賀東

摘要:路由技術(shù)為計(jì)算機(jī)之間的通信選擇路徑,路由器隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及越來越重要,使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)量較多的主機(jī)組成的龐大網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)有序的整體。文章主要介紹了路由器概況、集中式路由器、分布式路由器、從可靠性、可擴(kuò)展性和部署代價(jià)等方面對這兩種路由器做了對比。

關(guān)鍵詞:路由器集中式控制技術(shù)分布式控制技術(shù)

中圖分類號(hào):TN93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(c)-0026-01

1 引言

近年來,隨著光傳輸技術(shù)的快速發(fā)展和核心路由表的快速增長,對路由器性能提出了更高的需求,互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展要求路由器隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和流量增長不斷擴(kuò)展自身性能。目前,路由器的使用較多的集中在集中式控制,由于路由器控制平面只有一個(gè)控制單元處理控制任務(wù),數(shù)據(jù)平面規(guī)模擴(kuò)展將增加控制平面的負(fù)載,容易造成控制單元過載。為了能夠有效解決集中式路由器控制平面面臨的問題,一些學(xué)者提出了路由器分布式控制方案。本文主要介紹了路由器概況、集中式路由器、分布式路由器、同時(shí)從可靠性、可擴(kuò)展性和部署代價(jià)等方面對這兩種路由器做了對比,以便更好的了解路由器集中式控制與分布式控制的特點(diǎn)。

2 路由器

2.1 路由器的主要功能

路由器主要用于OSI七層協(xié)議的第三層,被用來接收來自一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包,依照其中所包含的目的地址,確定轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)目的地址。所以,路由器需要先在轉(zhuǎn)發(fā)路由表中查找到目的地址,如果找到了目的地址,可在數(shù)據(jù)包的幀格前添加下一個(gè)MAC地址,與此同時(shí)IP數(shù)據(jù)包頭的TTL域也開始減數(shù),并計(jì)算新的校驗(yàn)名。當(dāng)數(shù)據(jù)包被送到輸出端口時(shí),它需要按順序等待,以便于被傳送到輸出鏈路上。也可以描述為在網(wǎng)絡(luò)間截獲發(fā)送到遠(yuǎn)地網(wǎng)絡(luò)段的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文,同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)出去?？梢詾椴煌W(wǎng)絡(luò)之間的用戶提供合理的通信途徑。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)是維護(hù)路由表、并與其它路由器交換路由信息,路由器還可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)報(bào)的過濾和記帳。利用網(wǎng)際協(xié)議,能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)管理員提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)信息和工作情況,以便對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)的管理。

2.2 路由器的優(yōu)缺點(diǎn)

具有較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、負(fù)載共享和最優(yōu)路徑;節(jié)約局域網(wǎng)的頻寬;適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò);可以較好地處理多媒體數(shù)據(jù);安全性不低;可濾除多余的通信量;減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)等等是路由器的優(yōu)點(diǎn)。但是,路由器不支持非路由協(xié)議、其安裝較為復(fù)雜、購買價(jià)位較高。

2.3 路由器的工作原理

當(dāng)路由器收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)時(shí),路由器便要決定是直接轉(zhuǎn)發(fā)給與自己相連的網(wǎng)絡(luò)還是發(fā)往另一個(gè)路由器,或者丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層的源和目的地址信息來確定信息發(fā)往哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò),如果源和目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中則送到該網(wǎng)絡(luò)的指定主機(jī)。一個(gè)信息包到達(dá)路由器后先進(jìn)入隊(duì)列,然后路由器依次進(jìn)行如下處理:提取信息包的目的地址,查看路由表,如果到達(dá)目的地的路徑不止一個(gè),則選擇一條最佳路徑。另外,路由器在進(jìn)行選擇時(shí)還綜合了互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、延時(shí)、數(shù)據(jù)報(bào)長度、數(shù)據(jù)報(bào)頭中規(guī)定的服務(wù)類型等因素來選擇出最優(yōu)路徑。

3 路由器集中控制技術(shù)

3.1 路由器集中控制技術(shù)

集中式路由器的控制平面僅設(shè)置唯一的一個(gè)控制單元,有專用的內(nèi)部通信協(xié)議。

3.2 路由器集中控制面臨的主要問題

3.2.1 性能瓶頸

按照當(dāng)今因特網(wǎng)的發(fā)展速度和硬件技術(shù)的發(fā)展速度,單一控制單元的集中式控制平面已經(jīng)不能夠滿足因特網(wǎng)快速發(fā)展的需求。這是因?yàn)榧惺铰酚善骺刂破矫鎯H存在一個(gè)控制單元處理協(xié)議分組,這就是所謂的路由器性能瓶頸。據(jù)研究,大約有一半的網(wǎng)絡(luò)故障大概是由路由器控制平面過載丟失消息導(dǎo)致的。

3.2.2 單點(diǎn)失效

單點(diǎn)失效產(chǎn)生的原因是,目前路由協(xié)議主要運(yùn)行在主控制單元上,由于硬件或軟件局部功能失效或代碼錯(cuò)誤非常容易引起整個(gè)協(xié)議失效,這就是所謂的單點(diǎn)失效。即使目前的路由器控制平面使用主、從備份方式,但是由于主、從備份的失效恢復(fù)速度卻很慢,危害到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可用性。當(dāng)前,為了提高網(wǎng)絡(luò)可用性,可以通過向網(wǎng)絡(luò)中增加路由器和運(yùn)行虛擬路由器冗余協(xié)議實(shí)現(xiàn)冗余備份。但是在一定程度上卻提高了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本,使網(wǎng)絡(luò)連接的復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)管理的難度大大提高。

3.2.3 可擴(kuò)展性差

集中式路由器的可擴(kuò)展性較差,原因在于當(dāng)前各路由器生產(chǎn)廠家使用的技術(shù)均是自己的私有技術(shù),并且各自設(shè)計(jì)自己專用的路由器部件、路由器接口與路由器通信協(xié)議。由于市面上的路由器由不同廠家生產(chǎn),這些路由器部件與部件之間無法相互通信與相互互換。所以,在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中,集中式路由器僅僅做為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互連接,卻很難通過相互連接擴(kuò)展為一臺(tái)性能更高與功能更多的路由器。總之,路由器生產(chǎn)技術(shù)的封閉私有性和集中控制性導(dǎo)致了路由器的可擴(kuò)展性很差。

4 路由器分布式控制技術(shù)

4.1 路由器分布式控制技術(shù)

在分布式路由器中主要利用了客戶端/服務(wù)器模式、多層、服務(wù)器集群等高科技手段,與集中式路由器不同,分布式路由器的控制平面設(shè)置了多個(gè)控制單元,這些控制單元分布式連接,在物理形式上構(gòu)成了一個(gè)整體,在分布式路由器中,路由器的協(xié)議和算法也是分布式的。路由器分布式控制平面一般包括集群路由器和轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離兩類結(jié)構(gòu)。目前,分布式控制路由使用的越來越廣泛。

4.2 路由器集中式控制與分布式控制比較

為了更好的了解路由器集中式控制與分布式控制的特點(diǎn),從可擴(kuò)展性、可靠性和部署代價(jià)等方面對集中式路由器和分布式路由器做了對比。在可擴(kuò)展性方面,集中式路由器需要軟硬件升級(jí)才能擴(kuò)展,但是分布式路由器可靈活的擴(kuò)展控制平面功能和性能;在可靠性方面,集中式路由器單點(diǎn)失效就會(huì)嚴(yán)重影響路由器的可靠性,但是分布式路由器多實(shí)例并行和冗余備份提高了可靠性,控制單元之間和控制單元與轉(zhuǎn)發(fā)單元之間分擔(dān)負(fù)載,可克服單一硬件的性能瓶頸,減輕控制單元過載,在一定程度上也可以提高路由器的可靠性;在部署代價(jià)方面,集中式路由器代價(jià)較低,分布式控代價(jià)較高。此外,對于分布式路由器,硬件分布式互連和軟件功能分布式、模塊化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)不中斷服務(wù)升級(jí),提高路由器的可用性;分布式路由器減輕了硬件或軟件故障引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)震蕩;信令功能分布在轉(zhuǎn)發(fā)單元和并行處理減短了信令消息排隊(duì)時(shí)間。集中式路由器的內(nèi)部通信協(xié)議專有,而分布式路由器的內(nèi)部通信協(xié)議較為開放。但是與集中式控制相比,分布式控制存在內(nèi)部通信開銷大和能耗高、管理和維護(hù)復(fù)雜等不足。

5 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及,網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜、包含的主機(jī)數(shù)量可以說以百萬計(jì)至億計(jì)。路由器技術(shù)可以用來為計(jì)算機(jī)之間的通信選擇合理的路徑,因此,路由器的應(yīng)用可以使龐大的網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)有序的整體。

參考文獻(xiàn)

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