路由器的體系結(jié)構(gòu)

從體系結(jié)構(gòu)上看，路由器可以分為第一代單總線(xiàn)單CPU結(jié)構(gòu)路由器、第二代單總線(xiàn)主從CPU結(jié)構(gòu)路由器、第三代單總線(xiàn)對(duì)稱(chēng)式多CPU結(jié)構(gòu)路由器；第四代多總線(xiàn)多CPU結(jié)構(gòu)路由器、第五代共享內(nèi)存式結(jié)構(gòu)路由器、第六代交叉開(kāi)關(guān)體系結(jié)構(gòu)路由器和基于機(jī)群系統(tǒng)的路由器等多類(lèi)。

路由器的構(gòu)成

路由器具有四個(gè)要素：輸入端口、輸出端口、交換開(kāi)關(guān)和路由處理器。

輸入端口是物理鏈路和輸入包的進(jìn)口處。端口通常由線(xiàn)卡提供，一塊線(xiàn)卡一般支持4、8或16個(gè)端口，一個(gè)輸入端口具有許多功能。第一個(gè)功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝。第二個(gè)功能是在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找輸入包目的地址從而決定目的端口（稱(chēng)為路由查找），路由查找可以使用一般的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)在每塊線(xiàn)卡上嵌入一個(gè)微處理器來(lái)完成。第三，為了提供QoS（服務(wù)質(zhì)量），端口要對(duì)收到的包分成幾個(gè)預(yù)定義的服務(wù)級(jí)別。第四，端口可能需要運(yùn)行諸如SLIP（串行線(xiàn)網(wǎng)際協(xié)議）和PPP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）這樣的數(shù)據(jù)鏈路級(jí)協(xié)議或者諸如PPTP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道協(xié)議）這樣的網(wǎng)絡(luò)級(jí)協(xié)議。一旦路由查找完成，必須用交換開(kāi)關(guān)將包送到其輸出端口。如果路由器是輸入端加隊(duì)列的，則有幾個(gè)輸入端共享同一個(gè)交換開(kāi)關(guān)。這樣輸入端口的最后一項(xiàng)功能是參加對(duì)公共資源（如交換開(kāi)關(guān)）的仲裁協(xié)議。

交換開(kāi)關(guān)可以使用多種不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。迄今為止使用最多的交換開(kāi)關(guān)技術(shù)是總線(xiàn)、交叉開(kāi)關(guān)和共享存貯器。最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)使用一條總線(xiàn)來(lái)連接所有輸入和輸出端口，總線(xiàn)開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)是其交換容量受限于總線(xiàn)的容量以及為共享總線(xiàn)仲裁所帶來(lái)的額外開(kāi)銷(xiāo)。交叉開(kāi)關(guān)通過(guò)開(kāi)關(guān)提供多條數(shù)據(jù)通路，具有N×N個(gè)交叉點(diǎn)的交叉開(kāi)關(guān)可以被認(rèn)為具有2N條總線(xiàn)。如果一個(gè)交叉是閉合，輸入總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)在輸出總線(xiàn)上可用，否則不可用。交叉點(diǎn)的閉合與打開(kāi)由調(diào)度器來(lái)控制，因此，調(diào)度器限制了交換開(kāi)關(guān)的速度。在共享存貯器路由器中，進(jìn)來(lái)的包被存貯在共享存貯器中，所交換的僅是包的指針，這提高了交換容量，但是，開(kāi)關(guān)的速度受限于存貯器的存取速度。盡管存貯器容量每18個(gè)月能夠翻一番，但存貯器的存取時(shí)間每年僅降低5%，這是共享存貯器交換開(kāi)關(guān)的一個(gè)固有限制。

輸出端口在包被發(fā)送到輸出鏈路之前對(duì)包存貯，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)度算法以支持優(yōu)先級(jí)等要求。與輸入端口一樣，輸出端口同樣要能支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝，以及許多較高級(jí)協(xié)議。

路由處理器計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)表實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議，并運(yùn)行對(duì)路由器進(jìn)行配置和管理的軟件。同時(shí)，它還處理那些目的地址不在線(xiàn)卡轉(zhuǎn)發(fā)表中的包。