路由器体系架构完整版

FBCSE路由器体系架构分析课程介绍

IP路由器常见体系架构第一课什么是路由器？ListofReachableNetworksPacketPacketInOutLayer3

SwitchPacketPacketFrameFrameRIP,OSPF,BEIGRP,BGP路由器的系统结构控制平面数据通道RIP/OSPF/BEIGRP…路由表转发表交换路由器的工作形成、维护路由表

数据包的额外操作

对数据包作过滤（Filtering)、分类（classifying）、排队（queuing）等三层交换 输出数据包的二层帧头的创建 检查三层数据包的校验和（checksum） 减小IP报文头中的TTL域的值管理任务

端口状态统计

DEBUG Telnet、SNMP、ping、Traceroute、DNS等路由器的系统结构路由器操作系统

主控制模块接口卡Routing

processor接口模块ForwardingEngine……背板背板ForwardingEngine路由器的主要组成部分控制卡 包括CPU，运行路由器上的实时操作系统和路由协议等。背板 连接各种通信接口，在它们之间转发数据。当前常用的路由器的交换机构有总线、共享内存(sharememory)、交换矩阵（Crossbar）三种。接口卡/模块 有多个端口和转发引擎，端口在接收报文时把IP报文从数据链路层的帧中解析出来，发送报文时把IP报文封装到数据帧中。转发引擎功能是接收报文、查找路由转发表、找到报文在网络上的下一节点和输出端口，再把报文发送给交换结构转发到输出端口；IP路由器常见体系架构集中式共享内存体系结构Centralizedsharedmemory（BUS）architectures分布式共享内存体系结构Distributedsharedmemoryarchitectures分布式交换矩阵体系结构Distributedcross-bararchitecturesCPURoutingtableCPUmemory接口接口接口接口SharedBUS集中式共享内存/（总线）SharedmemoryCPURoutingtableCPUmemory接口接口接口接口SharedBUS共享内存/（总线）架构数据流Sharedmemory①②、③④共享内存/（总线）架构特点三项共享资源：CPU、内存、总线中央处理器需要处理所有（端口）经过这个路由器的 报文，中央处理器的能力就成为重要的瓶颈。报文转发有两个主要的耗时操作：路由查找和报文转发都涉及到存储器的访问，CPU芯片处理速度的提高并不能线性的提高路由器的处理速度，因为存储器的访问时间在这时成为主要的性能瓶颈。总线的交换机制显然无法满足大量报文的高速转发。

CPURoutingtableCPUmemory接口分布式体系架构SharedmemoryCPUCPUCPUCPU接口接口接口CPURoutingtableCPUmemory接口分布式体系架构数据流SharedmemoryCPUCPUCPUCPU接口接口接口分布式体系架构特点线卡上有独立的处理器和内存，可以不需要中央CPU的参与而转发报文。线卡可以独立完成某些特殊处理流程（如QOS），而无需中央CPU的辅助。中央CPU主要是维护转发表（Forwardingcache）、并负责把它下载到线卡上的存贮器中去。不同线卡之间的通信需要中央CPU通过共享内存来实行。共享内存主要是用于线卡之间的数据交换。

BUS

CPU

MemoryLineCardprocessormemoryLineCardprocessormemoryLineCardprocessormemory分布式体系架构补充（并行式）多处理器共享总线体系结构实际上有两种体系，一种是分布式，负责报文转发的从处理器在线卡上，也就是说，一个处理器对应一个线卡处理一个卡上的报文转发，带routercache的路由器实际上就属于这种体系结构。并行式，线卡和转发处理器独立，通过共享总线互连。相对于分布式，这种体系结构由于各个线卡之间共享转发引擎，因此能够提高端口密度，一个端口上能够处理更高的网络突发流量；报文数据通常只在各个接口卡上传输，它们不会发送到转发引擎和处理器上。分布式体系架构补充CPURoutingtableCPUmemory接口Cross-bar体系架构CPUCPUCPUCPU接口接口接口CPURoutingtableCPUmemory接口Cross-bar体系架构数据流CPUCPUCPUCPU接口接口接口

博达路由平台典型架构分析第二课BDCOM3660体系架构MPC8245slot1slot3slot5slot2slot4slot6PCIBUS0PCIBridgePCIBridgeSDRAMFLASHBOOTROMLOGICDUALURATAUXCONSOLELOCALBUSBDCOM3660体系架构说明MPC8245CPU的处理能力与路由器的性能有直接关系，3660路由器采用MotorolaPowerPC系列高性能处理器8245，主频高达300MHz。LocalBUS可以直接访问CPU的高速总线，连接的功能单元包括启动初始化程序存储器（BOOTROM）和报文缓冲存储器（SDRAM）、FLASHMemory等。PCIBUSPCI总线，连接PCIBridge，再连接到各接口卡上。SLOT1～6路由器的模块接口CPUForwardingtableSharedmemory内存的使用ForwardingcachePrivateBuffersPrivateBuffers总线PublicBuffers接口接口①③④②⑤⑥⑦⑧缓存和队列当路由器不能立即处理/交换掉输入的数据包文时，就需要缓存（Buffering）和队列（Queuing）。缓存和队列用于临时存贮在等待被处理的数据报文。队列把要执行相同处理的多个数据报文按序排放（序列化）。路由器接口的内部缓存包括： 接口FIFO（帧缓存） 非常非常小（一个帧），驱动程序操作，ROS里不可配置 接口Rx和TxRing 驱动程序操作，存在于接口卡或共享内存中。缓存所有数据包的交换通过系统缓存来完成（SystemBuffers），系统缓存位于共享内存中（SharedMemory）。系统缓存包括私有系统缓存（分配给每个接口）和公用系统缓存。接口分配的私有缓存不够用的话可以从公用缓存中借取。CPUMemory用于保存路由表（RoutingTables）、运行配置（RunningConfiguration）等需要快速存取的数据。CPUMemory实际上只是逻辑上的概念。队列系统队列（SystemHoldQueues）存在于系统缓存中每个接口有自己的私有队列接口有两种基本队列：InputHoldQueue和output

Hold

Queue

注：本篇教学文档中都采用了简化的系统结构图，便于教学。数据包被复制到数据包缓冲器上产生一个中断给CPUShared

MemoryFast

CacheSystemBuffersPacketBuffersCPU

MemoryRouting

Table•

•

•AABDCDF0/0F1/0S2/1•

•

•HdrData目标=BD数据交换过程数据帧数据帧……CPUF0/0接口接口F1/0BUS路由表查询决定转发目标压缩、过滤等服务初始化高速缓存Shared

MemoryFast

CacheSystemBuffersPacketBuffersCPU

MemoryRouting

Table•

•

•AABDCDF0/0F1/0S2/1•

•

•HdrData目标=BD数据交换过程续F0/0数据帧数据帧……BUSCPU接口接口F1/0任务调度二层帧首部重写传送数据到输出接口接口上计算CRCShared

MemoryFast

CacheSystemBuffersPacketBuffersCPU

MemoryRouting

Table•

•

•AABDCDF0/0F1/0S2/1•

•

•HdrData数据交换过程续F0/0数据帧数据帧……BUSCPU接口接口F1/0

BDCOMROS体系架构第三课博达BD－ROS介绍博达公司的所有网络产品，从路由器、交换机到VOIP语音系列都是基于博达公司自主研发的网络操作系统BD-ROS的。

BD-ROS严格按照各类业界标准/协议开发，完全与市场上的主流产品兼容。命令风格和CISCOIOS类似，并且能提供中英文帮助信息，便于用户使用。为了方便在各种复杂的网络环境中诊断、排除各种疑难杂症，BD-ROS提供所有通信协议的多种不同级别的调试、跟踪、诊断功能，并提供各种状态信息与统计信息。BD－ROS是一个与硬件分离的软件体系结构，随着网络技术的发展，可动态地升级以适应不断变化的新技术（硬件和软件）。BD－ROS框架10BASE-T100BASE-FX物理层VPNL2/L3MPLSVPNL2TP、PPTPIPSEC、GRE多样化服务H225/H245QOS流量控制HSRP/VRRPV.35/V.28G.703/G.704……链路层HDLC、PPP、PPPoE、X.25、FR、ISDNBRI、ISDNPRI、DLSW、XOTFXS/FXO路

由OSPF(v1/v2)RIP(v1/v2