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路由器的关键技术( 二 )

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＊ 背板总线
由于端口速率高，交换结构需要加速，而且接口板与交换板之间、控制板与接口板之间、控制板与交换板之间的连线很多，目前的高速路由器以及交换机都采用高速背板总线以提高系统的吞吐率 。为了提高效率，数据线采用串行差分线路，速率可达每秒钟1～2吉比特 。要保证如此高的传输速率和那么多的连线，对背板总线的设计要求非常高 。如何降低数据的传输误码率以及保证时钟同步是总线设计中的要害技术 。斯坦福大学的Tiny Tera路由器项目中，大量采用串行总线的实现方法值得研究和借鉴 。
2.与服务质量有关的技术
＊ 数据包分类技术
路由器要对到达的分组包进行识别、分类以决定其所应接受的服务类型 。当初IETF所考虑的方案是在网络的核心，根据IP报头的TOS（Type of Service）域来识别分组，但是在互联网的发展过程中，由于一直采用“尽力”传输，同时由于终端在发送IP包时不考虑TOS，因此，TOS一直没有发挥作用 。目前在边缘设备，根据IP分组的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、传输层协议类型来对分组进行识别 。此外，为了实现防火墙的功能也需要对IP分组进行识别 。
在识别时，每条识别规则采用的是源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、传输层协议类型 。在上述识别规则中，每个域都可能是一个区间 。例如有这样一条识别规则“202.66.83.X，202.66.72.X，X，23，TCP”（X表示任意），这条规则识别从网络202.66.83.X到网络202.66.72.X的telnet数据 。从几何的角度来看，假如判别时利用了IP报头的K个域，这个问题实际上是在一个K维空间中有许多互相交叠的实体（每条判别规则对应于一个实体），每当有一个分组到达时，该分组相当于K维空间上的一个点，进行判别实际上是要找出包含该点的优先级最高的实体 。
＊ 数据流的分类
一系列通过给定的源和目的地的数据包被作为数据流，流可以是长时间维持的TCP连接的一系列数据包，也可以是声音或图像的一系列UDP数据包 。通常，流有长短之分，划分有两个标准：端口对和主机对 。按端口对划分是指同一流的数据包必须具有相同的源、目的地址和TCP/UDP端口号等；按主机对划分只要求各数据包具有相同的源和目的地址 。目前常用的流分类器有三种，一种是X/Y分类器，Y为规定的时间间隔，X为数据包数 。若在时间Y内某一数据流到达的数据包数大于X，则该流就被认定为长数据流，否则是短数据流；另一种是协议分类器（Protocol Classifier），它规定了所有的TCP包均被定义为数据流；还有一种是端口分类器（Port Classifier），它规定了几个非凡的TCP端口作为长数据流 。因为分类要对每个进入路由器的包进行包头检查，我们需要快速的分类算法 。
＊ QoS问题
假如能实现真正的QoS，对于互联网变为一个商业应用的网络来说，当然是最理想的 。在目前网络阻塞无法避免的情况下，IETF提出了一些模型和机制来支持QoS，主要有两种实现框架，即IS（Integrated Service）和DS（Differentiated Service） 。其中，IS应用资源预留协议（RSVP），在实时业务发送前建立发送通道并预留资源；而DS通过给数据包做标记将数据包分类，使不同的数据包享受不同的服务 。实现真正的QoS有一定的难度，无论是采用输出缓冲,还是共享缓冲的交换结构，内部都需要N倍的加速 。
＊ MPLS和流量工程
在互联网上，可以通过MPLS支持显式路由 。显式路由可以弥补传统IP网络中OSPF（Open Shortest Path First）协议在源和目的之间只建立一条最短路径的不足 。它的好处是，ISP可以在两点之间的不同路径上分配业务量，从而减少业务繁忙的路径的阻塞率，提高线路的利用率，提供一定程度的QoS保证 。还可以通过显式路由建立冗余线路，在某些路由器发生故障的情况下，保证通信线路的畅通 。IETF的相关工作组和许多网络设备厂商正在进行这方面的工作，并且已经提出了一些实现方案 。

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