目錄

一、結(jié)構(gòu)

1.1 輸入端口

1.2 交換結(jié)構(gòu)

1.3 輸出端口

1.4 路由選擇處理器

二、輸入端口處理和基于目的地轉(zhuǎn)發(fā)

三、交換

四、輸出端口處理

五、何時(shí)出現(xiàn)排隊(duì)

5.1 輸入排隊(duì)

5.2 輸出排隊(duì)

一、結(jié)構(gòu)

????????下圖是一個通用路由器體系結(jié)構(gòu)的總體試圖視圖，其主要由輸入端口、交換結(jié)構(gòu)、輸出端口和路由選擇處理器四個組件構(gòu)成。

1.1 輸入端口

????????輸入端口（input?port）執(zhí)行幾項(xiàng)重要功能。它在路由器中執(zhí)行終結(jié)入物理鏈路的物理層功能（輸入端口中最左側(cè)的方框），它還要與位于入鏈路遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)鏈路層交互來執(zhí)行數(shù)據(jù)鏈路層功能（中間的方框），也許更為重要的是，在輸入端口還要執(zhí)行查找的功能（最右側(cè)的方框）。正是在這里，通過在查詢轉(zhuǎn)發(fā)表決定路由器的輸出端口，到達(dá)的分組通過路由器的交換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)到輸出線口?？刂品纸M（如攜帶路由選擇協(xié)議信息的分組）從輸入端口轉(zhuǎn)發(fā)到路由選擇處理器。注意這里的"端口"一詞，指的是路由器的物理輸入和輸出接口，這完全不同于與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和套接字相關(guān)聯(lián)的軟件端口。在實(shí)踐中，一臺路由器所支持的端口數(shù)量范圍較大，從企業(yè)路由器具有數(shù)量相對少的端口，到位于某ISP邊緣的路由器具有數(shù)以百計(jì)10Gbps端口（其中入線路的數(shù)量趨于最大）。

1.2 交換結(jié)構(gòu)

????????交換結(jié)構(gòu)將路由器的輸人端口連接到它的輸出端口。這種交換結(jié)構(gòu)完全包含在路由器之中，即它是一個網(wǎng)絡(luò)路由器中的網(wǎng)絡(luò)！

1.3 輸出端口

????????輸出端口存儲從交換結(jié)構(gòu)接收的分組，并通過執(zhí)行必要的鏈路層和物理層功能在輸出鏈路上傳輸這些分組。當(dāng)一條鏈路是雙向的時(shí)（即承載兩個方向的流量），輸出端口通常與該鏈路的輸入端口成對出現(xiàn)在同一線路卡上。

1.4 路由選擇處理器

????????路由選擇處理器執(zhí)行控制平面功能。在傳統(tǒng)的路由器中，它執(zhí)行路由選擇協(xié)議，維護(hù)路由選擇表與關(guān)聯(lián)鏈路狀態(tài)信息，并為該路由器計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)表。在SDN路由器中，路由選擇處理器（在其他活動中）負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程控制器通信，目的是接收由遠(yuǎn)程控制器計(jì)算的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，并在該路由器的輸入端口安裝這些表項(xiàng)。路由選擇處理器還執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能。

二、輸入端口處理和基于目的地轉(zhuǎn)發(fā)

?????????輸入端口的線路端接功能與鏈路層處理實(shí)現(xiàn)了用于各個輸入鏈路的物理層和鏈路層。在輸入端口中執(zhí)行的查找對于路由器運(yùn)行是至關(guān)重要的。正是在這個地方，路由器使用轉(zhuǎn)發(fā)表來查找輸出端口，使得到達(dá)的分組能經(jīng)過交換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)到該輸出端口。轉(zhuǎn)發(fā)表是由路由選擇處理器計(jì)算和更新的（使用路由選擇協(xié)議與其他網(wǎng)絡(luò)路由器中的路由選擇處理器進(jìn)行交互），或者轉(zhuǎn)發(fā)表接收來自遠(yuǎn)程SDN?控制器的內(nèi)容。轉(zhuǎn)發(fā)表從路由選擇處理器經(jīng)過獨(dú)立總線（例如一個PCI總線）復(fù)制到線路卡，使用在每個輸入端口的影子副本，轉(zhuǎn)發(fā)決策能在每個輸入端口本地做出，無須基于每個分組調(diào)用集中式路由選擇處理器，因此避免了集中式處理的瓶頸。

????????假設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)表已經(jīng)存在，在概念上講查表是簡單的，硬件邏輯只搜索轉(zhuǎn)發(fā)表查找匹配字段。但是在吉比特速率下，這種查找必須在納秒級執(zhí)行。因此，不僅必須要用硬件執(zhí)行查找， 而且需要對大型查找表使用超出線性搜索的技術(shù)。同時(shí)必須對內(nèi)存訪問時(shí)間給與特別關(guān)注，這導(dǎo)致用嵌入式片上DRAM和更快的SRAM（用作一種DRAM緩存）內(nèi)存來設(shè)計(jì)。實(shí)踐中也經(jīng)常使用三態(tài)內(nèi)容可尋址存儲器（TCAM）來查找。

????????一旦通過查表找到了某個分組的輸出端口，則該分組就能夠發(fā)送進(jìn)入交換結(jié)構(gòu)。在某些設(shè)計(jì)中，如果來自其他輸入端口的分組正在使用該交換結(jié)構(gòu)，一個分組可能會在進(jìn)入交換結(jié)構(gòu)時(shí)被暫時(shí)阻塞。因此，一個被阻塞的分組必須在輸入端口處排隊(duì)，并等待稍后被及時(shí)調(diào)度以通過交換結(jié)構(gòu)。

三、交換

????????交換結(jié)構(gòu)位于一臺路由器的核心部位，因?yàn)檎峭ㄟ^這種交換結(jié)構(gòu)，分組才能實(shí)際地從一個端口交換（轉(zhuǎn)發(fā)）到一個輸出端口。常見的交換方式如下：

• 經(jīng)內(nèi)存交換
• 經(jīng)總線交換
• 經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)交換

????????關(guān)于路由器的交換結(jié)構(gòu)詳細(xì)內(nèi)容，可以閱讀：

淺談路由器交換結(jié)構(gòu)https://ztzhang.blog.csdn.net/article/details/136078726?spm=1001.2014.3001.5502

四、輸出端口處理

????????與輸入端口類似。

五、何時(shí)出現(xiàn)排隊(duì)

????????在輸入端口和輸出端口處都可以形成分組隊(duì)列。排隊(duì)的位置和程度（或者在輸入端口排隊(duì)，或者在輸出端口排隊(duì)）將取決于流量負(fù)載、交換結(jié)構(gòu)的相對速率和線路速率。我們現(xiàn)在更為詳細(xì)一點(diǎn)考慮這些隊(duì)列，因?yàn)殡S著這些隊(duì)列的增長，路由器的緩存空間最終將會耗盡，并且當(dāng)無內(nèi)存可用于存儲到達(dá)的分組時(shí)將會出現(xiàn)丟包（packet?loss)。我們說有時(shí)候會說：分組"在網(wǎng)絡(luò)中丟失"或"被路由器丟棄"。正是在一臺路由器的這些隊(duì)列中，這些分組被實(shí)際丟棄或丟失。

????????假定輸入線路速度與輸出線路速度（傳輸速率）是相同的，均為Rline （單位為每秒分組數(shù)），并且有N個輸入端口和N個輸出端口。為進(jìn)一步簡化討論，假設(shè)所有分組具有相同的固定長度，分組以同步的方式到達(dá)輸入端口。這就是說，在任何鏈路發(fā)送分組的時(shí)間等于在任何鏈路接收分組的時(shí)間，在這樣的時(shí)間間隔內(nèi)，在一個輸入鏈路上能夠到達(dá)0個或1個分組。定義交換結(jié)構(gòu)傳送速率Rswitch 為從輸入端口到輸出端口能夠移動分組的速率。如果Rswitch 比Rline 快N倍，則在輸入端口處僅會出現(xiàn)微不足道的排隊(duì)。這是因?yàn)榧词乖谧顗那闆r下，所有N條輸入線路都在接收分組，并且所有的分組將被轉(zhuǎn)發(fā)到相同的輸出端口，每批N個分組（每個輸入端口一個分組）也能夠在下一批到達(dá)前通過交換結(jié)構(gòu)。

5.1 輸入排隊(duì)

????????如果交換結(jié)構(gòu)不能快得（相對于輸入線路速度而言）使所有到達(dá)分組無時(shí)延地通過它傳送，會發(fā)生什么情況呢？在這種情況下，在輸入端口也將出現(xiàn)分組排隊(duì)，因?yàn)榈竭_(dá)的分組必須加入輸入端口隊(duì)列中，以等待通過交換結(jié)構(gòu)傳送到輸出端口。為了舉例說明這種排隊(duì)的重要后果，考慮縱橫式交換結(jié)構(gòu)，并假定：①所有鏈路速度相同；②一個分組能夠以一條輸入鏈路接收一個分組所用的相同的時(shí)間量，從任意一個輸入端口傳送到給定的輸出端口；③分組按照FIFO方式，從一指定輸入隊(duì)列移動到要求的輸出隊(duì)列中。只要其輸出端口，多個分組可以被并行傳送。然而，如果位于兩個輸入隊(duì)列前端的兩個分組是發(fā)往 同一輸出隊(duì)列的，則其中的一個分組將被阻塞，并必須在輸入隊(duì)列中等待，因?yàn)榻粨Q結(jié)構(gòu)每一次只能傳送一個分組到指定端口。

5.2 輸出排隊(duì)

????????我們接下來考慮在交換機(jī)的輸出端口是否會出現(xiàn)排隊(duì)。再次假定Rswitch 比Rline 快N倍，并且到達(dá)N個輸入端口的分組，其目的地是相同的輸出端口。在這種情況下，在向輸出鏈路發(fā)送一個分組的時(shí)間內(nèi)，將有N個新分組到達(dá)該輸出端口（N?個輸入端口每個都到達(dá)1個）。因?yàn)檩敵龆丝谠谝粋€單位時(shí)間（該分組的傳輸時(shí)間）?內(nèi)僅能傳輸一個分組，這N個到達(dá)分組必須排隊(duì)（等待）經(jīng)輸出鏈路傳輸。在正好傳輸?N?個分組（這些分組是前面正在排隊(duì)的）之一的時(shí)間中，可能又到達(dá)N個分組，等等。所以，分組隊(duì)列能夠在輸出端口形成，即使交換結(jié)構(gòu)比端口線路速率快N倍。最終，排隊(duì)的分組數(shù)量能夠變得足夠大，耗盡輸出端口的可用內(nèi)存。

????????當(dāng)沒有足夠的內(nèi)存來緩存一個入分組時(shí)，就必須做出決定：要么丟棄到達(dá)的分組（采用一種稱為棄尾（drop-tail)?的策略），要么刪除一個或多個已排隊(duì)的分組為新來的分組騰出空間。在某些情況下，在緩存填滿之前便丟棄一個分組（或在其首部加上標(biāo)記）的做法是有利的，這可以向發(fā)送方提供一個擁塞信號。已經(jīng)提出和分析了許多分組去棄與標(biāo)記策略，這些策略統(tǒng)稱為主動隊(duì)列管理（Active?Queue?Manage?ment,AQM）算法。隨機(jī)早期檢測（Random?Early?Detection,?RED）算法是得到最廣泛研究和實(shí)現(xiàn)的AQM?算法之一。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-841474.html

到了這里，關(guān)于淺談路由器基本結(jié)構(gòu)與工作原理的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！