核心路由器

早在40多年前就已經出現了對路由技術的討論，但是直到80年代路由技術才逐漸進入商業化的應用。路由技術之所以在問世之初沒有被廣泛使用主要是因為80年代之前的網路結構都非常簡單，路由技術沒有用武之地。直到最近十幾年，大規模的網際網路路才逐漸流行起來，為路由技術的發展提供了良好的基礎和平台。

路由器（Router）是網際網路的主要結點設備。路由器通過路由決定數據的轉發。轉發策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來（router，轉發者）。作為不同網路之間互相連接的樞紐，路由器系統構成了基於TCP/IP 的國際網際網路路Internet 的主體脈絡，也可以說，路由器構成了Internet的骨架。它的處理速度是網路通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網路互連的質量。因此，在園區網、地區網、乃至整個Internet 研究領域中，路由器技術始終處於核心地位，其發展歷程和方向，成為整個Internet研究的一個縮影。在當前我國網路基礎建設和信息建設方興未艾之際，探討路由器在互連網路中的作用、地位及其發展方向，對於國內的網路技術研究、網路建設，以及明確網路市場上對於路由器和網路互連的各種似是而非的概念，都有重要的意義。

指標之一：吞吐量

吞吐量是路由器的包轉發能力。吞吐量與路由器埠數量、埠速率、包長度、數據包類型、路由計算模式(分佈或集中)以及測試方法有關，一般泛指處理器處理數據包的能力。高速路由器的包轉發能力至少達到20Mpps以上。吞吐量主要包括兩個方面：

1. 整機吞吐量

整機指設備整機的包轉發能力，是設備性能的重要指標。路由器的工作在於根據IP包頭或者MPLS標記選路，因此性能指標是指每秒轉發包的數量。整機吞吐量通常小於路由器所有埠吞吐量之和。

2. 埠吞吐量

埠吞吐量是指埠包轉發能力，它是路由器在某埠上的包轉發能力。通常採用兩個相同速率測試介面。一般測試介面可能與介面位置及關係相關，例如同一插卡上埠間測試的吞吐量可能與不同插卡上埠間吞吐量值不同。

指標之二：路由表能力

路由器通常依靠所建立及維護的路由表來決定包的轉發。路由表能力是指路由表內所容納路由表項數量的極限。由於在Internet上執行BGP協議的路由器通常擁有數十萬條路由表項，所以該項目也是路由器能力的重要體現。一般而言，高速路由器應該能夠支持至少25萬條路由，平均每個目的地址至少提供2條路徑，系統必須支持至少25個BGP對等以及至少50個IGP鄰居。

指標之三：背板能力

背板指輸入與輸出埠間的物理通路。背板能力是路由器的內部實現，傳統路由器採用共享背板，但是作為高性能路由器不可避免會遇到擁塞問題，其次也很難設計出高速的共享匯流排，所以現有高速路由器一般採用可交換式背板的設計。背板能力能夠體現在路由器吞吐量上，背板能力通常大於依據吞吐量和測試包長所計算的值。但是背板能力只能在設計中體現，一般無法測試。

指標之四：丟包率

丟包率是指路由器在穩定的持續負荷下，由於資源缺少而不能轉發的數據包在應該轉發的數據包中所佔的比例。丟包率通常用作衡量路由器在超負荷工作時路由器的性能。丟包率與數據包長度以及包發送頻率相關，在一些環境下，可以加上路由抖動或大量路由後進行測試模擬。

指標之五：時延

時延是指數據包第一個比特進入路由器到最後一個比特從路由器輸出的時間間隔。該時間間隔是存儲轉發方式工作的路由器的處理時間。時延與數據包長度和鏈路速率都有關，通常在路由器埠吞吐量範圍內測試。時延對性能影響較大, 作為高速路由器，在最差情況下, 要求對1518位元組及以下的IP包時延均都小於1ms。

指標之六：背靠背幀數

背靠背幀數是指以最小幀間隔發送最多數據包不引起丟包時的數據包數量。該指標用於測試路由器緩存能力。具有線速全雙工轉發能力的路由器，該指標值無限大。

指標之七：時延抖動

時延抖動是指時延變化。數據業務對時延抖動不敏感，所以該指標通常不作為衡量高速路由器的重要指標。對IP上除數據外的其他業務，如語音、視頻業務，該指標才有測試的必要性。

指標之八：服務質量能力

1.隊列管理機制

隊列管理控制機制通常指路由器擁塞管理機制及其隊列調度演演算法。常見的方法有RED、WRED、WRR、DRR、WFQ、WF2Q等。

排隊策略：

● 支持公平排隊演演算法。

● 支持加權公平排隊演演算法。該演演算法給每個隊列一個權(weight)，由它決定該隊列可享用的鏈路帶寬。這樣，實時業務可以確實得到所要求的性能，非彈性業務流可以與普通(Best-effort)業務流相互隔離。

● 在輸入/輸出隊列的管理上，應採用虛擬輸出隊列的方法。

擁塞控制:

● 必須支持WFQ、RED等擁塞控制機制。

● 必須支持一種機制，由該機制可以為不符合其業務級別CIR/Burst合同的流量標記一個較高的丟棄優先順序，該優先順序應比滿足合同的流量和儘力而為的流量的丟棄優先順序高。

● 在有可能存在輸出隊列爭搶的交換環境中，必須提供有效的方法消除頭部擁塞。

2.埠硬體隊列數

通常路由器所支持的優先順序由埠硬體隊列來保證。每個隊列中的優先順序由隊列調度演演算法控制。

指標之九：網路管理

網管是指網路管理員通過網路管理程序對網路上資源進行集中化管理的操作，包括配置管理、計賬管理、性能管理、差錯管理和管理。設備所支持的網管程度體現設備的可管理性與可維護性，通常使用SNMPv2協議進行管理。網管粒度指示路由器管理的精細程度，如管理到埠、到網段、到IP地址、到MAC地址等粒度。管理粒度可能會影響路由器轉發能力。

指標之十：可靠性和可用性

1.設備的冗餘

冗餘可以包括介面冗餘、插卡冗餘、電源冗餘、系統板冗餘、時鐘板冗餘、設備冗餘等。冗餘用於保證設備的可靠性與可用性，冗餘量的設計應當在設備可靠性要求與投資間折衷。路由器可以通過VRRP等協議來保證路由器的冗餘。

2.熱插拔組件

由於路由器通常要求24小時工作，所以更換部件不應影響路由器工作。部件熱插拔是路由器24小時工作的保障。

3.無故障工作時間

該指標按照統計方式指出設備無故障工作的時間。一般無法測試，可以通過主要器件的無故障工作時間計算或者大量相同設備的工作情況計算。

4.內部時鐘精度

擁有ATM埠做電路模擬或者POS口的路由器互連通常需要同步。在使用內部時鐘時，其精度會影響誤碼率。

在高速路由器技術規範中，高速路由器的可靠性與可靠性規定應達到以下要求：

① 系統應達到或超過99.999%的可用性。

② 無故障連續工作時間：MTBF>10萬小時。

③ 故障恢復時間：系統故障恢復時間 < 30 mins。

④ 系統應具有自動保護切換功能。主備用切換時間應小於50ms。

⑤ SDH和ATM介面應具有自動保護切換功能，切換時間應小於50ms。

⑥ 要求設備具有高可靠性和高穩定性。主處理器、主存儲器、交換矩陣、電源、匯流排仲裁器和管理介面等系統主要部件應具有熱備份冗餘。線卡要求m+n備份並提供遠端測試診斷功能。電源故障能保持連接的有效性。

⑦ 系統必須不存在單故障點。