基本介紹
- 中文名：高端路由器
- 定義：交換能力大於40Gbits的路由器
- 類型：路由器
- 交換容量：64 G/ 128 G或以上
基本內容,供電系統,市場現狀,測試分類,
基本內容
高端路由器是指在Internet骨幹網核心使用、性能優良、具有高密度高速連線埠和巨大交換容量的新一代路由器產品.通常將背板交換能力大於40Gbits的路由器稱為高端路由器,背板交換能力40Gbits以下的路由器稱為中低端路由器.以市場占有率最大的Cisco公司為例,12000系列為高端路由器,7500以下系列路由器為中低端路由器。
高端IPv6 路由器可提供高速交換式背板,無阻塞交換容量達到64 G/ 128 G或以上; 提供10 G/ 2. 5 GPOS10 GE、155/ 622 M POS 等豐富的接口類型;符合IPv6 相關的RFC標準規範;具備基於IPv4/ IPv6 的線速包轉發和包處理能力;模組化軟體體系結構,多處理器分散式通信機制;分散式SNMP設計;組網靈活,體系支持MPLS、RPR、MSR;高可靠性措施(關鍵部件UPC、SFC、電源等冗餘配置) 。
供電系統
高端路由器在結構上一般設計成機櫃形式，用背板進行信號轉接，從而將十幾塊到幾十塊具有不同功能的外掛程式卡聯繫在一起，來完成各種通訊功能。針對這種機械結構，供電系統一般採用48V母線分散式供電結構，先將交流220V轉換成直流48V，然後利用DC/DC轉換器將48V轉換成各外掛程式卡所需的各種工作電壓如5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.5V等。所有DC/DC轉換器均與負載設計在一塊印製板上或放置在距離負載板非常近的地方，再通過導線連線到負載板上。
這種供電方式的優點為：採用48V電壓傳送直流電流，母線上電流很小，容易實現外掛程式熱插拔，提高系統的可維修性；直流地線與能量輸送線相互獨立，直流地線上沒有大電流通過，有效地減少了系統地線電位差，有利於提高全系統供電的一致性及減少共模傳導干擾；電源的穩壓輸出端非常靠近負載，能獲得很高的供電質量。
在分散式供電系統設計中，板上DC/DC轉換器的選擇和設計是最關鍵的問題。每塊負載板都需求多種電源，且各種電源的電流要求大不一樣。因此，如何確定DC/DC轉換器的形式成為設計中最為重要的問題。近年來，電源器件發展相當迅速，各種隔離型轉換器、非隔離型轉換器、負載點轉換器(POL)、VRM、LDO不斷推出，為分散式供電系統的普及和發展提供了充足的條件。
市場現狀
高端路由器是Internet骨幹網建設的核心設備。相對中低端傳統路由器而言，高端路由器是可運營的電信級路由器設備，高可靠性、高擴展性和高性能的“三高”特性是其關鍵屬性。由於能有效拓寬Internet骨幹網原始頻寬，消除網路節點的頻寬瓶頸，解決Internet骨幹網日益面臨的流量壓力，新一代高端路由器正成為電信運營商核心網路建設的新寵。隨著寬頻網路建設和行業信息化出現高潮，高端路由器正在逐步拓廣其套用場合，除Internet骨幹網路等高端路由器傳統套用領域外，高端路由器套用場合正向運營商城域網路、行業專網、企業網路、校園網等領域滲透。
測試分類
(一)高端路由器測試分類
當前路由器分類方法各異。各種分類方法有一定的關聯，但是並不完全一致。通常可以按照路由器能力分類、結構分類、網路中位置分類、功能分類和性能分類等方法。在路由器標準制定中主要按照能力分類，按能力分為高端路由器測試和低端路由器。背板交換能力大於20Gbit/s，吞吐量大於20Mbit/s的路由器稱為高端路由器。交換能力在上述數據以下的路由器成為低端路由器。與此對應，路由器測試規範分為高端路由器測試規範和低端路由器測試規範。
(二)測試目的及內容
通過測試路由器，可以了解到哪些路由器能提供最好的性能、路由器在不同負載下的行為、模型化網路使用路由器的設計參數、路由器能否處理突發流量、路由器的性能限制、路由器能否提供不同服務質量、路由器不同體系結構對功能和性能的影響、高端路由器測試的功能特性和性能指標、路由器的使用是否影響網路安全、路由器協定實現的一致性以及路由器可靠性和路由器產品的優勢和劣勢等內容。低端路由器設備測試主要包括：常規測試，即電氣安全性測試;環境測試，包括高低溫、濕度測試和高低溫存儲測試;物理接口測試，測試低端路由器可能擁有接口的電氣和物理測性;協定一致性測試，測試協定實現的一致性;性能測試，測試路由器的主要性能;管理測試，主要高端路由器測試對無大項網管功能的支持。
高端路由器測試主要包括：接口測試，高端路由器測試可能擁有的接口測試;ATM協定測試，測試ATM協定要求;PPP協定測試，測試PPP協定的一致性;IP協定測試，測試IP協定一致性;路由協定測試，測試路由協定一致性;網管功能測試，驗證測試網關功能;性能和QoS測試，高端路由器測試性能和QoS能力驗證;網路同步測試，測試設備同步定時能力;可靠性測試，驗證設備可靠性;供電測試，測試整機功耗等內容;環境測試，包括高低溫、濕度測試和高低溫存儲測試。
上述兩個測試規範由於起草單位以及起草時間不同，組織安排有所不同。除上述測試外，建議在測試中考慮下面所列測試項目。(1)功能測試：主要來驗證產品是否具備了設計的每一項功能。(2)穩定性和可靠性測試：一般採取加重負載的辦法來評估和分析設備在長時間、高負載的情況下的運行能力。(3)互操作性測試：不同的網路產品之間必須能夠互操作。互操作性測試考察一個網路產品是否能在一個由不同廠家的多種網路產品互連的網路環境中很好地工作，如驗證路由器與Cisco產品的互操作，交換機與Cisco、3Com、Lucent、Intel等的互操作等。
發展趨勢
自世界上第一台千兆比路由交換器（GSR）在思科誕生以來，整個電信網路體系的核心業務節點開始發生根本性的變革。適應IP業務指數式爆炸性增長的趨勢，幾年來，高端路由器逐漸已經成為IP網路流量的中心，為支撐網際網路的發展發揮出不可替代的關鍵作用。
目前，高端路由器是一種高技術含量的產品，用量不大，但對製造商的要求極為苛刻，因此市場門檻很高。儘管這一領域的競爭比較激烈，但思科依然保持了絕對的市場優勢。總體看來，高端路由器作為一個比較特殊的領域，其市場發展的趨勢主要有以下幾個特點。
首先，高端路由器在網上具有核心地位，因此不僅要求其本身的處理能力強，更要求它具有良好的成熟性和互聯互通性。電信是一個比較看重“經驗”的市場，因此一個產品，尤其是骨幹網產品，如果不具備大規模套用的基礎，那么是很難被市場接受的。思科公司在與運營商、集成商、分銷商甚至培訓公司的多年合作中，準確把握住了電信業的需求，並且從建立了一個良好的套用價值鏈體系，從產品研發、市場銷售、安裝調試、實際運營乃至技術培訓，各個環節都非常完善，創建了一個真正“多贏”的環境。
當前的電信運營業還有一個重要趨勢，就是企業套用向廣域擴展，電信業務向企業深層滲透，所以骨幹網路由器如果能夠與企業級IP設備無縫連線，效果會更佳。思科公司具有多年的企業網建設經驗，深刻了解企業網的特點，這對於高端路由器的開發與部署大有裨益。
電信級的可靠性是運營商永恆的要求。思科的新型GSR引入了先進的冗餘備份方案，例如交換矩陣“1+1”備份，接口板“1：N”備份，從而確保了網路無中斷運行。其POS板採用APS自動保護切換方式，避免因為單點故障造成網路癱瘓。在電信級IP網路實際運行中，設備的調整是不可避免的。思科的所有接口板都具有熱插拔功能，因為有冗餘備份方案，又採用快速電子開關，因此熱插拔不會造成數據包丟失。但是如果採用高速快取的方式，就無法保證數據安全轉發，給維護工作帶來麻煩。例如，A接口板的包可能因為網路擁塞放在B接口板上備份，一旦對B板進行熱插拔，數據包就會出現丟失。
作業系統是高端路由器的軟體核心，主要實現路由引擎功能。思科公司的IOS作業系統是經過多年實際套用的成熟軟體，其面向服務供應商專用的12.1版中包含經過測試的強韌的IP路由選擇實施方案，用於擴展大型IP骨幹網。由於在電信網路套用多年，該系統在穩定性方面具有獨特的優勢，支持的路由協定也是最為全面的。更為重要的是，當網路出現故障時，該系統的路由“學習”能力很強，可以在很短的時間內建立最優的路由表，便於最大限度地縮短故障時間，恢復運營服務。由於在各種路由器中均採用了統一的IOS作業系統，運營商的維護和培訓工作便得到大大簡化，降低了運營成本。
其次，高端路由器要在保持高速率的基礎上，向最佳化的體系發展，這樣才能夠保證數據在轉發過程中不會出現瓶頸。思科公司率先推出了10Gbps POS卡，目前在各大電信運營商中已經得到了廣泛套用，並開始著手開發40Gbps的板卡。其最新的產品的交換容量可以擴展到320Gbps，從而適應網上數據海量擴展的需求。
新一代高端路由器引入了完全的分散式路由交換體系，能夠以千兆比特的速度提供第3層路由選擇功能。其交換矩陣採用快速的電子開關，這比高速快取的方式具有不可比擬的優勢。因為對於後者來說，數據進出速度受到存取速度的影響，在低於10Gbps時還不明顯，一旦高於10Gbps處理起來便非常吃力，出現致命的延遲。此外，在接口板和中央處理器之間，新一代高端路由器往往採用了10Gbps的通道，這樣便可以充分保證數據的線速轉發。而如果採用4個2.5Gbps通道拼接的方式，不僅降低了效率，而且還容易因為次序錯亂導致數據錯誤，例如在傳輸動態圖像時可能出現動作次序的滑稽現象。
在接口卡方面，如何處理小IP包是非常關鍵的一環。因為對於VoIP這樣數據量小、時延要求苛刻的套用來說，這一點極為重要。思科的接口卡採用了40位元組吞吐量的設計，實現完全線速傳輸，比一般的路由器的效率高出60%。由此避免了VoIP套用中因丟包而造成質量下降。
再者，在新的階段，作為網際網路的核心動力引擎，電信運營商不僅對高端路由器的處理速度不斷提出新的要求，尤為重要的是，他們開始越來越關注其業務功能。運營商不僅需要構建速度快的網路，更需要可盈利、利於開展業務的核心網。作為全球最大的網際網路設備供應商，思科公司在這一領域積累了豐富的經驗，一直引領著技術發展潮流。業務實現技術是高端路由器能否符合電信企業實際運營要求的關鍵，這既包括豐富的連線連線埠技術，又包括對增值服務的支持功能。由於運營商的網路基礎不同，套用場合也千差萬別，因此要求高端路由器有強大的適應性和靈活性。思科的高端路由器具有對各種速率線路卡的支持能力，從DS3直到10Gbps，並且支持快速乙太網/千兆比乙太網、動態分組傳輸、ATM等技術。它採用的高密度方案能夠集合大量業務，包括基於ATM的話音業務、DSL高速接入、專線集合和網際網路服務供應商集合；並可以套用在廣域網骨幹、城域網骨幹、城域網邊緣、園區網骨幹等多種網路環境。
此外，在增值業務方面，業務流量管理和VPN等功能的引入使服務供應商和企業可以增強其服務能力。特別值得一提的是，其MPLS功能在IP網路上實現了面向連線的模式，使供應商在向IP演進過程中仍可支持傳統的業務，如幀中繼。網路核心中的GSR可以充當MPLS節點，根據MPLS報頭中含的標籤處理數據包，部署在MPLS核心與IP、幀中繼或ATM網路之間的網路接口邊緣上的GSR，執行增值功能。這種功能允許服務供應商部署基於IP協定的網路，並繼續支持基於幀的業務。另一個主要的MPLS特性是基於路由預留特性的業務量管理，這種特性允許服務供應商和企業網路最佳化其網路中所有鏈路上的業務流。在用於企業網路骨幹時，思科的GSR支持的特性包括線速CoS實施、組播業務最佳化、低時延企業話音業務等。
指標參數
典型的高端路由器指標描述如下：
1.可靠性與可用性：無故障連續時間大於100000h；系統故障恢復時間小於30min；主備用系統切換時間小於50ms；SDH接口自動保護時間小於50ms。
