮转调度机制的，它们的工作原理与操作系统里的多任务轮转调度有类似之处。基于轮转的调度算法通常有WRR、DRR等。

基于优先级的队列管理能根据预先规定或用户指定的优先级，调度不同队列的数据包转发。

路由器通常还在队列中使用RED（随即早期侦测）、WRED（加权随即早期侦测）等机制来避免拥塞。

MPLS技术