通信工程师交换技术路由器体系结构的发展

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7.5.1 路由器体系结构的发展
随着需求的增长和技术的进步，路由器的性能也不断地升级提髙。迄今为止，路由器的体系结构经历了如下4个阶段：
单机集中式总线结构；
单机分布式共享总线结构；
单机分布式Crossbar结构；
多机互连的集群结构。
1.单机集中式总线结构
最初的路由器采用了传统的计算机体系结构，包括共亨总线（BUS)、中央处理器 (CPU)、内存（Mem)及挂在共享总线上的多个网络接口卡（NIC)，如图7-31所示。

 Cisco2501路由器就是第一代路由器的典型代表，其中CI>IJ采用Motorola的68302处理器。
CPU完成除物理接口之外的其他所有功能，数据分组从一个NIC接收进来，经总线送 到集中式内存排队等待转发，同时数据分组的首部送到CPU，进行路由选择操作，然后内存中的分组经总线送到另一个NIC发送出去。由于总线被所有NIC和CPU及内存所共享, 当NIC数量或数据流最很大时，设备对总线的争用会导致严重的访问冲突。另外，CPU需要处理所有的数据转发操作，其处理能力成为路由器性能的主要瓶颈。这种结构的典型交换 容量通常小于0.5Gbit/s,仅适用于低速的接入路由器产络。在这个领域中，交换网络的拓扑结构，冲突的仲栽机制以及分组调度算法都是主要的研究内容。
此外，在这种结构的路由器中，通常采用可以基于内容进行査找的路由表査询器件 (TCAM),可以在一个时钟周期内返回下一跳的査找结果，大大加快了査找速度，突破了査 表与线速之间的速度匹配障碍。这种结构的典型容量是几十到上百个Gbit/8,现在骨干网络 中的核心路由器通常都是采用这种结构。
从前面的三代路由器的结构变迁过程，可以看到系统的并行化是路由器发展的重要方向。到单机分布式C_bar结构为止，先是与主板分离的多个线卡的并行搡作，然后是多条 数据通路的并行操作，在单机基础上的并行化工作已经进行的非常彻底了。要想进一步提高 系统的交换容量，需要更高层次的体系结构革新。

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