一、路由器硬件结构

1.路由器硬件结构的基本组成

       路由器的基本硬件结构包括输入/输出部分、数据转发引擎和交换结构（SwitchingFabric）部分以及路由计算部分四个功能模块，如图8所示。

       输入/输出部分就是路由器上的网络接口卡，即网卡，主要完成数据包的接收和发送工作。随着路由器数据吞吐量的增加.路由器网络接口卡的速度越来越高，从10Mbit/s到几HGbit/s甚至更高；也由只有单个网络接口的网卡发展到集成多个网络接口的线卡。

       数据转发引擎的功能是按照一定的路由查询算法或流分类算法，根据输入分组的目的地址等参数来决定转发的目的端口。数据转发引擎是影响路由器数据转发速率的决定性因素。

       交换结构用于连接输入/输出部分和数据转发引擎，为它们之间的数据传递提供高速的数据通道。常见的交换结构有总线,Cross-bar（交叉开关）等。总线结构最为简单，但当有多个网络接口同时有数据输入或输出时，会岀现总线争用的问题，影响数据交换的速率;Cross-bar结构相当于多条并行工作的总线，可以有效避免总线争用的问题，但实现起来相对比较复杂。对于路由器来说，交换结构是影响其吞吐量的关键因素。

       路由计算部分通常是根据网络的拓扑结构.选择相应的路由协议，计算出路由表，从而控制数据包的转发过程，也即完成7.2.2中的选路策略功能。

 
图8    路由器硬件体系结构

2.路由器硬件结构举例

        随着互联网网络带宽的迅速增加、数据业务的爆炸性增长以及用户对服务质量要求的不断提高，作为网络核心的路由器的硬件结构也在不断地变化和发展。

        最初的路由器采用传统计算机的结构，相当于加了网络物理接口（网卡）的计算机,如图7.9所示，包括共享中央总线、CPU、内存及挂在共享总线上的多个网卡，通常可称为单总线单CPU结构。

图9   第一代路由器硬件结构

        图9中，中央CPU完成除物理接口之外的其他所有功能，数据包从一个物理接口进来，经总线送到中央CPU中进行转发处理，然后又经总线送到另一个物理接口发送出去。这种单总线单CPU的主要局限是处理速度慢，一个CPU完成所有的任务，从而限制了系统的吞吐量。另外，系统容错性也不好,CPU若出现故障容易导致系统完全瘫痪。但该结构的优点是系统价格低。目前大量的接入式路由器基本上都是这种结构。

        为了克服第一代路由器的缺陷•显然应该增加CPU的数量以及总线的数量.以便提高转发速度和处理能力。所以.又出现了单总线主从CPU、单总线对称式多CPU、多总线多CPU的结构。目前使用比较多的核心路由器结构是交换式结构。

        基于交叉开关设计的交换式路由器有很好的可扩展性能，并且省去了控制大量存储模块的复杂性和高成本，如图10所示。

图10   交换式路由器结构

        在交换式路由器中，釆用交叉开关结构替代共享总线，数据直接从输入端经过交叉开关流向输出端。这样就允许多个数据包同时通过不同的线路进行传送，各端目之间实现线速无阻塞互连。系统的交换带宽取决于中央交叉阵列和各模块的能力，而不是取决于总线自身。可以极大地提高路由器的转发速度和系统的吞吐量。其中高速交叉开关技术目前已经十分成熟，在ATM交换机和高速并行计算机中广泛应用.市场上可直接买到的高速交叉开关速率高达50Gbit/s。