路由技術(shù)中小企業(yè)路由器芯片發(fā)展歷程介紹

路由器是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，用來連接多種網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段，路由器工作于網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議中的第三層，其主要任務(wù)是接收來自一個網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包，根據(jù)其中所含的目的地址，決定轉(zhuǎn)發(fā)到下一個目的地。

與計(jì)算機(jī)一樣，路由器也包含有CPU。不同級別的路由器，其中的CPU也不盡相同。無論在中低端路由器還是在高端路由器中，CPU都是路由器的心臟。通常在中低端路由器當(dāng)中，CPU負(fù)責(zé)交換路由信息、路由表查找以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。在路由器中，CPU的能力直接影響路由器的吞吐量（路由表查找時間）和路由計(jì)算能力（影響網(wǎng)絡(luò)路由收斂時間）。在高端路由器中，通常包轉(zhuǎn)發(fā)和查表由ASIC處理器完成，CPU只實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議、計(jì)算路由以及分發(fā)路由表。隨著技術(shù)的發(fā)展，路由器中許多工作都可以由硬件實(shí)現(xiàn)（ASIC專用芯片）。

路由器處理器芯片的發(fā)展大致經(jīng)歷如下四個階段：

（1） 通用處理器

（2） 嵌入式處理器

（3） ASIC處理器

（4） 網(wǎng)絡(luò)處理器

通用處理器階段

上個世紀(jì)60年代，人們曾經(jīng)使用普通電腦充當(dāng)路由器的角色，這就是第一代路由器的雛形。用一臺計(jì)算機(jī)插接多塊網(wǎng)卡來實(shí)現(xiàn)的，多個網(wǎng)卡共用一塊處理器，通過內(nèi)部總線互聯(lián)，CPU負(fù)責(zé)了幾乎全部的路由計(jì)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)指令，同時還要負(fù)責(zé)整臺機(jī)器的設(shè)備管理工作，后來才逐漸專門發(fā)展出專門的總線、接口及操作系統(tǒng)的路由器。

作為通用處理器，由于考慮了各種應(yīng)用的需要，具有一般化的通用體系結(jié)構(gòu)和指令集，以求支持復(fù)雜的運(yùn)算并容易添加新開發(fā)的功能,也就是說:不是面向網(wǎng)絡(luò)通信需要特殊設(shè)計(jì)的。處理路由轉(zhuǎn)發(fā)速度一般相對較慢，可擴(kuò)展性差，很難滿足網(wǎng)絡(luò)的需求。

嵌入式處理器階段

嵌入式微處理器與通用微處理器最大的不同就是嵌入式微處理器多數(shù)工作在設(shè)備制造商自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，是面向應(yīng)用的處理器。目前大多是針對專門的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行專門設(shè)計(jì)來滿足高性能、低成本和低功耗的要求。如：移動通信，PDA，游戲機(jī)，網(wǎng)絡(luò)通信，其它電子產(chǎn)品行業(yè)。

目前，嵌入式處理器主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、Motorola 68000、MIPS、ARM系列等。在32位嵌入式處理器市場主要有Motorola，ARM，MIPS，TI，Hitachi等公司, 有些生產(chǎn)通用微處理器的公司，象Intel、Sun和IBM等，也生產(chǎn)嵌入式的微處理器，但不是專業(yè)生產(chǎn)，人們更熟悉如INTEL的Pentium 。

第一代的路由器是基于嵌入式微處理器的嵌入式系統(tǒng)，有專門的電路、接口及操作系統(tǒng)，是一臺專門的設(shè)備，已經(jīng)不再是基于通用微處理器、通用接口、通用操作系統(tǒng)的PC了。Cisco2501路由器就是第一代路由器的典型代表，其CPU是MOTOROLA 68030 20MHz處理器，這個處理芯片相當(dāng)于INTEL早期的80386通用處理器。

目前，嵌入式微處理器大量應(yīng)用在各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商的中低端路由器產(chǎn)品中，不管是思科的通用路由器系列，還是小企業(yè)、家庭中用的寬帶路由器產(chǎn)品，都可以見到它們的身影。

ASIC（專用集成電路）處理器階段

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)速度比較慢時，嵌入式處理器的路由及轉(zhuǎn)發(fā)的處理速度完全趕得上數(shù)據(jù)流，后來，線路帶寬寬了，數(shù)據(jù)速率快了，嵌入式處理器的處理就不夠快了，設(shè)計(jì)者就轉(zhuǎn)向ASIC。ASIC是被廣泛應(yīng)用于性能敏感平臺的一種處理器技術(shù)。

在路由器發(fā)明、生產(chǎn)、應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)有了高速發(fā)展，但在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾时容^低，業(yè)務(wù)量比較少，這個時期的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般基于CPU（通用式或嵌入式），即通過在CPU上運(yùn)行相關(guān)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能。它具有很高的靈活性，可通過更新操作系統(tǒng)，就可以完善原有功能或加入新的功能和服務(wù)特性。但其缺點(diǎn)是處理速度慢、吞吐率低。但是這種性能在當(dāng)時那種低速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下是可以接受的，因?yàn)槁酚善鬓D(zhuǎn)發(fā)分組的速度完全可以跟上線路的傳輸速度。然而，隨著光纖等傳輸技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長速度逐漸超過了CPU處理能力的增長速度，這使得基于“CPU+操作系統(tǒng)”的路由器逐漸成了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。因此，需要想辦法提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開始采用ASIC技術(shù)。它通過把指令集或計(jì)算邏輯固化到芯片中，它把轉(zhuǎn)發(fā)過程的所有細(xì)節(jié)全部采用硬件方式來實(shí)現(xiàn)，因而可以獲得很高的處理速度，這就能夠很好地滿足對性能的要求，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增長的發(fā)展趨勢。

在高端路由器中，通常包轉(zhuǎn)發(fā)和查表由ASIC芯片完成，CPU也還存在，但只是實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議、計(jì)算路由以及分發(fā)路由表。由于技術(shù)的發(fā)展，路由器中許多工作都可以由硬件實(shí)現(xiàn)了。

網(wǎng)絡(luò)處理器階段

ASIC的優(yōu)點(diǎn)也是它的缺點(diǎn)，就是缺乏靈活性。一旦指令或計(jì)算邏輯固化到芯片硬件中，就很難修改升級，要增加新的功能或提高性能，就得重新設(shè)計(jì)芯片。另外，設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜的ASIC一般需要花費(fèi)周期長，研發(fā)費(fèi)用較高。除此之外，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大、新的業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也不僅僅是帶寬的不斷提高，而更多地表現(xiàn)為對“智能化處理”的要求，如服務(wù)質(zhì)量（QoS）、控制安全（Security）等服務(wù)都需要分類和深層數(shù)據(jù)處理（處理到第4層到第7層）。而這些服務(wù)功能既要求處理的高速度，又要求實(shí)現(xiàn)的靈活性，因此處理器需要能夠高速地、靈活地滿足各種服務(wù)和應(yīng)用的不同需求，這一點(diǎn)卻是ASIC技術(shù)也難以滿足的，這催生了新的處理器的出現(xiàn)，也就是“網(wǎng)絡(luò)處理器”。

網(wǎng)絡(luò)處理器是為優(yōu)化包處理而設(shè)計(jì)的，它將能把數(shù)據(jù)包以線速送到下一個節(jié)點(diǎn)，另外，如果需要新的功能或新的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備制造商能通過給網(wǎng)絡(luò)處理器編程來實(shí)現(xiàn)，以滿足各種新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

應(yīng)該說，網(wǎng)絡(luò)處理器較之ASIC最大的優(yōu)勢是靈活，開發(fā)周期相對較短。網(wǎng)絡(luò)處理器的性能相對于其它處理器有很大的提升，但是在高速數(shù)據(jù)包處理方面與ASIC仍有差距。 在路由器領(lǐng)域，處于中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)核心、電信網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器，采用NP已經(jīng)蔚然成風(fēng)。而在電信網(wǎng)絡(luò)核心主干以及國內(nèi)一些大型行業(yè)企業(yè)、機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中使用的核心路由器，究竟使用ASIC為主的體系結(jié)構(gòu)還是NP為主的體系結(jié)構(gòu)，尚有爭論。ASIC的體系結(jié)構(gòu)似乎更占上風(fēng)，但一切都有變數(shù)，也許最好的方式還是ASIC與NP的結(jié)合，取兩者之長來打造高速靈活的核心主干路由器。

總結(jié)

路由器處理器芯片除了通用處理器之外，其它的嵌入式處理器、ASIC處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器都有它們發(fā)展和用武之地。嵌入式處理器將更多地出現(xiàn)在低端的路由器產(chǎn)品中，如家用、SOHO級寬帶路由器、VPN防火墻網(wǎng)關(guān)；ASIC處理器與網(wǎng)絡(luò)處理器將更多地出現(xiàn)在中端、高端的企業(yè)級、電信級的路由路及交換機(jī)中。