基礎網絡技術

路由器設備基礎了解路由器設備的基本定位掌握路由器體系結構及其演進了解高端路由器路由、交換、轉發引擎的體系結構理解高端路由器技術演進趨勢學習完本課程，您應該能夠：學習目標匯報提綱路由器概述路由器總體結構介紹高端路由器路由引擎高端路由器交換引擎高端路由器轉發引擎高端路由器技術演進趨勢什么是路由？路由信息是指導報文發送的路徑信息；路由的過程是報文中繼轉發的過程(N,R1,M)R1目標網絡N其它網絡基本構件：路由器、網絡(地址)、協議路由器的作用路由器的核心作用是實現網絡互連分組數據轉發路由(尋徑)：路由表建立、刷新、查找子網間的速率適配隔離網絡，防止網絡風暴，指定訪問規則(防火墻)異種網絡互連二層尋址二層尋址和ARP地址解析ARPTableIP地址MAC地址接口172。16。30。102-00-8C-01-A2-03E0/3172。16。28。108-05-5A-A1-A2-1AE0/5172。16。10。104-02-8C-05-A2-09E0/7172。16。30。1001-07-7B-01-A2-C3E0/1172.16.10.1InternetIP報文(172.16.10.1)E0/7路由器的基本工作原理IPETHPPP以太口串口IPETHPPP以太口串口路由選擇協議轉換路由器路由器傳送LAN1LAN2接收發送基本工作過程拆包協議封裝路由轉發WAN工作在第三層(網絡層)采用路由方式進行轉發實現異種網絡的互聯路由器的基本工作原理鏈路層鏈路層物理接口物理接口查找IP地址轉發信息表包緩存更新IP頭隊列調度IP地址下一跳查找IP地址(路由查找)IP報文處理隊列調度安全處理…路由表信息[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/MaskprotoprefMetricNexthopInterface0.0.0.0/0Static600120.0.0.2Serial08.0.0.0/8RIP1003120.0.0.2Serial09.0.0.0/8OSPF105020.0.0.2Ethernet09.1.0.0/1RIP 1004120.0.0.2Serial011.0.0.0/8Static600120.0.0.2Serial020.0.0.0/8Direct0020.0.0.1Ethernet020.0.0.1/32Direct00127.0.0.1LoopBack0......匯報提綱路由器概述路由器總體結構介紹高端路由器路由引擎高端路由器交換引擎高端路由器轉發引擎高端路由器技術演進趨勢網絡接口網絡接口CPU網絡接口CPU網絡接口網絡接口CPU接口CPU接口CPU接口CPU接口ASIC交換網接口ASICASIC接口ASIC接口CPU接口NP交換網接口NPNP接口NP接口CPU第一代第二代第三代第四代第五代基于NP的分布式交換式路由器基于ASIC的交換式路由器基于分布式CPU轉發總線式路由器模塊化集中轉發路由器固定接口集中轉發路由器路由器體系結構發展回顧網絡接口第一代：集中轉發，固定接口CPU網絡接口網絡接口網絡接口滿足低速網絡互聯需求。集中式轉發，處理能力是最大的瓶頸；接口種類少，固定配置，多應用于soho。H：1600C：1600第二代：集中轉發，模塊化接口CPU網絡接口網絡接口網絡接口滿足低速網絡互聯需求；接口種類多，配置靈活。集中式轉發，處理能力仍然是最大的瓶頸。cachecachecacheH：R3680C：3640、7200傳統的L3增加CACHE，一次查表，多次路由第三代：分布式軟件轉發CPU網絡接口網絡接口網絡接口分布式轉發，處理能力較強，接口種類多，配置靈活。背板總線帶寬、軟轉發是最大的瓶頸。CPUCPUCPUH：NE16/08/05C：7500總線帶寬有限轉發協議棧處理、管理第四代：基于ASIC與交換網的GSR接口ASIC交換網接口ASICASIC接口ASIC接口CPUIP處理能力有質的突破，端口較豐富，端口容量大；交換網的引入解決了總線的瓶頸，實現無阻塞交換。對QOS、MPLSVPN、組播、IPv6支持能力弱。H：NE50C：12000、

12400轉發協議棧處理、管理NP出現的必然：業務需求的自然演進Session/ApplicationLayerTransportLayerNetworkLayerLinkLayerIPoptionsControlPlaneRoutingLookupsFramingCRCFlowClassification第四代路由器－基于ASIC/FPGA技術CPU處理硬件邏輯處理NP處理ControlPlaneCRCLinkLayerNetworkLayerTransportLayerSession/ApplicationLayerFlowClassificationRoutingLookupsIPoptionsFramingMulticastIPv6BillingConcastMediaTranscodingWebSwitchingQoSSchedulingMPLSVPN全業務的NPMulticastIPv6QoSSchedulingMPLSVPNNP的先進性NP與ASIC之比較性能更高：內部集成數十個CPU及硬件協處理器、硬件加速器，在實現復雜的擁塞管理、隊列調度等QOS功能前提下，仍能保持線速轉發，實現“硬轉發”；擴展更靈活：預留的用戶接口可編程，擴展靈活；業務支持能力強：對新的增值業務(MPLS、QOS、組播等等)迅速支持；管理靈活，開發方便，大大縮短二次開發周期；預留IPv6接口，可通過軟件平滑升級；可靠性高：芯片轉產前通過嚴格的疲勞性測試，適合開發電信級設備。采用網絡處理器技術已成為網絡設備的主流技術路線接口ASIC交換網接口ASICASIC接口ASIC接口CPU接口NP交換網接口NPNP接口NP接口CPU基于NP的新一代交換式路由器基于ASIC的傳統交換式路由器交換網NET風扇系統電源系統CPU(主備份)接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP接口/NP第五代路由器：基于NP的全業務路由器路由引擎轉發引擎交換引擎第五代路由器的全業務轉發鏈路層處理物理層處理合法性檢查表查找流分類處理QOS處理

入隊列處理切片處理鏈路層處理物理層處理MTU檢查出端口查找QOS處理

分類處理組包處理入隊列處理區分優先級交換、主備份單播轉發MPLS轉發多播轉發單播轉發MPLS轉發多播轉發微信元微信元線路板：業界高性能NP,線速轉發交換網：高速無阻塞交換；支持組播交換；具備流控和反壓控制數據報數據報匯報提綱路由器概述路由器總體結構介紹高端路由器路由引擎高端路由器交換引擎高端路由器轉發引擎高端路由器技術演進趨勢交換網NET風扇系統電源系統CPU(主備份)接口/PFE接口/PFE接口/PFE接口/FPEPFE/接口PFE/接口PFE/接口PFE/接口路由引擎主要作用路由協議更新消息本地終結/上層處理的流量接口狀態信息統計信息等FIB刷新鄰接表更新配置命令下發等主控板的作用處理路由協議運行路由協議，處理路由策略，計算并刷新路由表處理信令協議MPLS/ATM信令協議呼叫處理和連接接納控制系統運行狀態監視網絡管理代理數據配置功能系統配置數據、啟動文件、LOG信息等可靠性處理冗余備份、熱切換、NSF、SCSR……SCSR自主持續路由技術

即使在主備倒換的情況下，保持路由協議的不間斷，大大提高了網絡的穩定性和可靠性RMBACKUPRMACTIVERMACTIVERMBACKUP下發FIB備份信息備份信息下發更新的FIBSCSR主板定期將路由信息和狀態信息備份到備板，備板倒換后根據備份信息繼續協議處理主板故障后倒換到備板對相鄰接點無影響路由和轉發都不會中斷協議/信令ACTIVE協議/信令ACTIVE協議/信令ACTIVE協議/信令ACTIVE本節點我可能暫時歇會兒，馬上回來；轉發照常我可能暫時歇會兒，馬上回來；轉發照常路由信息路由信息Restart恢復！！我又回來啦我又回來啦NSF本地路由重啟中，不備份路由，保持轉發表數據，依賴鄰居路由器刷新路由表主板故障倒換/重啟后需要相鄰接點發送完整路由信息轉發不中斷、路由重新學習SCSR&NSF比較

NSFSCSR備份信息不完善完善倒換機制不完善，需要鄰居配合完善，自主備份倒換擴展性擴展性差，每一種網絡協議都需要相應標準，而且目前很多協議都沒有正式標準擴展性好，“自掃門前雪”，不需要相關標準。主備板同時失效情況因為GR機制使鄰居路由器不對故障進行及時處理，導致網絡故障時間增加不增加故障時間對于OSPF、IS-IS，NSF可能增加故障時間，違背快速收斂的要求，推薦采用SCSR技術BGP對路由收斂速度要求不高，因此建議同時啟用SCSR和NSF技術，可減少需要平滑的數據量，提高主備倒換的速度匯報提綱路由器概述路由器總體結構介紹高端路由器路由引擎高端路由器交換引擎高端路由器轉發引擎高端路由器技術演進趨勢接口板之間的數據交換方式總線型單個兩兩背靠背型(點對點)多個兩兩背靠背型(網狀/全連接)部分連接型(環/立方狀)交換網型(星狀)CPU接口CPU接口CPU接口CPU接口PFE交換網接口PFEPFE接口PFE接口CPU接口PFEPFE接口CPUCPU接口PFEPFE接口接口PFEPFE接口背板靜態結構舉例LinearRing2DMeshHybercubeBinaryTreeFullyConnectedVelociti2DTorusPoint-to-Point交換網內部結構共享緩存(SharedMemory)方式時分復用速度取決于內存訪問速度共享緩存S/PS/PS/PP/SP/SP/S隊列管理地址管理WA/RA12n12n交換網內部結構交叉開關(Crossbar)方式空分復用需要解決阻塞問題、仲裁問題速度取決于仲裁調度速度共享緩存S/PS/PS/PP/SP/SP/S仲裁調度器12n12nIFIFOIFIFOIFIFOEFIFOEFIFOEFIFOCrossbar交換網內部結構VOQ(虛擬輸出隊列)CIOQ(組合輸入輸出隊列)CrossbarScheduler收內存VOQ#1VOQ#16收內存VOQ#1VOQ#16發內存發內存Requests/GrantsVOQ0VOQ1VOQnSMVOQ0VOQ1VOQnSMVQ0VQ1VQ15SMSMOQ0OQ1OQnSMOQ0OQ1OQnSMOQ0OQ1OQnOP0OP1OP2OP3OP0OP1OP2OP3OP0OP1OP2OP3IP0IP1IP2IP3IP0IP1IP2IP3IP0IP1IP2IP3Crossbar多級交換網結構：CLOS三級交換結構、嚴格意義上的無阻塞結構第二級通常是單獨的中央交換框F1、F2、F3之間采用光纖互連(光背板)CLOS為一種經典結構,是1953年貝爾實驗室研究員CharlesClos首先設計的F1F1F1...F2F2F2...F3F3F3...Stage1Stage2Stage3匯報提綱路由器概述路由器總體結構介紹高端路由器路由引擎高端路由器交換引擎高端路由器轉發引擎高端路由器技術演進趨勢線路接口板基本功能要求鏈路層處理物理層處理合法性檢查表查找流分類處理QOS處理

入隊列處理切片處理鏈路層處理物理層處理MTU檢查出端口查找QOS處理

分類處理組包處理入隊列處理交換網單播轉發MPLS轉發多播轉發單播轉發MPLS轉發多播轉發微信元微信元數據報數據報線路接口板典型結構圖Framer/MACSMPFESearchingEngineCP線卡控制模塊物理接口TMBufferTrafficManagementSwitchingManagementForwarding&ServicesEngineFramer交換網接口管理接口高品質QOS機制接收報文報文分類/標記REDWRED擁塞檢測/避免保文發送出接口入接口

源地址目的地址源端口目的端口協議類型

TOS……ACLCAR流量監管擁塞管理VOQ調度DWRR/WFQWFQPQ/DWRRWFQ/DWRR流調度PQ/WFQ交換網端口調度優先級調度流調度/整形五級調度機制，不會出現任何堵塞和業務干擾PFQ/PQ/WFQ/Shapping，既保證調度的公平性，有能確保高優先級的業務能夠的業務能夠優先得到服務，不被干擾交換網絡提供優先級控制，避免隊頭堵塞(HOL)，支持組播交換支持DiffServ和InterServ/MPLSTE每端口8個優先級隊列，每單板提供8K條流隊列；全部硬件完成，滿足高性能要求，且性能恒定接口技術簡介POS接口POS10G、2.5G、622M、155M以太網接口10GE、GE、FEATM接口ATM622M、155MRPR接口RPR2.5GE1接口2M……接口技術簡介-POSPOS:PacketoverSDH/SONETSDH: ITUG.707、G.708、G.709…SONET: ANSIT1.105、BellcoreGR-253-COREPPP： IETF定義RFC2615：PPPoverSONETRFC1662：PPPinHDLClikeframing接口類型線路帶寬(Mbps)開銷帶寬(Mbps)負載帶寬(Mbps)OC-1/STS-151.845.184150.336155MSTM-1OC-3155.525.184150.336622MSTM-4OC-12622.0820.736601.3442.5GSTM-16OC-482488.3282.9442405.37610GSTM-64OC-1929953.28331.7769621.504接口技術簡介-POSPPP:Point-to-PointProtocolMTU: 8192字節PPP： IETF定義，RFC1661、1332、1334、1994等,控制協議包括：LCPIPCP、MPLSCP、OSICPPAP/CHAP等Flag0x7Eaddr0xFFcontrol0x03Protocol0x0021IPpayloadCRC16/CRC32Flag0x7E接口技術簡介-POSPOS:PacketoverSDH/SONETSDH: ITUG.707、G.708、G.709…SONET: ANSIT1.105、BellcoreGR-253-COREMUXIntermediateMultiplexer(ADMorDCS)RegeneratorRegeneratorSectionSectionSectionSectionLineLinePathDEMUX接口技術簡介-POSSDH/SONET的幀格式都與STS-1相關STS-1的幀格式每幀9行×90列＝810字節每幀時間125μsec，即每秒8000幀傳送速率810字節×8比特/125μsec＝51.84Mbps對于STS-N，則每格N字節;STS-Nc為STS-N的級聯模式(concatenatedmode)90Bytes即90列9行通道開銷POH線路開銷LOH段開銷LOH每小格1字節接口技術簡介-以太網IEEE802.3標準IEEE802.3Ethernet 10M 10Base-TIEEE802.3uFastEthernet 100M 100Base-T,100Base-FXIEEE802.3zGigabitEthernet1000M 1000Base-SX/LXIEEE802.3abGigabitEthernet1000M 1000Base-TIEEE802.3ae10GigabitEthernet10G 1000Base-SR/SW/LR/LW/ER/EW/LX4IPG(Inter-PacketGap)PreambleStartFrameDelimiterDestinationAddressSourceAddressType/LengthDataFrameCheckSequence12Bytes 7Bytes1Byte6Bytes6Bytes2Bytes46～1500Bytes4BytesFrameLengthis64～1518BytesIEEE802.aeLAN/MANFiberTypePMDDistance10GBase-SRLANMMF850nmSerial25,65,300m10GBase-SWWAN10GBase-LRLANSMF1310nmSerial10km10GBase-LWWAN10GBase-ERLANSMF1550nmSerial40km10GBase-EWWAN10GBase-LX4LANMMF1310nmWWDM300mSMF10km接口技術簡介-RPRIEEE802.17標準已于2004年7月形成標準NE路由器目前支持RPR2.5G接口技術簡介-ATMATM論壇UNI3.0、3.1IETFRFC1577classicalIPoverATMRFC1483MultiprotocolEncapsulationoverAAL5NE路由器ATM接口支持ATM155M、622MIPOA、MPLSUBR/CBR/VBRINARPF5OAM1K/單板PVC2K/接口AAL5最大MTU：2000支持RFC1483b透傳GFC/VPIVPIVPIVCIVCIVCIPRIC數據負載48字節接口技術簡介-E1E1接口G.703電氣特性和線路編碼G.704成幀模式和信令G.706幀排列與CRC校驗G.732失效條件和后續動作高端路由器E1非成幀模式E1成幀模式線路碼選擇:AMI/HDB30時隙:CRC或noCRC通道化至64K捆綁MP協議8個BUNDLE/單板8個通道/BUNDLE181Frame,

256Bits—125us,32TimeSlots1Channel

TimeSlotBitRate=2.048Mbps031161Multiframe,

4096Bits2msec16Frames18匯報提綱路由器概述路由器總體結構介紹高端路由器路由引擎高端路由器交換引擎高端路由器轉發引擎高端路由器技術演進趨勢總體趨勢NGN/3GCENTREX會議電視語音接入多媒體接入圖象接入數據接入局域網E-PhoneADSLISP/ICPASIntranet/ExtranetPORTALPSTN/ISDNATMINX.25IP核心網絡基礎網絡向IP網融合，終端朝分組化、寬帶化、智能化發展。未來3年內IP網絡將承載的新業務IPBackbone3G分組域視訊多媒體3GR5/R6NGN業務大客戶專線(MPLSVPN)Internet訪問趨勢一：IP網向IP與MPLS融合網轉移1、網絡安全保證；2、業務邏輯隔離；3、IPVPN；4、更好的QOS保證及MPLSTE。MPLS是下一代IP網絡業務承載的基石！MPLS與IP的QOS映射MPLS與IP無縫的結合提供新業務端到端的QOS保證！趨勢二：交換網向軟交換演進電路交換的分離的網絡WirelessIPATM/FRVoiceWenowneed:“Onenetworkdesignedfordata,butoptimizedforvoice”INNMSAppServerPolicyServiceISUPSGPSTNswitchSTPTMGPLMNWMGSIPPhoneH.323PhonePCPhoneIADAMG分組核心網軟交換軟交換軟交換軟交換的優勢：開放的體系，提供融合的多媒體業務扁平網絡，簡化網絡運維和管理快速部署新業務