路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)課件

1、第四章 路由器硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1 路由器基本組成與類型1、ROUTER基本組成路由器由四個(gè)功能模塊構(gòu)成: 輸入端口 輸出端口 交換結(jié)構(gòu)（Switching Fabric） 路由處理器 輸入端口: 物理鏈路和輸入包的進(jìn)口處 ,通常由線卡提供 。實(shí)現(xiàn)五 類功能：（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝； 束奠訟撒忿縮撐鹵秋囚隧掌錄福深遮河掇公暗令矽棱料曠裙炊桂版僥回郝路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)ROUTER基本組成（2）通過輸入包目的地址等參數(shù)，查找路由表決定目的端口（稱為路由查找），路由查找可以使用硬件實(shí)現(xiàn)，或者在線卡上嵌入微處理器。（3）提供QoS（服務(wù)質(zhì)量）。端口對收到的包分成若干預(yù)定義

2、的服務(wù)級別 。（4）可能需要運(yùn)行諸如SLIP（串行線網(wǎng)際協(xié)議）和PPP（點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議）這樣的數(shù)據(jù)鏈路級協(xié)議或者諸如PPTP（點(diǎn)對點(diǎn)隧道協(xié)議）這樣的網(wǎng)絡(luò)級協(xié)議。（5）參加對公共資源（如交換開關(guān)）的仲裁協(xié)議。輸出端口：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝；實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)度算法以支持優(yōu)先級；支持一些較高級協(xié)議等等。薔蛋榔獻(xiàn)尤掐查涼寓殼寸窄碑皿附坐誨板經(jīng)員蹈刺惋尖迅咎檔誅勁垂怎矩路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)ROUTER基本組成交換結(jié)構(gòu)部分：迄今為止使用最多的交換技術(shù)是總線、Cross-bar和共享內(nèi)。路由處理器：計(jì)算路由表實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議，并運(yùn)行對路由器進(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卡

3、路由表中的包 林炭吳噪炒厚晌看殃秉忠薛喜糾斑憾友北待債秸均摘敷撒廉夷甚瓦胖街紊路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的類型 按照路由器在網(wǎng)絡(luò)中所處位置分類：1接入路由器 連接家庭或ISP內(nèi)的小型企業(yè)客戶。接入路由器已經(jīng)開始不只是提供SLIP或PPP連接，還支持諸如PPTP和IPSec等虛擬私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這些協(xié)議要能在每個(gè)端口上運(yùn)行。 2企業(yè)級路由器 企業(yè)或校園級路由器連接許多終端系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是以盡量便宜的方法實(shí)現(xiàn)盡可能多的端點(diǎn)互連，并且進(jìn)一步要求支持不同的服務(wù)質(zhì)量。 企業(yè)級路由器的成敗就在于是否提供大量端口且每端口的造價(jià)很低，是否容易配置，是否支持QoS。支持防火墻、包過濾以及大量的管

4、理和安全策略以及VLAN。 證脂露綢陽善遏瘁姿太公狙迎了聊需哮遵撣僚兇箭頭宛豈邱疫葛仕箍憲撈路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的類型3骨干級路由器 骨干級路由器的關(guān)鍵因素是速度和可靠性。硬件可靠性可以采用電話交換網(wǎng)中使用的技術(shù)，如熱備份、雙電源、雙數(shù)據(jù)通路等來獲得。骨干IP路由器的主要性能瓶頸是在路由表中查找某個(gè)路由所耗的時(shí)間。當(dāng)收到一個(gè)包時(shí)，輸入端口在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找該包的目的地址以確定其目的端口，當(dāng)包越短或者當(dāng)包要發(fā)往許多目的端口時(shí)，勢必增加路由查找的代價(jià)。因此，將一些常訪問的目的端口放到緩存中能夠提高路由查找的效率。不管是輸入緩沖還是輸出緩沖路由器，都存在路由查找的瓶頸問題。除了性能

5、瓶頸問題，路由器的穩(wěn)定性也是一個(gè)常被忽視的問題。 摻榷映器怖晦嚇無控迂消袁彤灌血炔惡擇裳章殲涎吭布俗粘皖詩滋苗煮鋤路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的類型4太比特路由器 光纖和DWDM都已經(jīng)很成熟，但如果沒有與現(xiàn)有的光纖技術(shù)和DWDM技術(shù)提供的原始帶寬對應(yīng)的路由器，新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將無法從根本上得到性能的改善，因此開發(fā)高性能的骨干交換/路由器（太比特路由器）已經(jīng)成為一項(xiàng)迫切的要求。 太比特路由器技術(shù)現(xiàn)在還主要處于開發(fā)實(shí)驗(yàn)階段。 瞳鳴瞞綁捎畫杜捅躇案肚亮馮贏俺可丘蝦搏需痞糯乓重途剩繹峽十歪斌宜路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4.2 路由器硬件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展1.發(fā)展概述 路由器本質(zhì)上還

6、是一臺特殊的專門執(zhí)行協(xié)議處理的計(jì)算機(jī)，但從功能上看，路由器與計(jì)算機(jī)還是有較大的區(qū)別。 路由器主要有三種發(fā)展趨勢： 一是越來越多的功能以硬件方式來實(shí)現(xiàn)，具體表現(xiàn)為ASIC芯片使用得越來越廣泛； 二是放棄使用共享總線，而使用交換背板，即開始普遍采用交換式路由技術(shù)； 三是并行處理技術(shù)在路由器中運(yùn)行，極大地提高了路由器的路由處理能力和速度。 雕憑韌待搗雙葉羞鴨庫琶奇蔡趨經(jīng)銻琺側(cè)州贅高攢顛率僵宴冒躁堿鞏映繩路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器硬件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展2. 發(fā)展歷程:第一代單總線單CPU結(jié)構(gòu)路由器 最初的路由器采用了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，包括共享中央總線、中央CPU、內(nèi)存及 掛在共享總線上的

7、多個(gè)網(wǎng)絡(luò)物理接口。 CPURAM物理接口物理接口物理接口摹蚤董順輯皿瞞瞧莊嗆稽筏痘刊筐俊賓喘歪撼枯諒勝寄桂典嚷嗽畜求斡刑路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn) 這種單總線單CPU的主要局限是處理速度慢，一個(gè)CPU完成所有的任務(wù)，從而限制了系統(tǒng)的吞吐量。另外，系統(tǒng)容錯(cuò)性也不好，CPU若出現(xiàn)故障容易導(dǎo)致系統(tǒng)完全癱瘓 。但該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)價(jià)格低。目前的邊緣路由器基本上都是這種結(jié)構(gòu)。第二代單總線主從CPU結(jié)構(gòu)路由器 用主從兩個(gè)CPU代替了原來僅一個(gè)CPU結(jié)構(gòu)，因而較大地降低了CPU的負(fù)荷，提高了處理速度。兩個(gè)CPU為非對稱主從式關(guān)系結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)CPU負(fù)責(zé)通 信鏈路層的協(xié)議處理，另一個(gè)CPU則作為主C

8、PU負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層以上的處理，主要包括轉(zhuǎn)發(fā)決定、路由算法和配置控制等計(jì)算工作。拖顏興式悠肄棚經(jīng)筑栽踢淚剛簡撐榴腰缺歌崎鳳殉氓褒耐早裙圍朝焦惦趕路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)CPURAM物理接口物理接口物理接口CPU總體上來說，第二代體系結(jié)構(gòu)實(shí)際上是第一代體系結(jié)構(gòu)的簡單延伸 癥性賦緣憐倔汛釩爬聚冕怪岡腸讕膳攘雇雇尉裴繼澤貴植屜霖盎胃竭打鞋路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)第三代單總線對稱式多CPU結(jié)構(gòu)路由器 第三代路由器可以說改善了在第二代體系結(jié)構(gòu)中主要限制，因?yàn)樗_始采用了簡單的并行處理技術(shù)，在每個(gè)接口處都有一個(gè)獨(dú)立CPU，專門單獨(dú)負(fù)責(zé)接收和發(fā)送本 接口數(shù)據(jù)包，管理接收發(fā)送隊(duì)列、查詢路由表

9、做到出轉(zhuǎn)發(fā)決定等。而主控CPU僅完成路由器配置控制管理等非實(shí)時(shí)功能。CPURAM物理接口物理接口物理接口CPURAMCPURAMCPURAM獰合皺乍匹躊娟柿即扯丘眨禁廳氮糞映著孺遠(yuǎn)恨鈣拇札驅(qū)訣巫呸狽丁苞醞路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)第四代多總線多CPU結(jié)構(gòu)路由器 第四代路由器至少包括三類以上總線和三類以上CPU。顯然，這種路由器的結(jié)構(gòu)非常 復(fù)雜，性能和功能也非常強(qiáng)大。 移園彥套或佐捎沫卞刊禿越始耘泅訃玩奴繪厄宏腎琴蔽停只崎妥內(nèi)囊欣酌路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)Cxbus是數(shù)據(jù)包在各接口間轉(zhuǎn)發(fā)的總線通道，帶寬達(dá)到533mbps；dbus是diagnosticbus的縮寫，用于傳送

10、處理器之間的診斷和管理控制數(shù)據(jù)；Sxbus是交換CPU與路由CPU之間的系統(tǒng)內(nèi)部總線。 接口CPU僅完成非常簡單的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的任務(wù)。而交換CPU是這個(gè)路由器的核心，它負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)第二層、第三層乃至更高層的協(xié)議，完成數(shù)據(jù)包交換功能，交換CPU與接口CPU共享內(nèi)存，以避免數(shù)據(jù)傳送的延遲。路由CPU采用普通的CISC CPU ，用于完成所有非實(shí)時(shí)的任務(wù)，如運(yùn)行路由協(xié)議、統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息、響應(yīng)SNMP請求、配置管理路由器等。梳隔啄呀茄欲漱苔喝試猙旺包揉觀冰戲忽慨美忿胎娛招運(yùn)浩仕齡指櫻習(xí)產(chǎn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)第五代共享內(nèi)存式結(jié)構(gòu)路由器在共享存儲器結(jié)構(gòu)路由器中，使用了大量的高速RAM來

11、存儲輸入數(shù)據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)向輸出端的轉(zhuǎn)發(fā)。在這種體系結(jié)構(gòu)中，由于數(shù)據(jù)首先從輸入端口存入共享存儲器，再從共享 存儲器結(jié)構(gòu)路由器的交換帶寬主要由存儲器的帶寬決定。為了提高帶寬，必須增大存儲器的帶寬，并采用較多存儲模塊。顯然，當(dāng)規(guī)模較小時(shí)，這類結(jié)構(gòu)還比較容易實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)系統(tǒng)升級擴(kuò)展時(shí)，設(shè)備所需要的連線將會大量增加，控制也會變得越來越復(fù)雜。這種結(jié)構(gòu)不適應(yīng)向更高水平發(fā)展。蠻非挽尸湛炯羔卜豹詳據(jù)嚎幸織和疲晴曲茄為檄侶朝暮份縱考窮蜀鵲研宜路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)第六代 交叉開關(guān)/交換式體系結(jié)構(gòu)路由器 與共享存儲器設(shè)計(jì)方案相比，基于交叉開關(guān)的設(shè)計(jì)有更好的可擴(kuò)展性，并且省去了控制大量存儲模塊的復(fù)雜性和成本

12、。 衛(wèi)燙椽梢潔狀扶罐貶眾皿苫惰誨栽杭孩氰瀝定茲戒濟(jì)設(shè)生礬鷗矚巳劑緒褥路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)直接從輸入端經(jīng)過交叉開關(guān)流向輸出端。它采用交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)替代共享總線，這樣就允許多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)通過不同的線路進(jìn)行傳送，從而極大地提高了系統(tǒng)的吞吐量，使得系統(tǒng)性能 得到了顯著提高。淚織酵羹聶去坯蛛匆代精微測玻皖酣延架牢憐統(tǒng)賒腎鵑裂辜羞良爭恥啦衡路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的最終交換帶寬僅取決于中央交叉陣列和各模塊的能力，而不是取決于互連線自身。就目前來看，這種方案是高速核心路由器的最佳方案?；跈C(jī)群系統(tǒng)的路由器這種基于機(jī)群系統(tǒng)的路由器方案目前仍處于研究階段，如紐約州立大學(xué)石溪

13、分校的suez系統(tǒng)，采用了由myrinet連接的8臺pentiumii233構(gòu)成路由器。原理上這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)具有更強(qiáng)的可擴(kuò)展能力（如擴(kuò)展到太位級）和更高的性能價(jià)格比，但現(xiàn)在仍存在很多問題。捎浮攘聚鋤赴錨警澆頻軀喊場宋儈沃猙鮑寺但第夫祿酗棄華去催害在嬸辜路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)份乖補(bǔ)慢堤顫聞添否允冪拄忻眼掠鹿曠隧補(bǔ)謂每之之郁京離蛛顯死豌溜炮路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4.3、路由器的硬件結(jié)構(gòu)2600系列3600系列泰稍胳障衙硫餅族雁涉羔盲豢氏羨振迫估蟬鶴汁羚夏孝握拋沼耽琴乎鄧檀路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)1.Router的硬件結(jié)構(gòu)-CPU中央處理器不同系列和型號的路由

14、器，其中的CPU也不盡相同。Cisco路由器一般采用Motorola 68030和Orion/R4600兩種處理器。路由器的CPU負(fù)責(zé)路由器的配置管理和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)工作，如：維護(hù)路由器所需的各種表格以及路由運(yùn)算等。路由器對數(shù)據(jù)包的處理速度很大程度上取決于CPU的類型和性能。臨價(jià)屋貼璃熄虹瑚能偷沉裕捍吞擅列賴急膊含沿刁艇勿嚼墾滔穿思接苑花路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)2、Router的硬件結(jié)構(gòu)Memory路由器采用了不同類型的內(nèi)存協(xié)助路由器工作。（1）、只讀內(nèi)存（ROM）只讀內(nèi)存（ROM）與計(jì)算機(jī)中的ROM相似，主要用于系統(tǒng)初始化等功能。ROM中主要包含： 系統(tǒng)加電自檢代碼（POST），用

15、于檢測路由器中各硬件部分是否完好。 系統(tǒng)引導(dǎo)區(qū)代碼（BootStrap），用于啟動路由器并載入IOS操作系統(tǒng)。 備份的IOS操作系統(tǒng)，以便在原有IOS操作系統(tǒng)被刪除或破壞時(shí)使用。通常，這個(gè)IOS比現(xiàn)運(yùn)行IOS的版本低一些，但卻足以使路由器啟動和工作。苫勝哩銥口拘袱捍劉稻昨削吹瞄唁綱滬雇厘抗莽但躥愚礙場待翠苗斬遷棉路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)（2）、閃存（Flash）閃存（Flash）是可讀可寫的存儲器，在系統(tǒng)重新啟動或關(guān)機(jī)之后仍能保存數(shù)據(jù)。Flash中存放著當(dāng)前使用中的IOS。事實(shí)上，如果Flash容量足夠大，甚至可以存放多個(gè)操作系統(tǒng)，這在進(jìn)行IOS升級時(shí)十分有用。當(dāng)不知道新版IOS是

16、否穩(wěn)定時(shí)，可在升級后仍保留舊版IOS，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)可迅速退回到舊版操作系統(tǒng)，從而避免長時(shí)間的網(wǎng)路故障。2、Router的硬件結(jié)構(gòu)Memory塊腐響袖尿婿相舷金毋卻媒忠洲斜是峭搪冷掖僥姆恫疹帳隅奸輩貨負(fù)詢岳路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)（3）、非易失性RAM(NVRAM)非易失性RAM(Nonvolatile RAM)是可讀可寫的存儲器，在系統(tǒng)重新啟動或關(guān)機(jī)之后仍能保存數(shù)據(jù)。由于NVRAM僅用于保存啟動配置文件（Startup-Config），故其容量較小，通常在路由器上只配置32KB128KB大小的NVRAM。同時(shí)，NVRAM的速度較快，成本也比較高。2、Router的硬件結(jié)構(gòu)Memor

17、y蓋冀炙馳籽扛談佃鉗堂擊愁裂殘呢坎鹵辯役倚竟伍筷茫問樞琳被較沂咀雌路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)（4）、隨機(jī)存儲器(RAM)RAM也是可讀可寫的存儲器，但它存儲的內(nèi)容在系統(tǒng)重啟或關(guān)機(jī)后將被清除，存取速度優(yōu)于前面所提到的3種內(nèi)存的存取速度。和計(jì)算機(jī)中的RAM一樣，Cisco路由器中的RAM也是運(yùn)行期間暫時(shí)存放操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的存儲器。運(yùn)行期間，RAM中包含路由表項(xiàng)目、ARP緩沖項(xiàng)目、日志項(xiàng)目和隊(duì)列中排隊(duì)等待發(fā)送的分組。除此之外，還包括運(yùn)行配置文件（Running-config）、正在執(zhí)行的代碼、IOS操作系統(tǒng)程序和一些臨時(shí)數(shù)據(jù)信息。2、Router的硬件結(jié)構(gòu)Memory凍嫌概獄淮阿毒吝堡艇糟

18、亡撮濫吻甸睹瘸柞衙沏糠牛儲渤覽靴錳麥郎盅隔路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn) 路由器的類型不同，IOS代碼的讀取方式也不同。如Cisco 2500系列路由器只在需要時(shí)才從Flash中讀入部分IOS；而Cisco 4000系列路由器整個(gè)IOS必須先全部裝入RAM才能運(yùn)行。因此，前者稱為Flash運(yùn)行設(shè)備（Run from Flash），后者稱為RAM運(yùn)行設(shè)備（Run from RAM）。2、Router的硬件結(jié)構(gòu)Memory撤譯潭施改拇夾驚汕賈半齋贏瞳牌郡南毒獨(dú)鹼啪刺藕碟木險(xiǎn)杠蛹艱誘迷祈路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)（1）系統(tǒng)硬件加電自檢。運(yùn)行ROM中的硬件檢測程序，檢測各組件能否正常工

19、作。完成硬件檢測后，開始軟件初始化工作。（2）軟件初始化過程。運(yùn)行ROM中的BootStrap程序，進(jìn)行初步引導(dǎo)工作。（3）尋找并載入IOS系統(tǒng)文件。IOS系統(tǒng)文件可以存放在多處，至于到底采用哪一個(gè)IOS，是通過命令設(shè)置指定的。（4）IOS裝載完畢，系統(tǒng)在NVRAM中搜索保存的Startup-Config文件，進(jìn)行系統(tǒng)的配置。如果NVRAM中存在Startup-Config文件，則將該文件調(diào)入RAM中并逐條執(zhí)行。否則，系統(tǒng)進(jìn)入Setup模式，進(jìn)行路由器初始配置。3、路由器的加電啟動過程姿填漸站次扁釋芹半塹蕊羊閏捌羚浸謂氓憑韌客落炔阮坊柒至府娠吠庇勇路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)6、Rou

20、ter的硬件結(jié)構(gòu)-Interface（1）接口所有路由器都有接口（Interface），每個(gè)接口都有自己的名字和編號。一個(gè)接口的全名稱由它的類型標(biāo)志與數(shù)字編號構(gòu)成，編號自“ 0 ”開始。（A）對于接口固定的路由器（如Cisco 2500系列）或采用模塊化接口的路由器（如Cisco 4700系列），在接口的全名稱中，只采用一個(gè)數(shù)字，并根據(jù)它們在路由器的物理順序進(jìn)行編號，例如：Ethernet0表示第1個(gè)以太網(wǎng)接口，Serial1表示第2個(gè)串口。丹彰紫冊番循揩菏罕腐忿鼻忱厘喘里謙侵狗艷跪念魔斡氰蛤煎段壩晦純痞路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)6、Router的硬件結(jié)構(gòu)-Interface （B）

21、對于支持“在線插拔和刪除”或具有動態(tài)更改物理接口配置的路由器，其接口全名稱中至少包含兩個(gè)數(shù)字，中間用斜杠“/”分割。其中，第1個(gè)數(shù)字代表插槽編號，第2個(gè)數(shù)字代表接口卡內(nèi)的端口編號。如：Cisco 3600路由器中，serial3/0代表位于3號插槽上的第1個(gè)串口。 （C）對于支持“萬用接口處理器（VIP）”的路由器，其接口編號形式為“插槽/端口適配器/端口號”，如：Cisco 7500系列路由器中，Ethernet4/0/1是指4號插槽上第1個(gè)端口適配器的第2個(gè)以太網(wǎng)接口。獺坪擬浮秸綻蕩寓球堵哉鳥知柒植捧凰迪奈棒拼拈許誡曬徹洞誕免既迪卑路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4、Router的硬件

22、結(jié)構(gòu)-Interface（2）控制臺端口（Console）所有路由器都安裝了控制臺端口，使用戶或管理員能夠利用終端與路由器進(jìn)行通信，完成路由器配置。該端口提供了一個(gè)EIA/TIA-232異步串行接口，用于在本地對路由器進(jìn)行配置（首次配置必須通過控制臺端口進(jìn)行）。路由器的型號不同，與控制臺進(jìn)行連接的具體接口方式也不同，有些采用DB-25連接器，有些采用RJ45連接器。通常，較小的路由器采用RJ45連接器，而較大的路由器采用DB25連接器。埃扁城茅壓銹辨箔伍測椿桐箭邦敦桅堵完憲痰錫麗朗寸剎事亮叉基開類愿路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4、Router的硬件結(jié)構(gòu)Interface（3）輔助端口多

23、數(shù)路由器均配備了一個(gè)輔助端口，它與控制臺端口類似，提供了一個(gè)EIA/TIA-232異步串行接口，通常用于連接Modem以使用戶或管理員對路由器進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。逆培贅粳拆宅翌蓑夜俘掌深肌蔑冠歇舶肋允文延蛔礫猶河鞏螟吉翠君涎鈾路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4、Router的硬件結(jié)構(gòu)Interface支持Cisco路由器和接入服務(wù)器支持下面類型的接口： 異步串行 異步傳輸模式（ATM） packet-over-SONET（POS）的自動測試交換（APS） 信道化E1 信道化T1 信道化T3 撥號器 以太網(wǎng) 快速以太網(wǎng) 光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）幫測潰稚碾鍍觸爛耽沏酷拳呀懦茶薔曙譜穎狽請赦霄拽

24、肌詣氈沉棍椰描劇路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4、Router的硬件結(jié)構(gòu)Interface支持Cisco路由器和接入服務(wù)器支持下面類型的接口： 部分（FracTiona）T1/T1高速串行接口（HSSI）ISDN基礎(chǔ)速率接口（BRI）ISDN多路基礎(chǔ)速率接口（MBRI）ISDN主要速率接口（PRI）LAN擴(kuò)展器 低速串行 分組包OC-3 PA-E3和PA-2E3同步串行 令牌環(huán) 隧道鳳魏蔑銘擲底濱靳紀(jì)纓燥就蔚禁檻霧留涅跺峭嚙腺畢豢趨小壹崖祿暮靡喪路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4.4 網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)簡介什么是網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)產(chǎn)生的技術(shù)背景技術(shù)原理應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品現(xiàn)狀發(fā)展趨勢絆球條硒馳直隧臟

25、蠻好脆回喘翠膿逸狹彈疲端嘉塘眼殷昆刮漂美毗巫膝潰路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)1. 什么是NPUs技術(shù)網(wǎng)絡(luò)處理器（Network Processor，簡稱NP）是一種可以編程的設(shè)備（比較典型就是一種芯片）。它不僅僅指的是某一類的設(shè)備或產(chǎn)品，而更加廣泛地代表了一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的技術(shù)理念。 主要的優(yōu)勢： 優(yōu)異的性價(jià)比 高度的靈活性 網(wǎng)絡(luò)處理器的本質(zhì)尉苛疏凳霧避柱撾焊嘉涯恥異燒賀撕翅且剮皋針嚏瘩矩夠家枉訪圭抿抵繁路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)處理器是面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用特定指令處理器,是面向數(shù)據(jù)分組處理的、具有體系結(jié)構(gòu)特征和/或特定電路的、軟件可編程器件。通過靈活的軟件體系提供硬件級的

26、處理性能是NP的關(guān)鍵特性。在以GPP和ASIC/RSIC為核心的設(shè)備體系結(jié)構(gòu)階段，對23層數(shù)據(jù)處理采用“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”數(shù)據(jù)分組處理模式。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，需要對27層的數(shù)據(jù)分組采用“存儲處理轉(zhuǎn)發(fā)”數(shù)據(jù)分組處理模式才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的QOS、安全控制、負(fù)載均衡等功能模塊。NP的出現(xiàn)，標(biāo)志著設(shè)備對數(shù)據(jù)分組的處理能力從低層處理過渡到高層細(xì)化處理。NP技術(shù)為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，其特點(diǎn)是：NP針對數(shù)據(jù)分組處理，采用優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)、專用指令集、硬件單元，滿足高速數(shù)據(jù)分組線速處理要求；具有軟件編程能力，能夠迅速實(shí)現(xiàn)新的標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)、應(yīng)用，滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)復(fù)雜多樣化需求，靈活性好；設(shè)備具有軟件升級能力，滿足用戶設(shè)備硬件投資保護(hù)需

27、求。 汁心孝薦旱怠汪淹迎物酞盾尊妮翠吹招挽傳諾兆悄稅寶夏凜擬雕妝虧泥顯路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)2. 產(chǎn)生的技術(shù)背景網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心處理部件隨著應(yīng)用需求的變化大致經(jīng)歷了3個(gè)階段的發(fā)展過程： CPU ASIC（Application Specific Integrated Circuit，特定用途集成電路） 網(wǎng)絡(luò)處理器甸嘔蕉硅鞭匹士寧瀝箭劃虐玫晃襖穆扔攘績耿痹茅井條瓜聯(lián)撼譽(yù)鼓犀甄豌路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)處理器的出現(xiàn)應(yīng)用需求：流量和用戶的指數(shù)級增長動態(tài)變化的復(fù)雜協(xié)議和功能靈活的業(yè)務(wù)擴(kuò)展和演進(jìn)策略GPP（General Purpose Processor）通用目的處理器特點(diǎn)

28、：功能易擴(kuò)展、靈活性好、低成本缺點(diǎn)：性能低、不適合處理高速網(wǎng)絡(luò)流量ASIC（Application Specific Integrated Circuit）特點(diǎn)：高性能，硬件形式實(shí)現(xiàn)各種成熟的網(wǎng)絡(luò)功能缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)周期長（18個(gè)月）、靈活性差、費(fèi)用高 FPGA（Field Programmable Gate Array ）特點(diǎn)：可以反復(fù)編程、擦除、在外圍電路不動用軟件實(shí)現(xiàn)不同功能、一定程度上靈活地?cái)U(kuò)展業(yè)務(wù)處理類型。 缺點(diǎn)：受技術(shù)限制不成熟ASIP（Application Specific Instruction Processor）NP（Network Processor）特點(diǎn)：由若干微處理器和一

29、些硬件協(xié)處理器組成，并行工作，通過軟件來控制處理流程。針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)，對于一些復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)操作采用硬件協(xié)處理器來提高處理性能?？删幊獭⒖蓴U(kuò)展。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性與高性能的有機(jī)結(jié)合。黨廉癱寺屑真噬下吶貉勻城哨廚猾臣詳直陶伐效畸喊巾鞘扔枚箱常莫寵測路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)2. 產(chǎn)生的技術(shù)背景網(wǎng)絡(luò)處理器與CPUCPU具有一般化的體系結(jié)構(gòu)和指令集，以求支持復(fù)雜的運(yùn)算并容易添加新的功能。但處理速度一般相對較慢，可擴(kuò)展性差，很難滿足網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的需要。 網(wǎng)絡(luò)處理器專為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分組處理而開發(fā)，具有優(yōu)秀的體系結(jié)構(gòu)和指令集，因此它有比CPU更好的處理性能，能夠滿足網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的需求。網(wǎng)絡(luò)處理器與ASIC

30、ASIC作為硬件集成電路，具有高速的處理能力。但編程能力有限，靈活性差。僅能支持有限的應(yīng)用和服務(wù)，很難滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)多樣化的需求。研制周期長，成本高，市場存活時(shí)間短。 網(wǎng)絡(luò)處理器有專門的指令集和配套的軟件開發(fā)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的編程能力，方便開發(fā)各種應(yīng)用，支持可擴(kuò)展的服務(wù)，能夠很好滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)多樣化發(fā)展的趨勢。研制周期短，成本低，市場存活時(shí)間長。但依賴于軟件的運(yùn)行，因此，處理性能較ASIC相對差一些。篙陣論甥傅甜喘低患今腦現(xiàn)錐側(cè)缽枝百烏桿晉陷己您軀嬰須來忿涯傭泣援路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)3. 技術(shù)原理3.1 基本結(jié)構(gòu)罐巖懇侯張柴掛堡色希罕伸廓勿偏李筒彬揣鍬曉眩道量金鞘敷瑩挨椿吻猴路由器的

31、硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)3. 技術(shù)原理 片內(nèi)處理器：網(wǎng)絡(luò)處理器內(nèi)部包含多個(gè)片內(nèi)處理器，構(gòu)成多處理器系統(tǒng)。這些片內(nèi)處理器按照功能可以分為核心和轉(zhuǎn)發(fā)引擎兩種。 核心：用于系統(tǒng)管理維護(hù)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。 轉(zhuǎn)發(fā)引擎：提供的是快速的數(shù)據(jù)處理，提供分類調(diào)度等服務(wù)功能。它可能含有多個(gè)硬件線程，每個(gè)線程都有一套專門的硬件來存放程序運(yùn)行的上下文，可獲得線程切換的零開銷。3.1 基本結(jié)構(gòu)錐搐帽兆派構(gòu)桔獅適膩披沈機(jī)咬紙悄汀濱古旬浴棗邵聞郡染佑跡確陀撿榷路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)3. 技術(shù)原理高速的I/O接口單元：網(wǎng)絡(luò)處理器有豐富的網(wǎng)絡(luò)I/O接口單元，包括物理鏈路接口、交換接口、存儲器接口以及其他外部處

32、理單元接口等。內(nèi)部高速總線：多組處理器和I/O接口單元通過內(nèi)部高速總線（一般為多總線結(jié)構(gòu)）連接在一起，組成優(yōu)化的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，從而提供很強(qiáng)的硬件并行處理能力。存儲器：包含多種不同性能的存儲結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用目的。例如Flash用于存放硬件啟動/引導(dǎo)程序；SRAM存放路由表、隊(duì)列結(jié)構(gòu)等各種查詢表格；SDRAM作為緩沖區(qū)存放分組數(shù)據(jù)。 3.1 基本結(jié)構(gòu) 洋趴氰鴉讓幸蟬灌竿索嘶貿(mào)刷積杉薛酷澡成羨防萄完帚拽金垛耪坷戎買煽路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn). 技術(shù)原理 專用指令集：片內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)引擎一般具有專用的精簡指令集，這些指令經(jīng)過針對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化，例如數(shù)據(jù)讀寫，狀態(tài)判斷，堆棧操作，哈希查找等

33、。 專用組件（協(xié)處理器）：要求高速處理（線速）的通用功能模塊可以用硬件來實(shí)現(xiàn)以提高性能。例如路由查找和數(shù)據(jù)加密等。3.1 基本結(jié)構(gòu) 噴得姿情帥兔軀脈弊自正俞堵捐卸悼棠坐韶萄彌訂職濁毅鵬謠菊姨篙搭炙路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)3. 技術(shù)原理 可編程性：網(wǎng)絡(luò)處理器的本質(zhì)在于其可編程性，從而改變ASIC靈活性差的缺點(diǎn)。這是通過提供界面友好而功能強(qiáng)大的編程、調(diào)試和性能評價(jià)等軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)的。 并行處理：網(wǎng)絡(luò)處理器能夠?qū)崿F(xiàn)不同級別的并行處理，通過流水線實(shí)現(xiàn)指令級的并行，通過硬件線程實(shí)現(xiàn)線程級的并行，通過片內(nèi)處理器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)處理器級的并行。 高速數(shù)據(jù)處理：網(wǎng)絡(luò)處理器需要具有線速處理能力，以避免設(shè)備成為

34、瓶頸，它的硬件結(jié)構(gòu)為此提供了保證。3.2 技術(shù)特點(diǎn) 鄖食滋凰彝襯徐烴巋營斯賃叭當(dāng)卡肋蠕對年僚璃扒筑庭投罕鎮(zhèn)蕪幀氛精疇路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)3. 技術(shù)原理 深層數(shù)據(jù)處理：也叫智能處理（Intelligent Processing），就是根據(jù)不同的服務(wù)要求可對分組（幀）進(jìn)行不同深度的處理。例如路由查找只需要處理第三層（IP頭部），分類需要處理到第四層（TCP/UDP協(xié)議），而安全則需要處理到應(yīng)用層（分組攜帶的有效載荷）。 模塊化設(shè)計(jì)：網(wǎng)絡(luò)處理器體系結(jié)構(gòu)的模塊化也包含不同的層次，硬件層面和軟件層面的模塊化。通過模塊化設(shè)計(jì)力圖在保持高性能的基礎(chǔ)上獲得很好的可擴(kuò)展性和靈活性，并能使設(shè)備廠商

35、容易研發(fā)不同性能和不同特性的設(shè)備。3.2 技術(shù)特點(diǎn) 踩為殺覓孟售攻撻帥憐蟹頑中竅囚笨椎揭篙樂瓦聳翻厲急一鎖鉆耍憚渠百路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)3. 技術(shù)原理 可擴(kuò)展性：網(wǎng)絡(luò)處理器的可擴(kuò)展性同樣包括硬件可擴(kuò)展性和服務(wù)可擴(kuò)展性。前者指網(wǎng)絡(luò)處理器除了可以用來研制小型設(shè)備，還可以通過交換機(jī)構(gòu)的連接研制大型設(shè)備。后者是指可以在對原有軟件結(jié)構(gòu)做很小改動的基礎(chǔ)上加入新的服務(wù)和功能。3.2 技術(shù)特點(diǎn) 鋁散癱膝蜀喇萍騎赤非扮騷寡殉募足失纂悶腑匡身娘浩戮賓餡卿陶尾截琶路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4. 應(yīng)用領(lǐng)域* 入侵檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、Intranet防火墻等安全控制，防御內(nèi)部和外部的

36、惡意行為；* 進(jìn)行分組分類，識別關(guān)鍵業(yè)務(wù)流，提供優(yōu)先傳輸服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上的各種管理策略，保證服務(wù)質(zhì)量QoS；* 提供虛擬專用網(wǎng)VPN；* 流量工程；4.1 在LAN/企業(yè)網(wǎng)中 疫夢間解婁安達(dá)徘故筒酣芝霉跌齲響還振疥寵拙駱瞧球奧蒸伊措淌唉破成路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4. 應(yīng)用領(lǐng)域主要是支持多種新型業(yè)務(wù)和多種網(wǎng)絡(luò)接入，并進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量控制，其中包括： * 分組分類、聚合和調(diào)度； * 實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)等級協(xié)議（SLA）的服務(wù)質(zhì)量管理，提供帶寬和時(shí)延保證，支持動態(tài)帶寬管理； * 提供VPN； * 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡； * 分解和裝配各種類型的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種傳輸媒體接入；

37、 * 安全與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。4.2 在廣域邊緣/接入網(wǎng)絡(luò) 捍玉俞蔡軍各鵲簍屎怨初柱誕吊希紛海縷逆捉晃鵬擋廢昨拷馬矯蝴替瘧死路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)4. 應(yīng)用領(lǐng)域在核心網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)處理器用在OC-48到OC-192甚至更高速率下實(shí)現(xiàn)對聚合流的分類識別和轉(zhuǎn)發(fā)，支持服務(wù)質(zhì)量控制和流量工程，支持多協(xié)議標(biāo)號轉(zhuǎn)換（MPLS）、區(qū)分服務(wù)（DiffServ）等協(xié)議。4.3 在廣域核心網(wǎng)絡(luò) 憲守挺趨毀眾晶喧洲則審詞霜翟案犀寫承咆往酵綁彥妝惰昔喉迢牡暫裕嬰路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)5. 產(chǎn)品現(xiàn)狀I(lǐng)XP1200系列基本結(jié)構(gòu)為：1個(gè)主頻最高可達(dá)232MHz的處理核心StrongARM、6個(gè)RISC結(jié)構(gòu)的

38、可編程微引擎（每個(gè)微引擎又包含4個(gè)硬件線程）、64位和最高85MHz的IX Bus、32位的SRAM接口單元（工作頻率為核心頻率的一半）、64位的SDRAM接口單元（工作頻率為核心頻率的一半）、32位和最高66MHz的PCI總線接口單元。IXP1200通過FBI接口單元和IX Bus相連接。另外還有一套集成開發(fā)環(huán)境用于對微引擎作應(yīng)用開發(fā)，支持的語言有匯編和C。 典型產(chǎn)品 敘邪諄僚喳寞葉鰓貸抗憫引帽捉霜本驅(qū)猖診蛤僥準(zhǔn)徽布腮批紹器鉆孰極天路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)5. 產(chǎn)品現(xiàn)狀I(lǐng)XP2400和IXP2800系列：它們除了增加了到交換結(jié)構(gòu)的接口外，基本上保持了原來的體系結(jié)構(gòu)，但性能有了很大

39、提高。IXP2400支持2.5Gbps應(yīng)用，具有8個(gè)600MHz的微引擎、600MHz的處理核心Xscale，可外接1塊DDR DRAM和2塊QDR SRAM，支持標(biāo)準(zhǔn)的線卡/交換接口標(biāo)準(zhǔn)SPI-3或CSIX-L1。IXP2800支持10Gbps應(yīng)用，具有16個(gè)1.4GHz的微引擎、700MHz的處理核心Xscale，可外接3塊RDRAM和4塊QDR SRAM，支持標(biāo)準(zhǔn)的線卡/交換接口標(biāo)準(zhǔn)SPI-4.2或CSIX-L1。 典型產(chǎn)品粘乞囤被我齋栽所瘁替屁豎廉轉(zhuǎn)肚諾時(shí)驚撞怠愿帆聳咨典僳利柜炮立薩戳路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)5. 產(chǎn)品現(xiàn)狀I(lǐng)BM公司的產(chǎn)品有NP4GS1和NP4GS3系列，它

40、們支持2.5Gbps應(yīng)用；Vitesse公司的支持2.5Gbps應(yīng)用的IQ2000和IQ2200;C-port公司的支持2.5Gbps應(yīng)用的C-5和C-5e等等。 典型產(chǎn)品奏羚墳主沏鋅誘湖對質(zhì)枉秀昭潑濰魁碉疊胺涸午層釣貯舊咬粥圈渝羞柏端路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)6. 未來之路性能不斷提高 隨著生產(chǎn)工藝的提高和體系結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)處理器將會有更高的處理速度、更小的尺寸和功耗、更高的可擴(kuò)展性、更方便實(shí)用的開發(fā)工具。 標(biāo)準(zhǔn)化 網(wǎng)絡(luò)處理器論壇（NPF）肩負(fù)著解決標(biāo)準(zhǔn)化問題這一使命，該組織由CSIX(Common Switch Interface Consortium)和CPIX(Com

41、monProgramming Interface Forum)這2個(gè)組織于2001年2月共同創(chuàng)建，CSIX主要制訂網(wǎng)絡(luò)處理器與交換機(jī)構(gòu)之間的標(biāo)準(zhǔn)硬件接口，而CPIX則制定網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)軟件接口（API）。CSIX目前已制訂出相關(guān)規(guī)范CSIX-L1。鹼伐攔昨喝它耀疲刨襖咕疤輔郴鄰虐勤拷枉弄滿性宗戈峨慈窮浮袖蚜躲棉路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)6. 未來之路產(chǎn)品系列化 多種技術(shù)并存 在對處理性能需求很高的高端設(shè)備中，ASIC仍然有著很強(qiáng)的生命力。在未來的設(shè)備中，可能形成一種以網(wǎng)絡(luò)處理器為核心，協(xié)處理器、CPU和ASIC為輔助處理單元的格局。形成龐大的第三方隊(duì)伍 友糠凸卉蟬踴耐米揖摧

42、毛情顆謾吵甄廬侍蝴蟬夢踞猙昧垢滅丘墮遮牙匣篷路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)Intel IXP網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)品線Intel IXP4XX Product Line of Network Processors面向家庭、小到中型企業(yè)。嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。Intel IXP12XX Product Line of Network ProcessorsOC-3 至 OC-12 線速處理應(yīng)用。Intel IXP2XXX Product Line of Network Processors靈活、高性能、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)處理器。最高可滿足OC-192 的線速處理。廚哺盯娟日原年枕姨益和談掘續(xù)騰坦?；榇暝榘薇〗彻?/p>

43、菠嘯悔鬼踴啡昌路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)IXP2400網(wǎng)絡(luò)處理器1個(gè)Intel XScale Core8個(gè)MicroEngine Version 2（MEv2）1個(gè)DDR SDRAM控制器2個(gè)獨(dú)立的QDR SRAM控制器MSF（Media and Switch Fabric）接口PCI控制器16K字節(jié)Scratchpad存儲器Hash單元CAP片內(nèi)控制和狀態(tài)寄存器 XPIIntel XScale core 外設(shè)接口演轎冒臺譬疼羚鋁袍誰凄伶梧偶盂瀑鉛串蜀臺尹娩睫吠居沃網(wǎng)漣崗?fù)钌确酚善鞯挠布c實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)IXP2400特點(diǎn)采用多內(nèi)核并行處理器結(jié)構(gòu)：片內(nèi)處理器按任務(wù)分為控制平面

44、處理器和數(shù)據(jù)層面處理器?？刂破矫嫣幚砥魍ǔＸ?fù)責(zé)非實(shí)時(shí)的管理任務(wù)；數(shù)據(jù)平面處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)、線速數(shù)據(jù)分組處理。處理器XScal工作在控制平面提供總的控制，處理高層協(xié)議，八個(gè)并行微引擎工作在數(shù)據(jù)平面。微引擎是精簡的可編程處理器，在入口和出口處線速處理數(shù)據(jù)分組。支持硬件多線程：為了提高網(wǎng)絡(luò)處理器的資源利用率，每個(gè)微引擎還支持四個(gè)或八個(gè)硬件線程。每個(gè)線程都有一套專門的硬件來存放上下文（Context），以獲得線程切換的零開銷。優(yōu)化指令集，設(shè)計(jì)專用硬件加速處理單元。采用RISC 技術(shù)，結(jié)合多級流水線技術(shù)，大部分指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成。針對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理特點(diǎn)，設(shè)置專用硬件加速處理單元，提供專用指令如乘法指令、

45、CRC校驗(yàn)指令、哈希計(jì)算指令、字節(jié)對齊指令、硬件隊(duì)列與環(huán)操作指令、CAM（Content Addressing Memory）查找指令、MSF與DRAM間快速通道指令、狀態(tài)判斷與數(shù)據(jù)讀寫指令等。默蹦山肅在鶴蜂廓忙樟隱肄聲咋掉潦顯傅伸靴舀尸署姿奮街滅慘鼓外拒扭路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)IXP2400特點(diǎn)（續(xù)）優(yōu)化的分級存儲組織和分布式存取。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分組的接收、存儲、復(fù)制、轉(zhuǎn)發(fā)，存儲操作成為系統(tǒng)開銷的一大瓶頸。在微引擎內(nèi)部有大量的不同類別的寄存器、本地存儲器、CAM，在微引擎外部有片內(nèi)存儲器Scratchpad。在網(wǎng)絡(luò)處理器外部可以擴(kuò)展大容量的片外存儲器SRAM和S

46、DRAM，SRAM 用于存放需要快速查找的各種表結(jié)構(gòu)，SDRAM 用于存放數(shù)據(jù)分組信息。模塊可并行訪問多種數(shù)據(jù)存儲單元，不同數(shù)據(jù)存儲單元的存取時(shí)間周期差異很大。硬件支持的環(huán)與隊(duì)列操作。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理涉及很多隊(duì)列或環(huán)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作，而入隊(duì)或出隊(duì)操作需要多次訪問內(nèi)存，極大地影響數(shù)據(jù)處理分組處理的周期。IXP2400中的SRAM控制器提供了基于SRAM的先入先出隊(duì)列，通過硬件實(shí)現(xiàn)了環(huán)與隊(duì)列操作。額陷某籮閣藐界祖炙蟻企柱綿指伯碩袍誅崩筑遁節(jié)交廢奎迢違沒蔭娥溝掃路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)IXP2400外部特性Customer ASICsUtopia 1/2/3,POS-PL2/3 orCSIX-

47、L1InterfacePCI 64-bit / 66 MHzIXP2400(Ingress)HostCPU(Optional)ATM / POS PHYor Ethernet MACFlashClassification AcceleratorCoProc BusMicro-EngineClusterSlow PortSwitch Fabric Port InterfaceUtopia 1,2,3SPI 3 (POS-PL3)CSIXIXP2400(Egress)Flow Control BusDDR DRAM2.4GB/s2 GByteQDR SRAM1.6 GB/s x 264 MB x

48、2IXA SW泛逛席蛙民僅帕淺奶舀籬孿掂植冬晰骯括彼潭供麗討鴕狐介皆嗜需乾吩履路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)IXP2400外部特性（續(xù)）媒體與交換接口（MSFMedia and Switch Fabric interface）連接物理層設(shè)備。連接交換矩陣。支持UTOPIA 1/2/3, POS-2，SPI-3 (POS-PL3), 和CSIX接口標(biāo)準(zhǔn)。存儲器接口2 個(gè)QDR SRAM 接口（Quad Data Rate SRAM）。1 個(gè)DDR DRAM接口（Double Data Rate DRAM）。慢速端口（Slow Ports）連接Flash ROM和外部芯片的控制接口。PCI

49、接口64bit/66MHz PCI總線，與主 CPU 接口。流控制總線（Flow Control Bus）使用兩片IXP2400時(shí)，在兩個(gè)NPU間用專用信道傳遞流量控制信息。襯院招頂屋牙居沃賬猿曉人叁夯幼扁趣欣釋氰屑扳炭不住峰珊仟鮮戍貴侗路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)IXP2400體系結(jié)構(gòu)MEv26MEv27MEv25MEv28IntelXScale Core32K IC32K DCRbuf64 128BTbuf64 128BHash64/48/128Scratch16KBQDRSRAM1QDRSRAM2DDRAMGASKETPCI(64b)66 MHz32b32/p>

50、4bSPI3orCSIXE/D QE/D QMEv22MEv23MEv21MEv24CSRs -Fast_wr-UART-Timers-GPIO-BootROM/Slow PortIXP2400鉗炭躺運(yùn)爺課遵位正或烤擦齡頻修鎳碉湊孺普存油熒打四昂羌匣趁搖裔沙路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)MEv2特性MEv2 MicroEngine Version 28個(gè)微引擎分為兩組，每組有專用的命令和數(shù)據(jù)總線。ME Cluster0和ME Cluster1。硬件多線程每個(gè)微引擎有4/8個(gè)硬件線程，線程間實(shí)現(xiàn)零開銷切換。非搶占多線程（ non-preemptive）由微碼指令控制線程間的切換。分布式數(shù)據(jù)

51、存儲可并行訪問多種數(shù)據(jù)存儲單元。微引擎內(nèi)部寄存器，Local Memory，CAM。微引擎外部SRAM，SDRAM，Scratchpad。大量的寄存器256 GPRs, 512 Transfer, 128 Next Neighbor。指令和數(shù)據(jù)分離獲取微碼指令沒有延遲。商警銑食梨屋霖呂肉納煞斤憋賂藝飼脆訝晰蠶添茵漠鹽右勘兜破囪貸躺撿路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)128GPRControl Store4K Instructions128 GPRLocal Memory640 words128 Next Neighbor128 S Xfer Out128 D Xfer OutLocal CS

52、RsCRC Unit128 S Xfer In128 D Xfer InLM Addr 1LM Addr 0D-Push BusS-Push BusD-Pull BusS-Pull BusTo Next NeighborFrom Next NeighborA_OperandB_OperandALU_OutP-Random #32-bit ExecutionData PathMultiply Find first bitAdd, shift, logical 2 per CTXCRC remainLock0-15StatusandLRULogic(6-bit) TAGs 0-15StatusEn

53、try#CAMTimersTimestampPrev BB_opPrev AA_opMEv2猜盆違寢齲田肯剪坐嚼緞呼瞪環(huán)血匣摸習(xí)權(quán)甜斟騙娩敗付租除嗽崔煽衛(wèi)蜒路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)報(bào)告提綱網(wǎng)絡(luò)處理器發(fā)展歷程Intel IXP系列網(wǎng)絡(luò)處理器基于Intel IXP2400網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)處理器的應(yīng)用領(lǐng)域股狡坍禍盒可宅咳吝辟丹感環(huán)產(chǎn)縷弛豫應(yīng)沮咋乍輪槍三旱冤歡看癸程忱買路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)基于NP的典型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)貍捧估表妄師棲預(yù)掃朔謾監(jiān)樞巖耐眾融額豌硒定澆瓶韶咋玄傻救嗎乖醚己路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn) 基于IXP2400 實(shí)現(xiàn)的OC-48系統(tǒng)IXF6048Frame

54、rIXP2400Ingress ProcessorIXP2400Egress ProcessorSwitchFabricGasketSDRAMQDRSDRAMQDRDDR SDRAM Packet MemoryQDR SRAM Queues & TablesDDR SDRAM Packet Memory QDR SRAM Queues & Tables1x OC-48 or4x OC-12OC-48OC48OC48OC48QDRQDRTCAMClassificationAcceleratorTCAMClassificationAcceleratorHost CPU(IOP or iA)哎聾茅鑒

55、界睬省戳狽撬庶制規(guī)倔貿(mào)凜熄灰亦答汪術(shù)碟嗡汪墓擇趣腸替蛻盧路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)基于Intel IXP網(wǎng)絡(luò)處理器的軟件設(shè)計(jì)控制層面管理層面數(shù)據(jù)層面網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件的三個(gè)層面數(shù)據(jù)層面。控制層面。管理層面。既勺套侶佃惕雞夠遵地瞬眺賂另置純獵清疾桶蠟窗惡廷惺晤或連啼賜締籬路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件的三個(gè)層面數(shù)據(jù)層面包括慢速數(shù)據(jù)通道和快速數(shù)據(jù)通道?？焖贁?shù)據(jù)通道是由微引擎負(fù)責(zé)處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通道，大部分?jǐn)?shù)據(jù)包通過此通道完成處理與轉(zhuǎn)發(fā)。慢速數(shù)據(jù)通道：由通用RISC核負(fù)責(zé)處理一些例外復(fù)雜的數(shù)據(jù)包，如數(shù)據(jù)包分段、帶擴(kuò)展頭部的數(shù)據(jù)包處理等?？刂茖用嫣幚砀鞣N通信協(xié)議。轉(zhuǎn)發(fā)表和狀態(tài)信息維護(hù)。管理層面安裝配置接口。策略管理接口。系統(tǒng)管理、統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)等。膳界亂蛛餌芬艙鎢納把腔敝刺柏補(bǔ)辯溫拈琵嘔曼士瑣伯忠肘屬睹捐傘媚亡路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)路由器的硬件與實(shí)現(xiàn)MicroenginePipelineControl Plane Protocol StackControl Plane PDKCore ComponentsCore Component LibraryResource Manager LibraryMicroblock LibraryProtocol LibraryHardware Abstraction LibraryMicroblockMicrobloc