路由器原理与设计讲稿2-路由器的基本概念

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1、路由器原理与设计之二： 路由器基础知识,兰 巨 龙 E-mail:,中国人民解放军信息工程大学信息工程学院,郑州,铁路交通网,北京,西安,上海,1,2,3,4,铁路交通网由传输系统和节点构成 传输系统：铁路 节点： 火车站,郑州01,Internet,北京02,西安03,上海04,1,2,3,Internet网也由传输系统和节点构成 传输系统：光传输网 节点： 路由器,Internet和路由器的基本理解,Internet是由传输设备和节点构成 Internet的建设像城市建设，是逐步完善的 路由器是Internet的节点设备 路由器实现路由计算和报文转发的功能 路由器是逐跳完成报文的传递的,本

2、 章 内 容,路 由 器 及 其 基 本 概 念 路 由 器 体 系 结 构 的 发 展 路 由 器 硬 件 体 系 结 构 路 由 器 软 件 体 系 结 构 路 由 查 找 数 据 包 分 类,2.1 路 由 器 及 其 基 本 概 念,什么是路由器 什么是路由 路由器的工作模型 几个基本概念 路由器的性能指标,2.1.1 什 么 是 路 由 器,路由器是连接网络的设备，它可以连接两个或多个网络。路由器具有判断网络地址和选择路由路径的能力，能够在不同网络的主机之间传递数据。,发送主机,路由器,目的主机,路由器,路由器,路由器,2.1.2 什 么 是 路 由,R3,A,B,C,R1,R2,R

3、4,D,E,F,R5,D,D,2.1.3 路 由 器 的 工 作 模 型,Presentation,Data Link,Physical,Data Link,Physical,Data Link,Network,Transport,Session,Application,Physical,X,Presentation,Y,Transport,Application,Data Link,Physical,Network,Network,Network,路由器对IP包进行网络层处理,2.1.4 几 个 基 本 概 念,1 线 路 接 口 卡（Line Card） 2 转 发（Forward） 3

4、转 发 表（Forwarding Table） 4 交 换（Switch） 5 调 度（Schedule）,郑州,北京,西安,上海,广州,1,2,3,4,2.1.5 路由器的性能指标,1 吞吐量（整机吞吐量，端口吞吐量） 2 背板交换能力 3 丢包率 4 时延及时延抖动 突发量能力 路由表容量 服务质量 网管能力 可靠性和可用性,本 章 内 容,路 由 器 及 其 基 本 概 念 路 由 器 体 系 结 构 的 发 展 路 由 器 硬 件 体 系 结 构 路 由 器 软 件 体 系 结 构 路 由 查 找 数 据 包 分 类,2.2 路 由 器 体 系 结 构 的 发 展,共享存储路由器 共享

5、总线路由器 具有交换网络的路由器 大规模并行或集群式路由器,2.2.1 第一代-共享存储路由器,共享背板Shared Backplane,Line Interface,Line Interface,MAC,Line Interface,MAC,Line Interface,MAC,2.2.2 第二代-共享总线路由器,Route Table,CPU,Line Card,Buffer Memory,Line Card,MAC,Buffer Memory,Line Card,MAC,Buffer Memory,Fwding Cache,Fwding Cache,MAC,Buffer Memory,2

6、.2.3 第三代-具有交换网络的路由器,交换背板 Switched Backplane,Line Interface,CPU,Memory,Line Card,MAC,Local Buffer Memory,CPU Card,Line Card,MAC,Local Buffer Memory,Routing Table,Fwding Table,2.2.4 第四代-具有大规模并行或集群式路由器,核心交换 Switch Core,Linecards,Optical links,100s of metres,本 章 内 容,路 由 器 及 其 基 本 概 念 路 由 器 体 系 结 构 的 发 展

7、 路 由 器 硬 件 体 系 结 构 路 由 器 软 件 体 系 结 构 路 由 查 找 数 据 包 分 类,2.3 路 由 器 硬 件 体 系 结 构,路 由 器 的 分 类 基 本 的 硬 件 结 构 交 换 网 络 线 路 接 口 路 由 引 擎 转 发 引 擎 查 表,2.3.1 路 由 器 的 分 类,骨干网路由器 Backbone routers,企业级路由器 Enterprise routers,接入路由器 Access routers,Routers at 3 Levels,2.3.1 路 由 器 的 分 类（3）,骨干网路由器（Backbone Router） Reliabi

8、lity Speed/Performance 企业级路由器（Enterprise Router） Low cost per port Large number of ports Easy to configure 接入路由器（Access Router） Home customer/small business Low cost Modem pool,路由器设计准则,2.3.2 基 本 的 硬 件 结 构（1）,Routing Engines,Packets In,Packets Out,Packet Forwarding Engines,2.3.2 基 本 的 硬 件 结 构（2）,Rout

9、e Processing,Packet Forwarding,Destination address lookup,Routing table,Route updates,Incoming packets,Outgoing packets,Topology & address exchange with neighboring nodes,Topology & address exchange with neighboring nodes,data,data,2.3.2 基 本 的 硬 件 结 构（3）,硬 件 模 块 划 分 交 换 网 络 线 路 接 口 路 由 引 擎 转 发 引 擎 中

10、 央 控 制,2.3.3 交 换 网 络（1）,共享内存 Speed is limited by memory access speed 共享总线 Speed is limited by bus capacitance 空分复用crossbar Speed is limited by the scheduler,2.3.3 交 换 网 络（2）,Shared Memory,2.3.3 交 换 网 络（3）,Route Processor,Memory,DMA,Route Cache,Memory,MAC,Line Card,DMA,Route Cache,Memory,MAC,Line Car

11、d,DMA,Route Cache,Memory,MAC,Line Card,Bus,Cache updates,Shared Bus,2.3.3 交 换 网 络（4）,Switched Crossbar,2.3.4 线 路 接 口（1）,线路接口的功能： 进行二层处理 接口类型： PoS接口, 以太网接口，ATM接口等 接口速度： 10Mb/s,100 Mb/s,155 Mb/s ，622 Mb/s 1Gb/s,2.5Gb/s,10Gb/s,40Gb/s,线路接口的设计,2.3.4 线 路 接 口（2）,输入队列 Line speed switching fabric speed,线路接口的

12、输入/输出队列,2.3.4 线 路 接 口（3）,先到先服务 (FCFS) 公平队列 R: an ideal rate of service at a bottleneck link w1, w2 wn represent the weights for each queue The ideal service for K is: Rwk/(wi) Well behaved source does not see packet losses Guarantee a minimum share of link capacity for each source,线路接口的多队列调度,2.3.5 路

13、 由 引 擎,路由计算 更新路由表 更新转发表,2.3.6 转 发 引 擎,数据处理 Optimal code for processing Small instructions and less cycles Check header/length/TTL/option Might not do “checksum” 21% increasing cycles to pay to check for a rare error 数据包转发 Cache forwarding tables Data structure of forwarding table IP lookup algorithm

14、,本 章 内 容,路 由 器 及 其 基 本 概 念 路 由 器 体 系 结 构 的 发 展 路 由 器 硬 件 体 系 结 构 路 由 器 软 件 体 系 结 构 路 由 查 找 数 据 包 分 类,2.4 路由器软件体系结构,基 本 功 能 划 分 链 路 层 驱 动 硬 件 抽 象 层 基 本 协 议 栈 路 由 计 算 设 备 管 理,2.4.1 基 本 功 能 划 分,链 路 层 驱 动 硬 件 抽 象 层 基 本 协 议 栈 路 由 计 算 设 备 管 理,2.4.2 链 路 层 驱 动,2.4.3 硬 件 抽 象 层（1）,2.4.3 硬 件 抽 象 层（2）,不包括硬件抽象层的产品研发过程,2.4.3 硬 件 抽 象 层（3）,包括硬件抽象层的产品研发过程,2.4.4 基 本 协 议 栈,2.4.5 路 由 计 算,2.4.6 设 备 管 理,为路由器提供远程或本地的管理接口，如CLI、SNMP、TELNET和WWW方式。 提供的管理功能包括：配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理,本 章 内 容,路 由 器 及 其 基 本 概 念 路 由 器 体 系 结 构 的 发 展 路 由 器 硬 件 体 系 结 构 路 由 器 软