路由器设备基础(技术版)完整版

基础网络技术

路由器设备基础了解路由器设备的基本定位掌握路由器体系结构及其演进了解高端路由器路由、交换、转发引擎的体系结构理解高端路由器技术演进趋势学习完本课程，您应该能够：学习目标汇报提纲路由器概述路由器总体结构介绍高端路由器路由引擎高端路由器交换引擎高端路由器转发引擎高端路由器技术演进趋势什么是路由？路由信息是指导报文发送的路径信息；路由的过程是报文中继转发的过程(N,R1,M)R1目标网络N其它网络基本构件：路由器、网络(地址)、协议路由器的作用路由器的核心作用是实现网络互连分组数据转发路由(寻径)：路由表建立、刷新、查找子网间的速率适配隔离网络，防止网络风暴，指定访问规则(防火墙)异种网络互连二层寻址二层寻址和ARP地址解析ARPTableIP地址MAC地址接口172。16。30。102-00-8C-01-A2-03E0/3172。16。28。108-05-5A-A1-A2-1AE0/5172。16。10。104-02-8C-05-A2-09E0/7172。16。30。1001-07-7B-01-A2-C3E0/1172.16.10.1InternetIP报文(172.16.10.1)E0/7路由器的基本工作原理IPETHPPP以太口串口IPETHPPP以太口串口路由选择协议转换路由器路由器传送LAN1LAN2接收发送基本工作过程拆包协议封装路由转发WAN工作在第三层(网络层)采用路由方式进行转发实现异种网络的互联路由器的基本工作原理链路层链路层物理接口物理接口查找IP地址转发信息表包缓存更新IP头队列调度IP地址下一跳查找IP地址(路由查找)IP报文处理队列调度安全处理…路由表信息[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/MaskprotoprefMetricNexthopInterface0.0.0.0/0Static600120.0.0.2Serial08.0.0.0/8RIP1003120.0.0.2Serial09.0.0.0/8OSPF105020.0.0.2Ethernet09.1.0.0/1RIP 1004120.0.0.2Serial011.0.0.0/8Static600120.0.0.2Serial020.0.0.0/8Direct0020.0.0.1Ethernet020.0.0.1/32Direct00127.0.0.1LoopBack0......汇报提纲路由器概述路由器总体结构介绍高端路由器路由引擎高端路由器交换引擎高端路由器转发引擎高端路由器技术演进趋势网络接口网络接口CPU网络接口CPU网络接口网络接口CPU接口CPU接口CPU接口CPU接口ASIC交换网接口ASICASIC接口ASIC接口CPU接口NP交换网接口NPNP接口NP接口CPU第一代第二代第三代第四代第五代基于NP的分布式交换式路由器基于ASIC的交换式路由器基于分布式CPU转发总线式路由器模块化集中转发路由器固定接口集中转发路由器路由器体系结构发展回顾网络接口第一代：集中转发，固定接口CPU网络接口网络接口网络接口满足低速网络互联需求。集中式转发，处理能力是最大的瓶颈；接口种类少，固定配置，多应用于soho。H：1600C：1600第二代：集中转发，模块化接口CPU网络接口网络接口网络接口满足低速网络互联需求；接口种类多，配置灵活。集中式转发，处理能力仍然是最大的瓶颈。cachecachecacheH：R3680C：3640、7200传统的L3增加CACHE，一次查表，多次路由第三代：分布式软件转发CPU网络接口网络接口网络接口分布式转发，处理能力较强，接口种类多，配置灵活。背板总线带宽、软转发是最大的瓶颈。CPUCPUCPUH：NE16/08/05C：7500总线带宽有限转发协议栈处理、管理第四代：基于ASIC与交换网的GSR接口ASIC交换网接口ASICASIC接口ASIC接口CPUIP处理能力有质的突破，端口较丰富，端口容量大；交换网的引入解决了总线的瓶颈，实现无阻塞交换。对QOS、MPLSVPN、组播、IPv6支持能力弱。H：NE50C：12000、

12400转发协议栈处理、管理NP出现的必然：业务需求的自然演进Session/ApplicationLayerTransportLayerNetworkLayerLinkLayerIPoptionsControlPlaneRoutingLookupsFramingCRCFlowClassification第四代路由器－基于ASIC/FPGA技术CPU处理硬件逻辑处理NP处理ControlPlaneCRCLinkLayerNetworkLayerTransportLayerSession/ApplicationLayerFlowClassificationRoutingLookupsIPoptionsFramingMulticastIPv6BillingConcastMediaTranscodingWebSwitchingQoSSchedulingMPLSVPN全业务的NPMulticastIPv6QoSSchedulingMPLSVPNNP的先进性NP与ASIC之比较性能更高：内部集成数十个CPU及硬件协处理器、硬件加速器，在实现复杂的拥塞管理、队列调度等QOS功能前提下，仍能保持线速转发，实现“硬转发”；扩展更灵活：预留的用户接口可编程，扩展灵活；业务支持能力强：对新的增值业务(MPLS、QOS、组播等等)迅速支持；管理灵活，开发方便，大大缩短二次开发周期；预留IPv6接口，可通过软件平滑升级；可靠性高：芯片转产前通过严格的疲劳性测试，适合开发电信级设备。采用网络处理器技术已成为网络设备的主流技术路线接口ASIC交换网接口ASICASIC接口ASIC接口CPU接口NP交换网接口NPNP接口NP接口CPU基于NP的新一代交换式路由器基于ASIC的传统交换式路由器交换网NET风扇系统电源系统CPU(主备份)接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP第五代路由器：基于NP的全业务路由器路由引擎转发引擎交换引擎第五代路由器的全业务转发链路层处理物理层处理合法性检查表查找流分类处理QOS处理

入队列处理切片处理链路层处理物理层处理MTU检查出端口查找QOS处理

分类处理组包处理入队列处理区分优先级交换、主备份单播转发MPLS转发多播转发单播转发MPLS转发多播转发微信元微信元线路板：业界高性能NP,线速转发交换网：高速无阻塞交换；支持组播交换；具备流控和反压控制数据报数据报汇报提纲路由器概述路由器总体结构介绍高端路由器路由引擎高端路由器交换引擎高端路由器转发引擎高端路由器技术演进趋势交换网NET风扇系统电源系统CPU(主备份)接口/PFE接口/PFE接口/PFE接口/FPEPFE/接口PFE/接口PFE/接口PFE/接口路由引擎主要作用路由协议更新消息本地终结/上层处理的流量接口状态信息统计信息等FIB刷新邻接表更新配置命令下发等主控板的作用处理路由协议运行路由协议，处理路由策略，计算并刷新路由表处理信令协议MPLS/ATM信令协议呼叫处理和连接接纳控制系统运行状态监视网络管理代理数据配置功能系统配置数据、启动文件、LOG信息等可靠性处理冗余备份、热切换、NSF、SCSR……SCSR自主持续路由技术

即使在主备倒换的情况下，保持路由协议的不间断，大大提高了网络的稳定性和可靠性RMBACKUPRMACTIVERMACTIVERMBACKUP下发FIB备份信息备份信息下发更新的FIBSCSR主板定期将路由信息和状态信息备份到备板，备板倒换后根据备份信息继续协议处理主板故障后倒换到备板对相邻接点无影响路由和转发都不会中断协议/信令ACTIVE协议/信令ACTIVE协议/信令ACTIVE协议/信令ACTIVE本节点我可能暂时歇会儿，马上回来；转发照常我可能暂时歇会儿，马上回来；转发照常路由信息路由信息Restart恢复！！我又回来啦我又回来啦NSF本地路由重启中，不备份路由，保持转发表数据，依赖邻居路由器刷新路由表主板故障倒换/重启后需要相邻接点发送完整路由信息转发不中断、路由重新学习SCSR&NSF比较

NSFSCSR备份信息不完善完善倒换机制不完善，需要邻居配合完善，自主备份倒换扩展性扩展性差，每一种网络协议都需要相应标准，而且目前很多协议都没有正式标准扩展性好，“自扫门前雪”，不需要相关标准。主备板同时失效情况因为GR机制使邻居路由器不对故障进行及时处理，导致网络故障时间增加不增加故障时间对于OSPF、IS-IS，NSF可能增加故障时间，违背快速收敛的要求，推荐采用SCSR技术BGP对路由收敛速度要求不高，因此建议同时启用SCSR和NSF技术，可减少需要平滑的数据量，提高主备倒换的速度汇报提纲路由器概述路由器总体结构介绍高端路由器路由引擎高端路由器交换引擎高端路由器转发引擎高端路由器技术演进趋势接口板之间的数据交换方式总线型单个两两背靠背型(点对点)多个两两背靠背型(网状/全连接)部分连接型(环/立方状)交换网型(星状)CPU接口CPU接口CPU接口CPU接口PFE交换网接口PFEPFE接口PFE接口CPU接口PFEPFE接口CPUCPU接口PFEPFE接口接口PFEPFE接口背板静态结构举例LinearRing2DMeshHybercubeBinaryTreeFullyConnectedVelociti2DTorusPoint-to-Point交换网内部结构共享缓存(SharedMemory)方式时分复用速度取决于内存访问速度共享缓存S/PS/PS/PP/SP/SP/S队列管理地址管理WA/RA12n12n交换网内部结构交叉开关(Crossbar)方式空分复用需要解决阻塞问题、仲裁问题速度取决于仲裁调度速度共享缓存S/PS/PS/PP/SP/SP/S仲裁调度器12n12nIFIFOIFIFOIFIFOEFIFOEFIFOEFIFOCrossbar交换网内部结构VOQ(虚拟输出队列)CIOQ(组合输入输出队列)CrossbarScheduler收内存VOQ#1VOQ#16收内存VOQ#1VOQ#16发内存发内存Requests/GrantsVOQ0VOQ1VOQnSMVOQ0VOQ1VOQnSMVQ0VQ1VQ15SMSMOQ0OQ1OQnSMOQ0OQ1OQnSMOQ0OQ1OQnOP0OP1OP2OP3OP0OP1OP2OP3OP0OP1OP2OP3IP0IP1IP2IP3IP0IP1IP2IP3IP0IP1IP2IP3Crossbar多级交换网结构：CLOS三级交换结构、严格意义上的无阻塞结构第二级通常是单独的中央交换框F1、F2、F3之间采用光纤互连(光背板)CLOS为一种经典结构,是1953年贝尔实验室研究员CharlesClos首先设计的F1F1F1...F2F2F2...F3F3F3...Stage1Stage2Stage3汇报提纲路由器概述路由器总体结构介绍高端路由器路由引擎高端路由器交换引擎高端路由器转发引擎高端路由器技术演进趋势线路接口板基本功能要求链路层处理物理层处理合法性检查表查找流分类处理QOS处理

入队列处理切片处理链路层处理物理层处理MTU检查出端口查找QOS处理

分类处理组包处理入队列处理交换网单播转发MPLS转发多播转发单播转发MPLS转发多播转发微信元微信元数据报数据报线路接口板典型结构图Framer/MACSMPFESearchingEngineCP线卡控制模块物理接口TMBufferTrafficManagementSwitchingManagementForwarding&ServicesEngineFramer交换网接口管理接口高品质QOS机制接收报文报文分类/标记REDWRED拥塞检测/避免保文发送出接口入接口

源地址目的地址源端口目的端口协议类型

TOS……ACLCAR流量监管拥塞管理VOQ调度DWRR/WFQWFQPQ/DWRRWFQ/DWRR流调度PQ/WFQ交换网端口调度优先级调度流调度/整形五级调度机制，不会出现任何堵塞和业务干扰PFQ/PQ/WFQ/Shapping，既保证调度的公平性，有能确保高优先级的业务能够的业务能够优先得到服务，不被干扰交换网络提供优先级控制，避免队头堵塞(HOL)，支持组播交换支持DiffServ和InterServ/MPLSTE每端口8个优先级队列，每单板提供8K条流队列；全部硬件完成，满足高性能要求，且性能恒定接口技术简介POS接口POS10G、2.5G、622M、155M以太网接口10GE、GE、FEATM接口ATM622M、155MRPR接口RPR2.5GE1接口2M……接口技术简介-POSPOS:PacketoverSDH/SONETSDH: ITUG.707、G.708、G.709…SONET: ANSIT1.105、BellcoreGR-253-COREPPP： IETF定义RFC2615：PPPoverSONETRFC1662：PPPinHDLClikeframing接口类型线路带宽(Mbps)开销带宽(Mbps)负载带宽(Mbps)OC-1/STS-151.845.184150.336155MSTM-1OC-3155.525.184150.336622MSTM-4OC-12622.0820.736601.3442.5GSTM-16OC-482488.3282.9442405.37610GSTM-64OC-1929953.28331.7769621.504接口技术简介-POSPPP:Point-to-PointProtocolMTU: 8192字节PPP： IETF定义，RFC1661、1332、1334、1994等,控制协议包括：LCPIPCP、MPLSCP、OSICPPAP/CHAP等Flag0x7Eaddr0xFFcontrol0x03Protocol0x0021IPpayloadCRC16/CRC32Flag0x7E接口技术简介-POSPOS:PacketoverSDH/SONETSDH: ITUG.707、G.708、G.709…SONET: ANSIT1.105、BellcoreGR-253-COREMUXIntermediateMultiplexer(ADMorDCS)RegeneratorRegeneratorSectionSectionSectionSectionLineLinePathDEMUX接口技术简介-POSSDH/SONET的帧格式都与STS-1相关STS-1的帧格式每帧9行×90列＝810字节每帧时间125µsec，即每秒8000帧传送速率810字节×8比特/125µsec＝51.84Mbps对于STS-N，则每格N字节;STS-Nc为STS-N的级联模式(concatenatedmode)90Bytes即90列9行通道开销POH线路开销LOH段开销LOH每小格1字节接口技术简介-以太网IEEE802.3标准IEEE802.3Ethernet 10M 10Base-TIEEE802.3uFastEthernet 100M 100Base-T,100Base-FXIEEE802.3zGigabitEthernet1000M 1000Base-SX/LXIEEE802.3abGigabitEthernet1000M 1000Base-TIEEE802.3ae10GigabitEthernet10G 1000Base-SR/SW/LR/LW/ER/EW/LX4IPG(Inter-PacketGap)PreambleStartFrameDelimiterDestinationAddressSourceAddressType/LengthDataFrameCheckSequence12Bytes 7Bytes1Byte6Bytes6Bytes2Bytes46～1500Bytes4BytesFrameLengthis64～1518BytesIEEE802.aeLAN/MANFiberTypePMDDistance10GBase-SRLANMMF850nmSerial25,65,300m10GBase-SWWAN10GBase-LRLANSMF1310nmSerial10km10GBase-LWWAN10GBase-ERLANSMF1550nmSerial40km10GBase-EWWAN10GBase-LX4LANMMF1310nmWWDM300mSMF10km接口技术简介-RPRIEEE802.17标准已于2004年7月形成标准NE路由器目前支持RPR2.5G接口技术简介-ATMATM论坛UNI3.0、3.1IETFRFC1577classicalIPoverATMRFC1483MultiprotocolEncapsulationoverAAL5NE路由器ATM接口支持ATM155M、622MIPOA、MPLSUBR/CBR/VBRINARPF5OAM1K/单板PVC2K/接口AAL5最大MTU：2000支持RFC1483b透传GFC/VPIVPIVPIVCIVCIVCIPRIC数据负载48字节接口技术简介-E1E1接口G.703电气特性和线路编码G.704成帧模式和信令G.706帧排列与CRC校验G.732失效条件和后续动作高端路由器E1非成帧模式E1成帧模式线路码选择:AMI/HDB30时隙:CRC或noCRC通道化至64K捆绑MP协议8个BUNDLE/单板8个通道/BUNDLE181Frame,

256Bits—125us,32TimeSlots1Channel

TimeSlotBitRate=2.048Mbps031161Multiframe,

4096Bits2msec16Frames18汇报提纲路由器概述路由器总体结构介绍高端路由器路由引擎高端路由器交换引擎高端路由器转发引擎高端路由器技术演进趋势总体趋势NGN/3GCENTREX会议电视语音接入多媒体接入图象接入数据接入局域网E-PhoneADSLISP/ICPASIntranet/ExtranetPORTALPSTN/ISDNATMINX.25IP核心网络基础网络向IP网融合，终端朝分组化、宽带化、智能化发展。未来3年内IP网络将承载的新业务IPBackbone3G分组域视讯多媒体3GR5/R6NGN业务大客户专线(MPLSVPN)Internet访问趋势一：IP网向IP与MPLS融合网转移1、网络安全保证；2、业务逻辑隔离；3、IPVPN；4、更好的QOS保证及MPLSTE。MPLS是下一代IP网络业务承载的基石！MPLS与IP的QOS映射MPLS与IP无缝的结合提供新业务端到端的QOS保证！趋势二：交换网向软交换演进电路交换的分离的网络WirelessIPATM/FRVoiceWenowneed:“Onenetworkdesignedfordata,butoptimizedforvoice”INNMSAppServerPolicyServiceISUPSGPSTNswitchSTPTMGPLMNWMGSIPPhoneH.323PhonePCPhoneIADAMG分组核心网软交换软交换软交换软交换的优势：开放的体系，提供融合的多媒体业务扁平网络，简化网络运维和管理快速部署新业务