SJYF-CT0104-C1路由器工作原理.ppt

路由器工作原理 V1 0数据用服部 学习目标 熟悉路由器的工作原理了解路由器的性能指标和关键技术掌握IP报文在路由器中的转发 学习内容 第一章路由器基本原理第二章路由器体系结构第三章路由器性能指标和关键技术第四章IP报文在路由器中的转发 学习内容 第一章路由器基本原理 什么是路由器 路由器是一种用于网络互连的专用设备 在网络建设中具有不可代替的作用 路由器工作在OSI参考模型的第三层 网络层 它的主要作用是为收到的报文寻找正确的路径 并把它们转发出去 路由器的三大功能 存储功能存储接口进来的数据报文 如MAC帧 SDH帧 语音压缩报文等 处理功能对数据报文进行处理 如IP头校验 IP选项处理 转发寻址 TTL处理 上层协议处理等 转发功能处理完成的数据报文从接口转发出去 数据报文分段 链路层地址映射 物理地址映射等 路由器的常见实现方式 传统计算机结构方式所有数据报文的处理由单CPU系统完成 优点实现简单灵活 成本低 缺点转发性能差 可靠性要求不高 ZXR10GAR ZXR1018 28 38采用这种方式 并行处理器结构方式每个线卡上都有独立的NP和CPU进行数据报文处理 优点转发性能高 可靠性高 缺点成本高 实现复杂 ZXR10GER T64 T128 T600 T1200采用这种方式 ASIC处理结构方式每个线卡上都有独立的ASIC芯片和CPU进行数据报文处理 优点转发功能由硬件完成 转发性能极高 可靠性高 缺点成本极高 灵活性不够 实现很复杂 目前自研的路由器还没有采用这种方式 路由器工作原理 路由器中分组数据报文的处理路径 路由器提供了两种不同的报文处理路径 数据路径 处理目的地址不是本路由器而需要转发的报文 因此数据路径是整个路由器的关键路径 它的实现好坏直接影响着路由器的整体性能 控制路径 处理目的地址是本路由器的高层协议报文 特别是各种路由协议报文 虽然控制路径不是路由器的关键路径 但是它负责完成路由信息的交互 从而保证了数据路径上的报文沿着最优的路径转发 学习内容 第二章路由器体系结构 路由器体系结构的发展历史 上 路由器体系结构的发展历史 下 中高端路由器通用硬件体系结构 中高端路由器通用软件体系结构 ZXR10高端路由器硬件体系结构 转发引擎和路由引擎分开路由计算和网络管理物理分离采用网络处理器技术 辅助FPGA实现快速路由表查找和转发采用高速空分交换技术 无阻塞交换采用固定分级的路由表查找技术 ZXR10中端路由器硬件体系结构 ZXR10中高端路由器软件体系结构 分布式的软件构架 是一个技术门槛 转发流程功能框图 报文转发路径示意图 ZXR10低端路由器硬件体系结构 ZXR10低端路由器软件体系结构 学习内容 第三章路由器性能指标和关键技术 几个重要的路由器性能指标 1 背板容量背板能力是路由器的内部实现 背板能力能够体现在路由器吞吐量上 背板能力通常大于依据吞吐量和测试包长所计算的值 但是背板能力只能在设计中体现 一般无法测试 全双工限速转发能力路由器最基本且最重要的功能是数据包转发 在同样端口速率下转发小包是对路由器包转发能力最大的考验 全双工线速转发能力是指以最小包长 以太网64字节 POS口40字节 和最小包间隔 符合协议规定 在路由器端口上双向传输同时不引起丢包 该指标是路由器性能重要指标 设备吞吐量指设备整机包转发能力 是设备性能的重要指标 路由器的工作在于根据IP包头或者MPLS标记选路 所以性能指标是转发包数量每秒 设备吞吐量通常小于路由器所有端口吞吐量之和 几个重要的路由器性能指标 2 支持的接口种类用户可用槽位数和端口密度CPU和内存路由表容量和路由学习速度 路由器的关键技术 速度有关技术 路由表的快速查找技术交换结构和调度算法背板总线 路由器的关键技术 服务质量有关技术 数据包分类技术数据流的分类Qos问题MPLS和流量工程阻塞控制 路由器的关键技术 软件有关问题 软件重要性网管系统计费配置软件稳定性 学习内容 第四章IP报文在路由器中的转发 路由表的建立和维护 1 路由表是转发IP数据包的依据 以ZXR10高端路由器为例 它是由UPC上的路由处理器 RPU 负责建立与维护的 整个系统中有三个层次的路由表 位于RPU的全局路由表 GRT 位于NPC的局部路由表 LRT 供软件查询位于NPC的转发表 FIB 供硬件查询 路由表的建立和维护 2 路由表的生成和同步步骤 在系统初始化时 IP模块根据静态路由和物理端口的配置生成初始全局路由表 IP模块将RIP OSPF BGP等动态路由协议生成的路由条目汇总到全局路由表 全局路由表向局部路由表同步 采用变化量更新和定时全部更新二种同步的方式 由RPU的IP模块广播到NPC的IP模块 由于广播的不确定性这二个IP模块之间要有消息的应答机制 NPC的IP模块每次LRT的变化写入FIB 微码在报文转发中的作用 微码的功能是处理从接口接收进来的数据包以及从交换网或线卡CPU下来的数据包 实现数据包的快速转发 或上送 微码的特点可以概括为 快速 高效 IXP2400处理能力可以达到2 125G 功能简单 处理空间有限 复杂的数据包和复杂的功能都需要上送给CPU来完成 微码处理流程 1 数据包的接收 进入接口的数据包先存储在队列中等待处理 检查端口属性表 up down QoS属性 检查MAC地址 检查VLAN QinQ 二层解封装 这时的数据包的MAC地址将与IP数据包分离 另外存在一个地方 只是偏移了一段地址 没有丢弃 微码处理流程 2 三层ip包头的检查 检查TTL 对TTL等于1的数据包直接上送到线卡CPU进行处理 检查IP数据包包头是否含有Option选项 如果有就需要上送给线卡CPU来处理 检查Checksum 仅适用于ATM 微码不检查Protocal字段 微码将protocal不为0那些协议数据包统统默认为普通IP数据包处理 没有任何区别 数据包的重组和分割不是微码的工作 微码中间对数据包进行了一些比较简单但是必要的检查 如果数据包需要上送给CPU 这些检查是不够的 CPU的IP接收模块还会对数据包进行重新的 更加细致的检查 微码处理流程 3 查找转发表FIB 微码在查找路由转发表的时候将数据包的二层头移开 仅仅检查的是三层头 IP报头 这时候某些应用层协议报 TCP UDP ICMP IGMP等等 他们的三层头还是IP报头 微码不区分这些数据包的四层报头有什么区别 全部将他们按照普通的IP数据包来处理 如果是目的地址是本地路由的就上送 如果是目的地址不是本地的就将他们视作 路过包 转发出去 也就是说协议包只有在目的地址为本地的情况下才会被微码上送到CPU上去 查找完路由之后 微码执行下列两个动作中的其中一个 上送给CPU 转发 对同时需要上送和转发的数据包 先进行上送写入CPU队列后再执行转发动作 微码处理流程 4 上交换网 微码将数据包送上交换网的时候 会将二层头暂时剥离 在IP报头前面加上前导字 交换头 然后送上交换网 交换网上面的数据包一定是三层包 微码送数据包上交换网的时候必须要先收到FPGA报给微码的ready信号 如果没有收到ready信号 微码就会将这些数据包丢弃 不送上交换网 送上交换网的数据包要按照优先级的标识 以优先级对列的方式上交换网 QoS的处理在数据包上交换网之前进行 微码处理流程 5 下交换网 将交换网上下来的三层数据包进行二层封装 加上出接口的MAC 将IP报头的TTL值减1 将这些数据包安排进入到相应端口发送队列进行发送 端口的硬件发送引擎再封装物理包头 将其发送出去 上下交换网的流程示意 微码处理流程 6 上送CPU T64E有三种情况的数据包是要求上送给CPU的 目的IP地址是本路由器 广播 组播数据报 224 0 0 0 224 0 0 255 含有Option的数据包 此外 对于TTL为1的包 根据NPC的不同 微码处理方式也不一样 微码上送给CPU是交给NPC上的IP模块 小结 路由器是如何进行工作的 请说出路由器的几项重要的性能指标 IP报文是如何在路由器中转发的 谢谢