路由器体系结构的发展

第一代路由器：集中转发，总线交换

典型产品：华为Quidway R2500系列路由器。

最初的IP网络并不大，其网关所需要连接的设备及其需要处理的负载也很小。这个时候网关（路由器）基本上可以用一台计算机插多块网络接口卡的方式来实现。接口卡与中央处理器（CPU）之间通过内部总线相连，CPU负责所有事务处理，包括路由收集、转发处理、设备管理等。网络接口收到报文后通过内部总线传递给CPU，由CPU完成所有处理后从另一个网络接口传递出去。

第二代路由器：集中+分布转发，接口模块化，总线交换

典型产品：华为Quidway R3600系列路由器。

由于每一个报文都要经过总线送交CPU处理，随着网络用户的增多，网络流量的增大，接口数量、总线带宽和CPU的瓶颈就越来越突出。于是很自然地想到如何提高网络接口数量，如何把CPU和总线的负担降下来？为了解决这个问题，第二代路由器就在网络接口卡上进行一些智能化处理，由于网络用户通常只会访问少数的几个地方，因此可以考虑把少数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上，这样大多数报文就可以直接通过业务板Cache的路由表进行转发，以减少对总线和CPU的需求。对于Cache中不能找到的报文送交CPU处理。

第三代路由器：分布转发，总线交换

典型产品：华为Quidway NetEngine 16/08系列路由器。

90年代以后Web技术的出现，使IP网络得到迅猛的发展。网络用户的访问面得到很大的拓宽，用户访问的地方已不像以前那样固定，这样往往出现无法从Cache中找到路由的现象，于是总线和CPU瓶颈的问题再次出现。另外由于用户的增加，路由器的接口数量不足也暴露出来了。为了解决这个问题，第三代路由器应运而生。第三代路由器采用全分布式结构―路由与转发分离的技术，主控板负责整个设备的管理和路由的收集、计算功能，并把计算形成的转发表下发到各业务板；各业务板根据保存的路由转发表能够独立进行路由转发。另外总线技术也得到了较大的发展，通过总线、业务板之间的数据转发完全独立于主控板，实现了并行高速处理，使得路由器的处理性能成倍提高。

第四代路由器：ASIC分布转发，网络交换

典型产品：JuniperM40/160系列产品。

九十年代中后期，随着IP网络的商业化，Web技术出现以后，Internet技术得到空前的发展，Internet用户迅猛增加。网络流量特别是核心网络的流量以指数级增长，传统的基于软件的IP路由器已经无法满足网络发展的需要。以常见的主干节点2.5G POS端口为例，按照IP最小报文40字节计算，2.5G POS端口线速的流量约为6.5Mpps。而且报文处理中需要包含诸如QoS保证、路由查找、二层帧头的剥离/添加等复杂操作，以传统的做法是不可能实现的。于是一些厂商提出了ASIC实现方式，它把转发过程的所有细节全部采用硬件方式来实现。另外在交换网上采用了CrossBar或共享内存的方式解决了内部交换的问题。这样，路由器的性能达到千兆比特，即早期的千兆交换式路由器（Gigabit Switch Router，GSR）。

第五代路由器技术：网络处理器分布转发，网络交换

典型产品：华为Quidway NetEngine 80/40系列产品。

从上面的发展过程我们可以看到，每一次的技术进步都是因为随着业务发展而出现了新的需求。不过在前互联网络泡沫时代，主要的矛盾集中在路由器的转发性能上，所以前四代的路由器的最大进步在于速度。但是在宽带互联网一路高歌迅速发展的同时，作为其基础的IP网络技术的缺陷也就越来越充分地暴露出来。网络无管理无法运营的问题、IP地址缺乏问题、IP业务服务质量问题、IP安全等问题都在严重阻碍网络进一步发展。随着宽带互联网泡沫的破灭，人们进行了深刻的反省―业务才是网络的真正价值所在，一切的技术要求都应围绕着业务来进行。各种新技术也纷纷出现，比如网络管理技术、用户管理技术、业务管理技术、MPLS技术，VPN技术，可控组播技术、IP-QoS技术，流量工程技术等。