單擊以打開鏈接

路由器架構：

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輸入端口

交換結構

將路由器的輸入端口和輸出端口連接到輸出端口

從交換結構接收數據包，并通過執行必要的鏈路層和物理層功能在輸出鏈路上傳輸這些數據包。路由處理器

實現路由協議，維護路由表和連接的鏈路狀態信息，計算路由器的轉發表。它還執行網絡管理功能。

輸入端口，輸出端口和交換結構共同實現轉發功能，并且始終由硬件實現。這些轉發功能有時統稱為路由器轉發平面。

如果輸入鏈路上有一個帶寬為 10Gbps 的 64 字節 IP 數據報，在另一個數據報到達之前，它的輸入端口只有 51.2ns 來處理該數據報。如果在一個線路卡上組合了 N 個端口（在實踐中很常見），則數據報處理管道必須以 N 倍的速率運行。這遠遠超過了軟件時間的速度。

轉發平面運行在納秒時間尺度上，路由器的控制功能運行在毫秒或秒時間尺度上。這些路由器控制平面通常在軟件中實現并在路由處理器上執行。

一、輸入端口

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如圖所示，最左邊的線路終結函數和數據鏈路處理函數實現了每條輸入鏈路的物理層和鏈路層。

輸入端口的搜索功能對于路由器的執行至關重要。轉發表的影子副本通常存儲在每個輸入端口上，從而避免集中處理的瓶頸。

由于查找需要在納秒級進行，因此不僅需要硬件來進行查找，對于大型查找表，還需要超越簡單線性搜索的技術。同時要特別注意內存訪問時間，采用DRAM和SRAM進行設計。

通過搜索和確定數據包的輸出端口，數據包可以進入交換結構。在某些設計中，數據包在進入交換結構時可能會被暫時阻塞。這時，被阻止的數據包必須在輸入端口排隊，并等待它及時分發以通過交換結構。

此外，還需要完成一些其他任務，包括但不限于：

檢查數據包的版本號、校驗和和生存期字段，并重寫最后兩個字段

更新用戶網絡管理計數器

二、 交換結構

交換結構位于路由器的核心。交換可以通過多種方式進行，如內存交換、總線交換、互聯網交換等。

通過內存交換：

當數據包到達輸入端口時，端口首先通過中斷向路由處理器發送信號。然后將數據包從輸入端口復制到處理器內存。路由處理器從其報頭中提取目的地址，在轉發表中查找輸出端口，并將數據包復制到輸出端口的緩沖區中。兩個數據包不能同時轉發，即使它們的端口號不同，因為通過共享系統總線一次只能進行一次內存讀/寫。

通過巴士交換：

輸入端口通過共享總線將數據包直接傳輸到輸出端口，無需路由處理器的干預：讓輸入端口為數據包預先規劃一個交換機內部標簽（頭），并指示本地輸出端口，以便數據包在總線上傳輸并傳輸到輸出端口。所有輸出端口都可以接收到數據包，但只有匹配標簽的端口才能保存數據包。然后在輸出端口上除去標簽。一次只能通過一個數據包。

通過Internet進行交換：

如上圖所示，每個垂直母線和水平母線在交叉點交叉，并且可以通過開關結構控制器隨時打開和關閉交叉點。如果來自兩個不同輸入端口的兩個數據包發往同一個輸出端口，則一個數據包必須在輸入端等待。因為在某個時間只能通過給定的總線發送一個數據包。

三、 輸出端口

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基本上，它執行與輸入端口相反的操作。取出存儲在輸出端口緩沖區中的數據包，并將其發送到輸出鏈路。包括選擇和取出排隊的數據包進行傳輸，并執行所需的鏈路層和物理層傳輸功能。

四、路由器會丟包

可以在輸入和輸出端口形成數據包隊列。隨著這些隊列的增長，路由器的緩沖空間最終會被耗盡。這時，如果有新的數據包到達，就會造成丟包。

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