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一、路由器硬件結構

1.路由器硬件結構的基本組成

       路由器的基本硬件結構包括輸入/輸出部分、數據轉發(fā)引擎和交換結構（SwitchingFabric）部分以及路由計算部分四個功能模塊，如圖8所示。

       輸入/輸出部分就是路由器上的網絡接口卡，即網卡，主要完成數據包的接收和發(fā)送工作。隨著路由器數據吞吐量的增加.路由器網絡接口卡的速度越來越高，從10Mbit/s到幾HGbit/s甚至更高；也由只有單個網絡接口的網卡發(fā)展到集成多個網絡接口的線卡。

       數據轉發(fā)引擎的功能是按照一定的路由查詢算法或流分類算法，根據輸入分組的目的地址等參數來決定轉發(fā)的目的端口。數據轉發(fā)引擎是影響路由器數據轉發(fā)速率的決定性因素。

       交換結構用于連接輸入/輸出部分和數據轉發(fā)引擎，為它們之間的數據傳遞提供高速的數據通道。常見的交換結構有總線,Cross-bar（交叉開關）等。總線結構最為簡單，但當有多個網絡接口同時有數據輸入或輸出時，會岀現總線爭用的問題，影響數據交換的速率;Cross-bar結構相當于多條并行工作的總線，可以有效避免總線爭用的問題，但實現起來相對比較復雜。對于路由器來說，交換結構是影響其吞吐量的關鍵因素。

       路由計算部分通常是根據網絡的拓撲結構.選擇相應的路由協議，計算出路由表，從而控制數據包的轉發(fā)過程，也即完成7.2.2中的選路策略功能。

 
圖8    路由器硬件體系結構

2.路由器硬件結構舉例

        隨著互聯網網絡帶寬的迅速增加、數據業(yè)務的爆炸性增長以及用戶對服務質量要求的不斷提高，作為網絡核心的路由器的硬件結構也在不斷地變化和發(fā)展。

        最初的路由器采用傳統計算機的結構，相當于加了網絡物理接口（網卡）的計算機,如圖7.9所示，包括共享中央總線、CPU、內存及掛在共享總線上的多個網卡，通?？煞Q為單總線單CPU結構。

圖9   第一代路由器硬件結構

        圖9中，中央CPU完成除物理接口之外的其他所有功能，數據包從一個物理接口進來，經總線送到中央CPU中進行轉發(fā)處理，然后又經總線送到另一個物理接口發(fā)送出去。這種單總線單CPU的主要局限是處理速度慢，一個CPU完成所有的任務，從而限制了系統的吞吐量。另外，系統容錯性也不好,CPU若出現故障容易導致系統完全癱瘓。但該結構的優(yōu)點是系統價格低。目前大量的接入式路由器基本上都是這種結構。

        為了克服第一代路由器的缺陷•顯然應該增加CPU的數量以及總線的數量.以便提高轉發(fā)速度和處理能力。所以.又出現了單總線主從CPU、單總線對稱式多CPU、多總線多CPU的結構。目前使用比較多的核心路由器結構是交換式結構。

        基于交叉開關設計的交換式路由器有很好的可擴展性能，并且省去了控制大量存儲模塊的復雜性和高成本，如圖10所示。

圖10   交換式路由器結構

        在交換式路由器中，釆用交叉開關結構替代共享總線，數據直接從輸入端經過交叉開關流向輸出端。這樣就允許多個數據包同時通過不同的線路進行傳送，各端目之間實現線速無阻塞互連。系統的交換帶寬取決于中央交叉陣列和各模塊的能力，而不是取決于總線自身。可以極大地提高路由器的轉發(fā)速度和系統的吞吐量。其中高速交叉開關技術目前已經十分成熟，在ATM交換機和高速并行計算機中廣泛應用.市場上可直接買到的高速交叉開關速率高達50Gbit/s。