第二代IP路由器架构：基于总线与多处理器的优化与挑战

"本文主要探讨了第二代基于总线和多处理器的IP路由器架构，该架构将包转发、路由缓存和包缓冲器分散到各个网络接口控制器（NIC）上，旨在减少总线复制次数、减轻CPU负载和缩短查表时间。然而，这种架构存在吞吐量依赖流量模式、主路由表可能成为瓶颈以及共享总线限制等问题。同时，文章提到了IP路由器的一般结构，包括路由处理、包转发和特殊服务，并强调路由表查找是性能的关键因素。路由器架构的发展经历了从软件到硬件的转变，以提高性能和处理能力。" 在IP路由器领域，第二代基于总线和多处理器的架构是一个重要的里程碑。这一设计策略将关键功能如包转发、路由缓存和包缓冲区分散到各个网络接口控制器（NIC），这样可以减少对总线的访问次数，从而减轻中央处理器（CPU）的工作负担。这样做还有助于减少查找路由表所需的时间，因为数据处理更接近数据源。然而，这种架构并非没有缺陷。它的吞吐量会受到流量模式的影响，特别是当路由缓存命中率不高时。此外，在高速运行情况下，主路由表可能会成为系统性能的瓶颈。共享总线仍然是限制整体性能的一个重要因素，因为它可能导致竞争和通信延迟。 IP路由器的一般结构包括三个主要部分：路由处理、包转发和特殊服务。路由处理涉及运行路由协议以了解网络拓扑，维护路由表；包转发则包括IP包的各种检查、目的地解析、头信息修改以及可能的分片操作；而特殊服务则涵盖了数据转换、封装、流量管理、认证和包过滤等非核心路由任务。 路由表查找是路由器性能的关键，早期的查找方法如Radix树配合路由缓存（通常为哈希表形式）被广泛采用。虽然路由缓存可以提高边缘路由器和企业内部路由器的效率，但在核心路由器中，由于遇到的大量目的地址可能导致缓存溢出或查找速度降低，其效果有限。基于软件的查找方法灵活但效率不高，而基于硬件的查找虽然能提供更快的速度，但牺牲了灵活性。 随着技术的发展，IP路由器的架构经历了从基于软件的解决方案向更高效硬件加速的转变。例如，文中提到的Cell Broadband Engine（CBE）等多核处理器架构，它们在网络处理方面展示了显著的性能提升，特别是在TCP/IP加速和并发队列优化方面。这些创新为解决传统路由器架构的局限性提供了新的途径，使得路由器能够更好地应对日益增长的网络流量和复杂的服务需求。