芯片速度每18個(gè)月翻一翻，而因特網(wǎng)的流量是每六個(gè)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(wù)質(zhì)量更好和更易于綜合化管理的三個(gè)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(shì)之前，我們先簡(jiǎn)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(luò)7層協(xié)議的第三層，其主要任務(wù)是接收來自一個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(gè)下一個(gè)目的地（可能是路由器也可能就是最終目的點(diǎn)），并決定從哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(hù)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(luò)接口接收數(shù)據(jù)包；這一步負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)物理層處理，即把經(jīng)編碼調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號(hào)還原為數(shù)據(jù)。不同的物理網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)決定了不同的網(wǎng)絡(luò)接口，如對(duì)應(yīng)于10Base-T以太網(wǎng)，路由器有10Base-T以太網(wǎng)接口，對(duì)應(yīng)于SDH，路由器有SDH接口，對(duì)應(yīng)于DDN，路由器有V.35接口

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)物理接口，路由器調(diào)用相應(yīng)的鏈路層（網(wǎng)絡(luò)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(bào)頭。這一步處理比較簡(jiǎn)單，主要是對(duì)數(shù)據(jù)完整性的驗(yàn)證，如CRC校驗(yàn)、幀長(zhǎng)度檢查。近年來，IP over something 的趨勢(shì)非常明顯，特別是光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和IP作為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確立，使得在DWDM（密集波分復(fù)用）光纖上，IP（處于網(wǎng)絡(luò)層——網(wǎng)絡(luò)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(duì)數(shù)據(jù)幀的完整性驗(yàn)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(jì)算新的校驗(yàn)和（checksum）。如果接收數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)接口類型與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)接口類型不同，則IP數(shù)據(jù)包還可能因?yàn)樽畲髱L(zhǎng)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(yīng)的輸出鏈路層，被封裝上相應(yīng)的鏈路層包頭，最后經(jīng)輸出網(wǎng)絡(luò)物理接口發(fā)送出去。

下面詳細(xì)介紹路由器的發(fā)展趨勢(shì)。

速度更快

傳統(tǒng)意義上，路由器通常被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)速度的瓶頸。在局域網(wǎng)速度早已達(dá)到上百兆時(shí)，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(zhǎng)，大家對(duì)路由器的研究也重點(diǎn)體現(xiàn)在提高路由器的處理速度上。96，97年間，美國(guó)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(shí)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(xiàng)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(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在身后。從此，ATM在核心網(wǎng)絡(luò)中的不可代替的地位徹底發(fā)生了動(dòng)搖。曠日持久的IP——ATM技術(shù)之爭(zhēng)終于以IP占據(jù)壓倒性的優(yōu)勢(shì)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(dāng)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(shí)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(gè)方面的技術(shù)進(jìn)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(xì)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(shí)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(jì)算機(jī)中早已得到廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)上可直接購(gòu)買到的高速交叉開關(guān)的速率就高達(dá)50Gbps。伴隨著高速交叉開關(guān)的引入，也同時(shí)引入了一些相應(yīng)的技術(shù)問題，特別是針對(duì)IP多播，廣播以及服務(wù)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(yīng)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(yīng)用的潮流中，有一動(dòng)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(luò)本身日新月異所導(dǎo)致的一種結(jié)果。由于ASIC的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的投入相當(dāng)大，一般來說，AISC只用于已完全標(biāo)準(zhǔn)化的過程，而網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和協(xié)議又變化相當(dāng)快，因此相應(yīng)地在網(wǎng)絡(luò)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(jì)專門化的適應(yīng)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(yīng)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(diǎn)，IETF終于在1998年推出了性能優(yōu)越的多協(xié)議標(biāo)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(luò)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(luò)流量管理的問題。與最初的Ipswitch技術(shù)不同，MPLS協(xié)議要對(duì)IP協(xié)議包做改動(dòng)，在網(wǎng)絡(luò)邊緣，MPLS路由器對(duì)每個(gè)進(jìn)來的IP數(shù)據(jù)包加上標(biāo)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(gè)標(biāo)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(jìn)行中，主要技術(shù)難點(diǎn)在于如何在網(wǎng)絡(luò)自治系統(tǒng)中確定網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器上的標(biāo)簽分配方案，以及如何根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和故障情況動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整這個(gè)方案。

IP over SDH，IP over DWDM。這方面的技術(shù)進(jìn)展完全源于光纖通信技術(shù)的進(jìn)展。隨著IP的核心地位逐漸被認(rèn)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(shí)分復(fù)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(fù)用器交叉連接器。DWDM(密集波分復(fù)用)使得一根光纖上可用不同的波長(zhǎng)傳送多路信號(hào)。一般一根光纖上同時(shí)跑4個(gè)波長(zhǎng)即可稱為DWDM。自從1996年16個(gè)波長(zhǎng)的DWDM光纖通信產(chǎn)品問世以來，到現(xiàn)在40個(gè)波長(zhǎng)的DWDM技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化，80乃至于96個(gè)波長(zhǎng)的DWDM產(chǎn)品也將在2000年內(nèi)推出，我國(guó)也已經(jīng)具備開發(fā)8個(gè)波長(zhǎng)的DWDM技術(shù)。由于采用波分復(fù)用技術(shù)，數(shù)據(jù)在光纖上時(shí)的傳送變得相當(dāng)簡(jiǎn)單，光通信技術(shù)的進(jìn)步使得光信號(hào)可以在800公里長(zhǎng)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(gè)波長(zhǎng)上，無需再經(jīng)過復(fù)用、解復(fù)用。甚至在核心網(wǎng)中，直接采用波長(zhǎng)信息作為IP數(shù)據(jù)流的路徑信息。

服務(wù)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(yīng)數(shù)據(jù)流量的急劇增加。而路由器發(fā)展趨勢(shì)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(wù)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(yīng)急劇增長(zhǎng)的傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)流量，而且，IP路由器也將逐步提供原電信網(wǎng)絡(luò)所提供的種種業(yè)務(wù)。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(wù)類型，一般只是按先進(jìn)、先出的原則轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，語音電話數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)瀏覽數(shù)據(jù)等等各種業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)都被不加區(qū)分的對(duì)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(wù)，提高服務(wù)質(zhì)量(QOS)是其關(guān)鍵。這也正是目前各大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商(包括Cisco，3Com，Nortel等)所努力推進(jìn)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(duì)QoS有很強(qiáng)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(wù)應(yīng)用。事實(shí)上，QoS不僅是路由器的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，以路由器為核心的整個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)都在朝這個(gè)方向發(fā)展。“三網(wǎng)合一”這樣一個(gè)概念便是這個(gè)方向的產(chǎn)物。然而以傳統(tǒng)IP路由器為核心的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能適應(yīng)”三網(wǎng)合一”的趨勢(shì)，以美國(guó)為首的各個(gè)國(guó)家都在推進(jìn)能提供更好，更快的服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)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(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的主要?jiǎng)恿Α?/P>

對(duì)QoS的支持來自軟件和硬件兩個(gè)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(gè)結(jié)果：

PV4包頭服務(wù)類型字段。IPV4包頭中有一個(gè)3位的區(qū)域用以標(biāo)識(shí)此IP包的優(yōu)先級(jí)。據(jù)此優(yōu)先級(jí)，IP路由器可以決定不同IP包的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先順序?？梢哉f，自IP協(xié)議制定之日起，就已經(jīng)為日后提供更好的QoS預(yù)留了機(jī)制的保證。但由于IP網(wǎng)絡(luò)在蓬勃發(fā)展的初期并不注重QoS。因此，一般這個(gè)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(wù)類型是絕對(duì)不夠的，通過信令在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)都必須保證支持所要求的服務(wù)質(zhì)量。

RSVP（資源預(yù)留協(xié)議）及相應(yīng)的系列協(xié)議。這是IP路由器為提供更好的服務(wù)質(zhì)量向前邁進(jìn)的具有深刻意義的一步。傳統(tǒng)上IP路由器只負(fù)責(zé)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(gè)數(shù)據(jù)流通知其所經(jīng)過的每個(gè)節(jié)點(diǎn)（IP路由器），與端點(diǎn)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(rèn)同，基本上被任為較好地解決了資源預(yù)留的問題。但隨著時(shí)間的推移，網(wǎng)絡(luò)的爆炸性增長(zhǎng)，RSVP所暴露出來的問題越來越多，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

最根本的是，RSVP是以每一個(gè)數(shù)據(jù)流為協(xié)商服務(wù)對(duì)象，在網(wǎng)絡(luò)流量爆炸性增長(zhǎng)的情況下，路由器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)急劇增長(zhǎng)，為提高轉(zhuǎn)發(fā)速度，路由器中做了大量專門設(shè)計(jì)，已經(jīng)根本不可能再為每個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行復(fù)雜的資源預(yù)留協(xié)議。

其次，當(dāng)由于線路繁忙或路由器故障等原因，路由修改時(shí)，需要重新進(jìn)行一次相對(duì)耗時(shí)RSVP過程。

出于以上兩個(gè)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(guó)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(yīng)用設(shè)備通過SLA（Service Level Agreement）與邊緣路由器協(xié)商獲得其應(yīng)用數(shù)據(jù)流可得到保證的服務(wù)級(jí)別。根據(jù)這個(gè)服務(wù)級(jí)別，邊緣路由器為每個(gè)接收到的數(shù)據(jù)包打上級(jí)別的標(biāo)記，而核心路由器則只是根據(jù)每個(gè)包的服務(wù)級(jí)別的標(biāo)記決定轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的調(diào)動(dòng)行為。由于客戶只是與邊緣路由器協(xié)商并獲得服務(wù)級(jí)別保證，在一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的大網(wǎng)中，由于網(wǎng)絡(luò)流量不均勻等原因，不同邊緣路由器所提供的相同級(jí)別的服務(wù)等級(jí)的實(shí)際服務(wù)質(zhì)量并不一樣，這就需要不同的提供QoS服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)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(biāo)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(luò)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(shí)交換流量等狀況信息。

管理更加智能

隨著網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸性增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益膨脹，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，路由器上的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)變得日益重要，網(wǎng)絡(luò)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(luò)管理功能都日益成為直接影響網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商利益的重要因素。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議七層模型中，網(wǎng)絡(luò)管理屬于高層應(yīng)用，目前各廠家網(wǎng)絡(luò)管理的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是向智能化方向發(fā)展。所謂智能化又體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器）之間信息交互的智能化；二是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)管理者之間信息交互的智能化，

在網(wǎng)絡(luò)管理智能化的大趨勢(shì)中，“基于策略的管理”和“流量工程”這兩個(gè)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(biāo)榜自己的網(wǎng)絡(luò)管理配套系統(tǒng)具有或部分具有這兩個(gè)方面的功能。

“基于策略的管理”這一概念將同時(shí)影響路由器之間和路由器與網(wǎng)絡(luò)管理者之間的信息交互行為模式。使得網(wǎng)絡(luò)管理者更易于從用戶的角度去定義和約束網(wǎng)絡(luò)行為，而這些上層策略將直接影響網(wǎng)絡(luò)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(yùn)營(yíng)商最關(guān)心的問題，新的協(xié)議如MPLS在解決標(biāo)記交換的同時(shí)，也提供了一個(gè)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(jì)算一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)標(biāo)記的顯式路徑，約束最短路程優(yōu)先算法被采用以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的流量在每一段時(shí)間內(nèi)盡量保持均衡 。

作為本文的總結(jié)，可以說網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展是日新月異。當(dāng)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(shí)，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(dāng)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(gè)月。