[发明专利]一种多业务路由器

说明书

技术领域

本发明涉及通信网络的路由器设计，更确切地说，涉及一种能支持多种数据和网络类型的多业务路由器。

背景技术

在传统的计算机网络的报文分组交换系统中，路由选择是指选择一条路径，并在这条路径上发送报文分组的过程，而路由器则是指完成这种选择的任何计算机或具相应功能的装置。路由器涉及OSI参考模型的网络层，它是面向协议的，依据网络地址进行操作，并需进行路径选择、分段、帧格式转换、对数据报的生存时间和流量进行控制等。

传统的分组路由器架构总体上分为两大类：集总式和交换式，其均是基于数据分组的路由(Packet Routing)和转发(Packet Forwarding)策略。

图1所示为一个典型的集中式路由器具体架构，其中管理控制、路由控制和转发引擎都由CPU来完成，接口卡通过总线方式和CPU连接。输入端口通过总线把数据分组发送到转发引擎，转发引擎再确定数据分组该发往哪个输出端口。转发引擎的唯一任务是处理数据报头。所有其它的任务如处理路由协议、资源预留、对需要进一步操作的数据包的处理，以及其它的管理和维护操作都由路由控制和管理控制操作。通常低端路由器用这种设计技术实现。

图2所示为一个典型的交换式路由器具体架构，其中管理控制、路由控制和转发引擎都集成到接口卡中，接口卡多采用NP(Network Processor，网络处理器)或ASIC(Application Specific Integrated Chip，特定用途集成电路)的方式，多个接口卡通过交换结构相互连接。接口卡是数据进出路由器的端口，它们提供了从物理层和更高层到交换结构的接口。随着新应用的发展和协议的进化，接口卡的任务变得越来越复杂。大多数高端路由器都使用这种设计架构。

上述两种架构的区别在于交换式路由器的转发引擎的功能以分布的方式集成到接口卡中，多个接口卡是通过交换网相互连接。转发表从路由控制器下载，路由控制器负责维护路由表和根据路由协议如OSPF和BGP更新路由表。

图3展示了传统的分组路由器(Packet Router)的处理流程，这种类型的路由器将数据分组共同放入一个输出队列中，对数据、语音、视频的流量处理一视同仁不加区分，当队列较长时，可能会造成0.1秒延迟或更长。

所述集中式路由构架至少存在如下缺点：

1.CPU和总线始终是系统的瓶颈；

2.一颗通用的CPU和一套通用的路由和转发策略显然无法满足数据类型和接口卡的多样化；

交换式路由器虽然解决的集中式路由器的缺点，提高了系统的性能，增加了对接口卡类型的支持，但在所述交换式路由构架至少存在如下缺点：

1.每一种数据类型的接口卡都需要特定的ASIC或者特定的基于NP路由、转发算法，这样无疑增加了开发的难度和产品的成本；

2.随着互联网的快速发展，越来越多的新数据类型出现，开发特定的ASIC或算法无法跟上互联网的发展速度。

并且，随着通信手段的日益繁多，企业内部的通信网络类型并不仅有用于数据通信的Internet(互联网)、LAN(局域网)，还包括用于语音通信的电话网，以及各种无线通信网络，而目前各种不同的网络大多均使用各自的一套通信设备，例如数据通信由路由器和交换机负责，语音通信由程控交换机(PBX)负责，两套设备缺一不可。企业的数据网络和语音网络也是相互独立的两套系统，数据网络由4芯的双绞线构成，语音网络由2芯的模拟电话线构成，两套系统不能相互通信。员工的数据业务和语音业务功能在使用上也采用不同的方式，例如员工要发e-mail(电子邮件)需使用个人电脑，打电话需使用模拟电话机，发传真则必须先打印出文档再使用传真机，业务上无法统一。而现有的其它通信方式如视频电话、无线移动通信，以及未来可能出现的多种业务将需要更多的分立通信系统，这将使中小型的公司不堪重负而使大型公司不胜其烦。

这种设备的独立、网络的分割和业务上的分离给企业和员工带来很多问题：

1.建设成本高。由于数据设备和语音设备是独立的，数据网络和语音网络也是分割的，所以企业必须支付两套设备的成本，并组建两套网络系统；

2.维护成本高。一个是基于IP的数据网络，一个是基于TDM的模拟语音网络，两者技术上有很大的不同，而且多数的企业都没有配备专业的网络维护人员，网络的维护必须外包给其他公司，这给企业带来很多不便和很高的维护成本；

3.生产效率低。