集中式路由和分布式路由

交换机的第三层包转发机制（集中式与分布式）

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每个厂商的路由交换机的实现机制不同，在路由功能的实现上，主要有集中式和分布式两种机制。下面进行详细论述。

集中式第三层包转发

集中式第三层包转发是指在交换机中有一个专门的硬件模块（路由模块）来对全交换机的第三层包进行转发。交换机的每个接口模块如千兆以太同交换模块，都不具备第三层的处理功能，需要把第三层的数据包从背饭送往路由模块来查询路由并转发。严格的讲，这种结构的交换机更准确的名称是第三层交换机，而不是路由交换机。集中式第三层包转发是早期的技术，它的缺点在于整个交换机的路由性能受限于其路由模块的能力。另外，当一个IP包要进行路由时，它经常要从一个以太网接口模块通过背板总线送往路由模块，在路由模块处理后，又经背板总统送往同一以太网接口模块，这样一种数据包传送方式浪费了背板总规处理能力。并且路由模块的故障会导致整个交换机内的路由功能的失效。

实际中很多厂商交换机中的路由模块就是一个以插卡形式集成在交换机内的软件路由器。因此在各厂商的产品中，采用集中式包转发的交换机的路由能力一般可达到15Mpps。

分布式第三层包转发

随着ASIC芯片技术的发展，具有路由功能的模块被集成到一块芯片上，于是厂商将路由芯片设计到了路由交换机中的每一个接口模块上，这种技术就被称为分布式第三层包转发。它不需要一个专门的模块来为整个机箱服务做包的转发，第三层的包转发可以由每个接口模块上的路由芯片独立完成。分布式第三层包转发突破了集中式第三层包转发的性能瓶颈，但它的路由控制机制比集中式要复杂，它需要在每一个端口保留路由表信息以进行快速的包转发。尽管在技术上更复杂，由于在性能上远远超出集中式，分布式第三层包转发技术已经成为了现在路由交换机的主流技术

第一代路由器技术：集中转发，总线交换

典型产品：华为Quidway R2500系列路由器。

最初的IP网络并不大，其网关所需要连接的设备及其需要处理的负载也很小。这个时候网关（路由器）基本上可以用一台计算机插多块网络接口卡的方式来实现。接口卡与中央处理器（CPU）之间通过内部总线相连，CPU负责所有事务处理，包括路由收集、转发处理、设备管理等。网络接口收到报文后通过内部总线传递给CPU，由CPU完成所有处理后从另一个网络接口传递出去。

第二代路由器技术：集中+分布转发，接口模块化，总线交换

典型产品：华为Quidway R3600系列路由器。

由于每一个报文都要经过总线送交CPU处理，随着网络用户的增多，网络流量的增大，接口数量、总线带宽和CPU的瓶颈就越来越突出。于是很自然地想到如何提高网络接口数量，如何把CPU和总线的负担降下来？为了解决这个问题，第二代路由器技术就在网络接口卡上进行一些智能化处理，由于网络用户通常只会访问少数的几个地方，因此可以考虑把少

数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上，这样大多数报文就可以直接通过业务板Cache的路由表进行转发，以减少对总线和CPU的需求。对于Cache中不能找到的报文送交CPU处理。

第三代路由器技术：分布转发，总线交换

典型产品：华为Quidway NetEngine 16/08系列路由器。

90年代以后Web技术的出现，使IP网络得到迅猛的发展。网络用户的访问面得到很大的拓宽，用户访问的地方已不像以前那样固定，这样往往出现无法从Cache中找到路由的现象，于是总线和CPU瓶颈的问题再次出现。另外由于用户的增加，路由器技术的接口数量不足也暴露出来了。为了解决这个问题，第三代路由器技术应运而生。第三代路由器技术采用全分布式结构—路由与转发分离的技术，主控板负责整个设备的管理和路由的收集、计算功能，并把计算形成的转发表下发到各业务板；各业务板根据保存的路由转发表能够独立进行路由转发。另外总线技术也得到了较大的发展，通过总线、业务板之间的数据转发完全独立于主控板，实现了并行高速处理，使得路由器技术的处理性能成倍提高。

第四代路由器技术：ASIC分布转发，网络交换

典型产品：Juniper M40/160系列产品。

九十年代中后期，随着IP网络的商业化，Web技术出现以后，Internet技术得到空前的发展，Internet用户迅猛增加。网络流量特别是核心网络的流量以指数级增长，传统的基于软件的IP路由器技术已经无法满足网络发展的需要。以常见的主干节点2.5G POS端口为例，按照IP最小报文40字节计算，2.5G POS端口线速的流量约为6.5Mpps。而且报文处理中需要包含诸如QoS保证、路由查找、二层帧头的剥离/添加等复杂操作，以传统的做法是不可能实现的。于是一些厂商提出了ASIC实现方式，它把转发过程的所有细节全部采用硬件方式来实现。另外在交换网上采用了CrossBar或共享内存的方式解决了内部交换的问题。这样，路由器技术的性能达到千兆比特，即早期的千兆交换式路由器（Gigabit Switch Router，GSR）。第五代路由器技术：网络处理器分布转发，网络交换

典型产品：华为Quidway NetEngine 80/40系列产品。

从上面的发展过程我们可以看到，每一次的技术进步都是因为随着业务发展而出现了新的需求。不过在前互联网络泡沫时代，主要的矛盾集中在路由器的转发性能上，所以前四代的路由器技术的最大进步在于速度。但是在宽带互联网一路高歌迅速发展的同时，作为其基础的IP网络技术的缺陷也就越来越充分地暴露出来。网络无管理无法运营的问题、IP地址缺乏问题、IP业务服务质量问题、IP安全等问题都在严重阻碍网络进一步发展。随着宽带互联网泡沫的破灭，人们进行了深刻的反省—业务才是网络的真正价值所在，一切的技术要求都应围绕着业务来进行。各种新技术也纷纷出现，比如网络管理技术、用户管理技术、业务管理技术、MPLS技术，VPN技术，可控组播技术、IP-QoS技术，流量工程技术等。

IP标准也在逐步修改成熟。随着新技术的出现和标准化的进展，对高速路由器的业务功能要求也越来越高。基于这些问题，第四代路由器技术采用ASIC技术的固有的不灵活、业务提供周期长等缺陷也不可避免地出现了。第五代路由器技术在硬件体系结构上继承了第四代路由器技术的成果，在关键的IP业务流程处理上采用了可编程的、专为IP网络设计的网络处理器技术。网络处理器（NP）通常由若干微处理器和一些硬件协处理器组成，多个微处理器并行处理，通过软件来控制处理流程。对于一些复杂的标准的操作(如内存操作、路由表查找算法、QoS的拥塞控制算法、流量调度算法等)采用硬件协处理器来提高处理性能。这样实现业务灵活性和高性能的有机结合。

第五代路由器技术满足IP业务发展要求

第五代路由器技术的出现，极大地满足了当前数据、语音、图像

综合承载的需求，并大大增强了网络对MPLS VPN的支持能力。由于第五代路由器技术在业