譚呈祥

摘 要 作為信息化社會的典型代表，路由器有著不可取代的關(guān)鍵作用，路由器是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)，沒有路由器的參與，就不會有信息和數(shù)據(jù)的交換和流通，是路由器使互聯(lián)網(wǎng)成為可能。具體來說，無論對于搭建局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)，一個必須首先考慮的事情就是要選擇路由協(xié)議或者說是路由技術(shù)，每個路由器的制造商其路由交換機的運營機制是完全不同的，而在路由交換等功能的實施上，現(xiàn)在主流的設(shè)計機制就是集中式以及分布式兩種。文章敘述了路由器的發(fā)展歷程，對路由的算法選擇進行了深入的討論，并重點對分布式路由以及集中式路由的收斂特性加以分析，最后得出結(jié)論。整個論述深入淺出，有很強的針對性，具有一定的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞 分布式路由；集中式路由；收斂特性

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）206-0099-02

1 路由器發(fā)展歷程

截至目前，路由器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了五代的發(fā)展歷程，并取得巨大的進步。第一代路由器技術(shù)用計算機插接多塊網(wǎng)卡實現(xiàn)路由功能，具體說，網(wǎng)口收到數(shù)據(jù)經(jīng)總線傳給CPU，再由CPU處理后從另一網(wǎng)口發(fā)送出去。第二代路由器技術(shù)對第一代進行了升級，在網(wǎng)卡上實施智能化處理，提升了數(shù)據(jù)流通的速度。第三代路由器技術(shù)采用全分布式架構(gòu)，將路由功能與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能進行分離，可實施并行處理，路由器處理性能得以成倍提高。到了第四代路由器，此時互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)空前發(fā)展，一些路由生產(chǎn)商提出ASIC解決方案，它把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)細節(jié)全部通過硬件的方式去實現(xiàn)，并采用共享內(nèi)存的方式巧妙地解決了內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的問題。第五代路由是目前我們正在用的路由技術(shù)，其在硬件體系結(jié)構(gòu)上繼承了第四代路由器技術(shù)，而在更重要的IP業(yè)務(wù)處理上則采用了可編程的網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)，由軟件控制處理流程。

2 路由算法及選擇策略

2.1 理想路由算法

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在收到一個分組后，決定在某條輸出鏈路上傳送下去所使用的策略。理想的路由算法必須要具備一些顯著的特點。

第一，該路由必須可以保證信息能夠快速并正確傳輸。

第二，對路由最佳路徑的計算必須簡單，這樣可大幅減少不必要的時延。并且，對選擇路由的計算不能造成網(wǎng)絡(luò)太重的負擔。

第三，進行的算法要可以自動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信量以及網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化，提高運算的效率。

第四，當網(wǎng)絡(luò)拓撲以及通信量出現(xiàn)變化時，路由算法要確定可收斂于某一個可接受的解，而不可以有過多振蕩。

第五，算法須對每名普通用戶都公平對待，一視同仁。

第六，以最高的性價比完成對路由選擇的計算?？陀^地說，并沒有所謂的最佳選擇，也沒有最好的算法，有的只是相對更合理的一種選擇。

2.2 路由選擇的不同策略

對路由選擇的策略主要有兩個：一種是非自適應(yīng)路由，其結(jié)構(gòu)比較簡單，性能較差，但造價較低；另一種是自適應(yīng)路由，可以自動進行調(diào)整路徑的選擇，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎托?，造價也高。非自適應(yīng)路由主要存在于前幾代路由技術(shù)中，一般以點對點的方式傳輸數(shù)據(jù)，其通信協(xié)議也比較簡單，IP地址對于數(shù)據(jù)傳輸非常關(guān)鍵，更接近于單線程的工作模式。相比較非自適應(yīng)路由，自適應(yīng)路由的功能更為強大，機理也更為復(fù)雜。在下文中，我們重點來討論自適應(yīng)路由選擇的情況。

所謂自適應(yīng)，簡單理解，就是當網(wǎng)絡(luò)拓撲出現(xiàn)意外的變化或者網(wǎng)絡(luò)某個或某些節(jié)點或者通信鏈路出現(xiàn)中斷時，路由技術(shù)可以提供網(wǎng)絡(luò)通過某局部范圍進行路由調(diào)整的自動處理。實現(xiàn)自適應(yīng)功能的具體策略包括3種：

一是孤立的路由選擇策略，二是分布式路由選擇策略，三是集中式路由選擇策略。下面分別加以討論。

2.2.1 孤立的路由選擇策略

孤立的路由選擇策略，其最顯著的特征是只按照本節(jié)點的連通狀態(tài)進行路由的選擇，卻不會與其它的通信節(jié)點對狀態(tài)的實際信息進行交換。孤立的路由選擇策略的具體算法被形象地稱作“熱土豆”算法，當路由接收到某一分組時，不去管該分組的目的地址是哪里，而是將分組以最快速度發(fā)送到各數(shù)據(jù)鏈路中，并選擇等待隊列最短的排隊等候發(fā)送。該策略的缺點比較明顯，就是反饋的信息不夠準確，很多時候判斷為最短的隊列實際并不是效率最高的轉(zhuǎn)發(fā)路由。

2.2.2 分布式路由選擇策略

分布式路由選擇策略是到目前為止采用最為普遍的路由算法，其對各種狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)都有比較好的適應(yīng)。具體的實現(xiàn)機理是，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以周期性地接受相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供的狀態(tài)信息，與此同時，路由器也把本網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已經(jīng)做出的路徑選擇決定進行周期性的發(fā)布，及時通知相鄰的各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，因而這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會持續(xù)按照整個網(wǎng)絡(luò)各個時刻的新狀態(tài)及時更新路由對路徑的最優(yōu)選擇決定。分布式路由選擇策略是一種雙向的動態(tài)選擇機制，有效提升了選擇的效率，進而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。并且，其對于網(wǎng)絡(luò)硬件的要求不苛刻，這也為該算法的最大普及打下堅實的基礎(chǔ)。

2.2.3 集中式路由選擇策略

集中式路由選擇策略就是通過網(wǎng)控中心收集各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定期傳送的即時狀態(tài)信息，之后，網(wǎng)控中心會依照接收的狀態(tài)信息結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實際的拓撲結(jié)構(gòu)，動態(tài)算出各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點此時此刻的路由選擇表，之后把新的路由選擇表立即返還各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行使用。

集中式路由選擇策略其算法可按時依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以及實際信息量實時變化情況對各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的運行路由選擇表進行修改，這種實時性有助于路由更可能獲得接近精確的路徑選擇，可避免網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分組信息無效搜尋和對接以及占用帶寬等現(xiàn)象，進而對網(wǎng)絡(luò)實時通信容量和網(wǎng)絡(luò)流量實施有效控制。

3 分布式路由與集中式路由的收斂特性

3.1 分布式路由收斂特性

對于分布式路由架構(gòu)來說，ASIC技術(shù)的成熟和發(fā)展帶來了巨大的影響，一些路由傳統(tǒng)的功能模塊被重新整合到一塊ASIC芯片上，進而，路由制造商把路由功能整合芯片直接設(shè)計進實際路由交換機的所有接口模塊上，我們稱這種新型的路由技術(shù)為分布式收斂特性，或者第三層數(shù)據(jù)包的過濾轉(zhuǎn)發(fā)。其最大的優(yōu)勢在于路由功能的實現(xiàn)將不再需要特定的功能模塊為整個路由服務(wù)進行數(shù)據(jù)包的過濾轉(zhuǎn)發(fā)，而是由每一接口功能模塊上集成的路由芯片自行完成。

分布式路由收斂特性從整體路由轉(zhuǎn)發(fā)性能上說，是一種突破性的進展，但同時它也存在對路由選擇的控制機制方面要比其它架構(gòu)模式更復(fù)雜一些，分布式路由必須在每個發(fā)送端口都存儲路由表信息，這樣才可以實現(xiàn)快速進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)功能。盡管分布式在技術(shù)上實現(xiàn)起來更復(fù)雜一些，但因為在性能上分布式路由要遠超集中式路由，所以，分布式路由技術(shù)當之無愧成為目前路由交換機的最廣泛采用的主流技術(shù)。

3.2 集中式路由收斂特性

集中式路由收斂特性是指在路由交換機中內(nèi)置了一個特殊功能硬件路由模塊，以完成對整個路由交換機的數(shù)據(jù)包過濾轉(zhuǎn)發(fā)功能。與分布式路由架構(gòu)相比，采用集中式路由架構(gòu)的路由交換機其所有接口模塊都沒有實際的數(shù)據(jù)過濾轉(zhuǎn)發(fā)處理等功能，而需要將數(shù)據(jù)包反復(fù)送向路由功能模塊進行實時查詢路由之后再進行過濾轉(zhuǎn)發(fā)。

集中式路由架構(gòu)進行數(shù)據(jù)包的過濾轉(zhuǎn)發(fā)，這是比較早期的路由技術(shù)，其主要的缺點表現(xiàn)在整個路由器的整體性能完全受內(nèi)置路由模塊實際運行性能的限制。

當網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一個IP數(shù)據(jù)包要通過路由轉(zhuǎn)發(fā)時，它要被從某個以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)接口功能模塊經(jīng)背板集成總線再進一步送往路由功能模塊，經(jīng)路由功能模塊進行數(shù)據(jù)處理后，又通過背板總線返還相同的那個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口功能模塊，這種對數(shù)據(jù)包反復(fù)進行傳送的方式大大占用了背板數(shù)據(jù)總線的實際傳遞數(shù)據(jù)能力，且如果路由功能模塊發(fā)生故障，將造成整個路由器內(nèi)所有的數(shù)據(jù)交換功能全部失效。

4 結(jié)論

分布式路由和集中式路由代表著路由架構(gòu)體系的兩種不同技術(shù)方向，目前，最廣泛采用的是分布式路由技術(shù)，這與它本身的技術(shù)特點和實際性能效果是分不開的。

目前我們使用的第五代分布式路由器技術(shù)，極大迎合了網(wǎng)絡(luò)對于海量數(shù)據(jù)進行承載、處理、發(fā)送的迫切需求，極大地增強了對互聯(lián)網(wǎng)的整體支持。在可預(yù)見的未來，以路由技術(shù)為代表的通信技術(shù)，必然有著更為廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻

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