中兴ＺＸＲ１０－ＴＳ太比特交换式高速路由器

随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ带宽不断提高，规模不断扩大，网络的结构也越来越复杂，目前组建大型复杂的计算机信息网络的关键技术是网络互联和路由器技术。特别是在Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ中，路由器起着十分重要的作用，组网和应用服务在很大程度上依赖于强有力的路由结构。可以预见，路由器技术在未来一段时期的网络技术中仍将扮演十分重要的角色。

    从技术上来说，基于软件的传统路由器已经无法满足骨干网络带宽的要求，基于硬件技术的高速路由器开始占据骨干网络的重要位置。高速路由器采用硬件ＡＳＩＣ电路进行包处理和转发，并由高性能处理机计算路由表。它既可以提供第二层（Ｌ２）的交换功能、ＶＬＡＮ服务，又可以提供网络层（Ｌ３）路由器的功能，支持ＲＩＰ、ＯＳＰＦ、ＢＧＰ－４、ＩＳ－ＩＳ等几种路由协议，还支持传输层（Ｌ４）的一些服务。它的出现不仅改变了原有产品的分工方法，也对网络结构产生重大影响，可大大简化网络结构。

    从经济上来讲，近两年来，随着信息现代化建设的迅猛发展，各种高速大型计算机信息网络正在积极筹划建设之中，产生了对路由交换设备的巨大市场需求空间。据有关部门统计，１９９９年中国网络产品采购总金额达７７亿元，年增长速度约为３７％。因此大力开发和生产路由交换设备不仅有利于突破外国公司的技术垄断、扶持产业发展，而且将会产生巨大的经济效益。

    从网络安全性来讲，通过研制、开发具有自主知识产权的网络路由交换设备，可真正掌握路由交换设备的核心技术，实现完整的网络安全过滤技术和符合国家安全需要的网络管理技术，确保网络安全、增强网络抗破坏能力，促进中国信息网络的进一步发展。ＺＸＲ１０－ＴＳ太比特路由器是深圳市中兴通讯股份有限公司研制的电信级路由产品，它的设计与开发旨在为服务提供商和企业ＩＰ骨干网的核心提供设备支持。

１ ＺＸＲ１０－ＴＳ体系结构

１．１ 系统结构

    近年来，国际上对高速路由器技术的研究异常活跃，已提出了几种不同的研究和设计思路，归纳起来其基本思想主要包括以下４个方面：

  （１）将路由引擎和转发引擎分开，将局部转发表从全局路由表中独立出来；

  （２）用快速的硬件实现ＩＰ报文的报头处理、寻径和转发；

  （３）用多个分布式的接口单元加中央控制器的模式取代中央处理器加接口卡的模式；

  （４）用交换结构提高各接口单元之间的数据通信速度。

    从趋势来看，ＩＰ路由技术的发展已经和交换技术以及宽带技术的发展有机地结合在一起。经过对国内外核心路由器研究现状的认真分析，产生了ＺＸＲ１０－ＴＳ交换式高速路由器的分布式路由选择结构。

    该体系结构主要由以下几部分组成：网络处理模块、协议处理模块、高速交换网络。

１．２ 网络处理模块

    网络处理模块包含线路接口子单元和转发引擎两个部分。

    线路接口子单元完成物理帧和ＩＰ包之间的映射。该单元从线路接口的物理帧中提取出ＩＰ包，通过内部高速总线将ＩＰ包交转发引擎；同时从转发引擎接收ＩＰ包，封装成物理帧发送到线路。线路接口子单元上一般有一个或者多个高速网络接口。

    转发引擎是用于高速路由表查找的专用硬件。我们知道，高速路由器中ＩＰ报文路由和转发处理过程中的最大瓶颈就在于路由表的查找。为了提高查表速率，ＺＸＲ１０－ＴＳ使用了两个关键技术：分布式路由表和硬件查找。在每一个转发引擎中都有一份和全局路由表相同条目的局部转发表，转发引擎独立地查找本地转发表确定分组的发送路径。为了实现局部转发表与全局路由表的同步和一些管理功能，转发引擎中还有通用ＣＰＵ和本地存储器。另外，ＺＸＲ１０－ＴＳ在现有的高速路由表查找技术的基础上自行设计高效率的路由查找算法并用专用硬件ＡＳＩＣ来实现，确保转发能达到线速。

     转发引擎的实现可以有两种方式：一种是转发引擎和线路接口分开，通过交换结构互联，这种设计的优点是可以充分利用转发引擎，提高转发引擎的利用效率，缺点是增大了交换结构的负荷而且负载平衡算法比较复杂；另一种方式是为每块线路接口单元配备一个转发引擎，这样做的好处是降低了交换结构的负荷而且不需要动态负载平衡。因此在实际设计中一般采用第二种设计方案。

１．３ 协议处理模块

     协议处理模块中包括２个处理器，路由协议处理器和操作与维护处理器。路由协议处理器运行各种动态路由协议，生成全局路由表，对全局路由表和局部转发表进行一致性维护。操作与维护处理器除运行网络管理协议之外，还要保证整个路由器可靠稳定的工作。诸如系统状态的监控、诊断等工作都由操作与维护处理器来完成。从协议层次上来说，路由协议处理器实现了完整的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。在ＺＸＲ１０－ＴＳ中，作为整个路由器的核心部件，协议处理模块采用主／备用切换的冗余设计。

１．４ 高速交换网络

    交换网络用于连接网络处理模块，为它们之间的分组转发提供大容量并行高速通路。交换网络的实现方式主要有以下３种：共享内存、共享总线和交叉开关。共享内存方式实现简单，也可以达到比较高的速率（２０Ｇｂｉｔ／ｓ），但是速率的进一步提高将受到内存速度的限制，很难有更大的突破。共享总线易于扩展，也比较容易实现，但是速率相对较低。交叉开关则可以达到比较高的交换速率，而且随着技术的发展，速率还可以进一步提高。因此ＺＸＲ１０－ＴＳ采用交叉开关来实现交换网络。交换网络使用主／备用切换的冗余设计提高可靠性。

综上所述，ＺＸＲ１０－ＴＳ分布式路由交换结构充分考虑了ＩＰ报文交换和路由的特点，把路由表查找分布在多个转发引擎上处理，这种体系结构可以极大地提高路由器的ＩＰ报文转发速率，并且具有易于扩展、便于维护的优点。

２ ＺＸＲ１０－ＴＳ主要特性

    ＺＸＲ１０－ＴＳ是面向电信用户、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务提供商（ＩＳＰ）、企业骨干网而设计和开发的中高档路由器，同时还能满足智能大厦和小区用户的广泛需求。ＺＸＲ１０－ＴＳ主要有以下特性：

     具有平滑的可升级能力，目前提供２５６Ｇｂｉｔ／ｓ的交换容量，将来可以扩展到多机架、多平面的交换结构，为系统的可扩展性打下坚实的基础；

    采用了先进的专用硬件实现路由查找和匹配，报文转发率在４０Ｍｐｐｓ以上，满足骨干网的业务需求；

     至少支持５１２Ｋ路由表项，满足大型ＩＰ骨干网的要求；

     关键系统部件（路由处理器、交换网控制器、网络时钟同步组件、电源、风扇等）都采用主备用冗余设计，最大限度地减少故障导致的系统中断，提高系统的可靠性和可用性；

     提供多种类型的接口。如：同步光纤网络／同步数字序列分组（ＰＯＳ）接口主要有２．５Ｇｂｉｔ／ｓ（ＯＣ－４８ｃ／ＳＴＭ－１６）ＰＯＳ接口和１５５Ｍｂｉｔ／ｓ（ＯＣ－３ｃ／ＳＴＭ－１）ＰＯＳ接口；异步传输模式（ＡＴＭ）接口有１５５Ｍｂｉｔ／ｓ（ＯＣ－３ｃ）和６２２Ｍｂｉｔ／ｓ（ＯＣ－１２ｃ）ＡＴＭ接口；以太网接口有千兆以太网接口和１０／１００Ｍｂｉｔ／ｓ快速以太网接口。今后还将支持１０Ｇｂｉｔ／ｓ（ＯＣ－１９２ｃ／ＳＴＭ－６４）速率的接口。广泛的接口使ＺＸＲ１０－ＴＳ具有强大的组网能力；

  提供８个线路插槽。用户可以在一个线路插槽配置不同类型的接口（总带宽不大于１０Ｇｂｉｔ／ｓ），极大地提高系统配置的灵活性，降低用户在网络建设初期的投资；

      实现ＲＩＰ ｖ２、ＯＳＰＦ ｖ２、ＢＧＰ４路由协议，能够和多种主流路由器互连互通；

      提供多种操作和维护接口，网络管理员不仅可以通过本地的串行口、１０／１００Ｍｂｉｔ／ｓ快速以太网接口，还可以在网络的任何节点对路由器进行远程维护。操作与维护处理器内置命令行解释器、简单网络管理协议（ＳＮＭＰ） ｖ２／ｖ３的代理（Ａｇｅｎｔ）和ＭＩＢ－ＩＩ（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ）。用户可以通过串口终端、ＴＥＬ-ＮＥＴ、ＳＮＭＰ 的管理者（Ｍａｎａｇｅｒ）对系统进行操作和维护。支持第三方的一些主流网络管理平台，如：ＳＵＮ Ｎｅｔ Ｍａｎａｇｅｒ、Ｏｐｅｎ-Ｖｉｅｗ、Ｔｒａｎｓｃｅｎｄ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｍａｎａｇｅｒ等。以后还将推出基于Ｗｅｂ的网络管理平台；

    提供防火墙功能和多种安全加密算法。系统具有很强的抗攻击能力；

     模块化结构设计，线路接口卡和交换背板能向后兼容；

     体系结构支持多协议标签交换（ＭＰＬＳ）。

３ 产品解决方案

    根据实际应用中不同的配置要求，ＺＸＲ１０－ＴＳ产品可广泛运用于ＩＰ骨干网、服务供应商骨干网和企业骨干网。图２是ＺＸＲ１０－ＴＳ典型的组网示例。

（收稿日期：２０００－０６－２０）