随着互联网流量的迅速增长，现有路由器很快将无法满足网络的交换和路由需
求。为此，要进一步提高路由器的性能，Ｔ比特交换路由器将成为互联网骨干网不可缺
少的设备。

相对于以往路由器而言，Ｔ比特交换路由器的设计在一系列关键技术上均取得了重大突
破，主要包括以下几个方面。

超大容量高速交换网络

交换结构是网络交换设备的重要组成部分，它直接决定路由器和交换机的性能。高性能
交换结构的设计对网络核心交换设备的研制十分关键。交换网络一般分为单级Ｃｒｏｓ
ｓｂａｒ和多级交换网络两类。按照输入输出端口连接关系，多级交换网络又可分为动
态多级互联网络和静态多级互联网络，以下简称为动态网络和静态网络。多级网络优于
Ｃｒｏｓｓｂａｒ、静态网络优于动态网络、Ｋ元ｎ方优于胖树（胖树和Ｋ元ｎ方网络
是典型的静态互联网络拓扑）。

与多级互联网络相比，Ｃｒｏｓｓｂａｒ的可扩展性较差。主要因为考虑到随着端口数
目和端口速率的增加，实现Ｃｒｏｓｓｂａｒ的集中调度越来越困难。此外，由于受芯
片内部逻辑和引脚数量的限制，构建大规模的Ｃｒｏｓｓｂａｒ交换阵列也比较困难。
因此从可扩展性方面考虑，Ｔ比特交换须选择多级交换网络。

高速接口技术

高速转发引擎是实现高端路由器的关键技术之一。高速转发引擎要在极短的时间内完成
ＩＰ报文的完整性检查、校验和计算，由查表决定下一跳ＩＰ地址和交换端口号、包分
类和过滤规则检查等工作。其中查表是耗时较多的操作。衡量线路接口卡性能的一个指
标是端口包转发率（转包率），转包率表示单位时间内在不丢包的情况下，线路卡所处
理的最多ＩＰ包数。

目前１０ＧｂｐｓＰＯＳ接口大都采用光互联论坛（ＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｎｅｔ
ｗｏｒｋｉｎｇＦｏｒｕｍ）提出的ＶＳＲ技术，ＶＳＲ技术使用１２根８５０ｎｍ多
模光纤，由ＶＣＳＥＬ激光发射阵列并行传输１２个１．２５Ｇｂｐｓ光通道。ＶＳＲ
不但充分使用目前成熟的技术，降低成本，而且还具有传输距离长、误码率低的优点。
ＶＳＲ技术可用于背板互联等。如果路由器端口之间最大速率为１０Ｇｂｐｓ，为了获
得大于１０Ｇｂｐｓ的连接，可将Ｎ个物理上独立的ＯＣ－１９２ｃ接口在逻辑上聚合
成一个Ｎ×ＯＣ－１９２ｃ接口，这就是虚拟高速接口或组合链路（Ｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｅＬｉｎｋｓ）技术。

核心软件

Ｔ比特路由器结构的分布性不但体现在单机柜主控模块与接口模块的关系上，多机柜互
联更增加了路由器结构的分布性，从而使其软件体系结构的设计变得复杂而专用。软件
的体系结构对Ｔ比特路由器控制平面的性能以及软件系统的可靠性至关重要。核心软件
主要包括分布式实时操作系统和各种网络协议（包括路由协议）。

分布式实时操作系统是路由器软件体系结构的核心，它向下负责管理整个路由器的分布
式硬件体系结构，向上提供应用编程接口（ＡＰＩ），为整个路由器软件体系结构的构
造提供基础。分布式实时操作系统的性能直接影响整个路由器的性能。

多处理机节点间的通信协议需要一种快速的低开销的消息传送机制，为节点之间的通信
提供低延迟、高带宽、高可靠的通信模式，达到改善系统性能的目的。而多处理机节点
间的状态维护协议，保持多节点之间的同步以及系统对外的统一视图。

协议的分布并行实现分为集中并行和分布并行。集中并行的实现要求整个路由器只有一
个中心控制单元，所有的路由协议都在中心控制单元上运行，该控制单元可能采用多处
理器结构，并行处理对路由协议软件是透明的，需要并行编译系统的支持。分布并行指
的是在多个机柜各自的控制单元上同时运行，根据一定的策略选择一个控制单元为主控
制单元，如果主控制单元出现故障选择主备份控制单元为主控制单元。如果所有控制单
元都具有全局映像，与其交互路由信息的外部路由器集合完全一致，那么这种并行实际
上只是一种可靠性措施。软件的可靠性主要包括软件代码的可靠性、主备切换、ｉｎ－
ｓｅｒｖｉｃｅ升级、任务保护（如果不采用保护模式的内存管理，一次错误的指针引
用可能导致整个系统代码集的崩溃）。

高性能芯片和网络处理器技术

依靠芯片性能提高和并行处理技术，在数据路径上采用ＡＳＩＣ（应用专用集成电路）
芯片，满足高速端口的线速要求。网络处理器（ＮＰＵ，ＮｅｔｗｏｒｋＰｒｏｃｅｓ
ｓｏｒＵｎｉｔ）采用设计良好的体系结构和专门针对网络处理优化的部件，它的设计
充分结合了网络环境中数据流的特点，具有ＡＳＩＣ高速处理性能，同时又有可编程特
性，因此既能保证系统灵活性，又能实现线速处理数据包所要求的高性能硬件功能。网
络处理器并不能简单应用于Ｔ比特路由器中，要发挥它强大的功能，要对任务进行精细
分解并实现并行处理。此外，其开发工具及标准库还有待进一步完善。

路由查找与其它流量管理技术

报文分类、路由查找技术。采用ＣＡＭ具有特色的ＩＰ路由查找实现方法，空间复杂度
小，为Ｏ（Ｎ），Ｎ是路由前缀个数。以最长前缀匹配原则在一个时钟周期内完成一次
路由表的查找。查找速率每秒５０Ｍ，完全满足ＯＣ－１９２的线卡要求（６４字节包
速度为１９Ｍ／ｓ）。５１２ｋ路由表项，可扩充到２Ｍ。

缓冲区管理、报文调度技术。基于ＤｉｆｆＳｅｒｖ（区分服务）模型，研究高效的缓
冲区管理技术，研究在大规模骨干网上具有良好扩展性的报文调度算法。这种算法不但
可保证关键的服务质量参数，还应有利于网络资源的优化和利用率的提高。

高速大容量ＩＰ报文存储管理技术，仅就ＯＣ－１９２接口来讲，在短包（４０字节）
情况下每秒钟到达约２４００万个包。如何实施有效的存储管理将是一个值得深入研究
的问题。

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