Cómo mejorar el rendimiento de los enrutadores empresarialesLos enrutadores son un puente importante que conecta la red de área local y las redes externas. Son una parte importante e indispensable del sistema de red. Al final de la seguridad de la red, es muy importante mejorar su rendimiento. En los equipos de enrutador actuales, cada vez se implementan más funciones en hardware. La mejora de la tecnología de integración CMOS permite que muchas funciones se implementen en chips de circuito integrado de aplicación específica (ASIC). Las funciones originalmente implementadas por software ahora se pueden implementar más rápidamente mediante hardware. menor costo de finalización, mejorando enormemente el rendimiento del sistema. La tecnología de procesamiento distribuido se aplica a los enrutadores, lo que mejora en gran medida las capacidades de procesamiento de enrutamiento y la velocidad de los enrutadores. El bus compartido que fácilmente causaba congestión se abandonó gradualmente y se utilizó ampliamente la tecnología de enrutamiento de conmutación en el diseño de la estructura de conmutación, se adoptó el diseño de la red de interconexión interna de supercomputadoras o la introducción de una estructura de conmutación óptica. Además, también se han prestado atención gradualmente a tecnologías como la tecnología de búsqueda rápida de tablas de enrutamiento, la garantía de QoS y la optimización de red de la tecnología MPLS, así como la introducción de la conmutación óptica en los enrutadores. Tecnología ASIC Dado que los fabricantes necesitan reducir costes, la tecnología ASIC se utiliza cada vez más en los enrutadores. En los enrutadores, si desea aumentar considerablemente la velocidad, lo primero que no se le ocurre es que ASIC se puede usar para reenviar paquetes de datos y verificar rutas. Ya existen chips ASIC comerciales que se usan específicamente para encontrar rutas IPV4. La aplicación de la tecnología ASIC ha mejorado significativamente la velocidad de reenvío de paquetes de datos y la velocidad de búsqueda de rutas del enrutador. Los enrutadores de alta velocidad separan las tareas que no son en tiempo real, como el cálculo y el control de rutas, de las tareas en tiempo real, como el reenvío de datos, que se completan en diferentes partes. Las tareas que no son en tiempo real, como el cálculo y el control de enrutamiento, se completan mediante el software de la CPU, y las tareas en tiempo real, como el reenvío de datos, se completan mediante hardware ASIC especializado. A partir de la segunda mitad de 1997, algunas empresas comenzaron a introducir nuevos enrutadores que utilizan circuitos integrados de aplicaciones específicas (ASIC) para la identificación, cálculo y reenvío de rutas. El repetidor es responsable de todas las funciones de reenvío de datos. Este tipo de enrutador utiliza hardware para reenviar paquetes de datos uno por uno según el ritmo del reloj, logrando un reenvío a velocidad de cable. Los avances en la tecnología ASIC significan que se pueden trasladar más funciones al hardware, aumentando así los niveles de rendimiento y la funcionalidad. El rendimiento de ASIC se puede mejorar hasta tres veces en comparación con las implementaciones de software. Sin embargo, debido a que los estándares aún están evolucionando, los enrutadores completamente basados ​​en hardware son menos flexibles y riesgosos de usar, de ahí la aparición de ASIC programables. Los ASIC programables son una tendencia creciente en los ASIC porque pueden adaptarse a los cambios en las estructuras y protocolos de la red reescribiendo el microcódigo. Actualmente, existen dos tipos de ASIC programables: uno está representado por el chip FIRE (Flexible Intelligent Routing Engine) de 3Com; el otro está representado por el chip dedicado HISC de Vertex Networks, que es una CPU especialmente diseñada para manejar protocolos de comunicación reescribiendo el. microcódigo, el chip tiene la capacidad de manejar diferentes protocolos. Tecnología de procesamiento distribuido El enrutador original utilizaba una arquitectura informática tradicional, que incluía un enrutador, una CPU central, memoria y múltiples interfaces físicas de red colgadas en el bus del enrutador. La tarjeta de interfaz envía los datos a la CPU a través del bus. Una vez que la CPU completa el cálculo de enrutamiento, la búsqueda de tablas, la toma de decisiones de reenvío, etc., los envía a otra interfaz física a través del bus. La principal limitación de esta CPU de un solo bus es la lenta velocidad de procesamiento. Una CPU tiene que completar todas las tareas, lo que limita el rendimiento del sistema. Además, la tolerancia a fallas del sistema no es buena y una falla de la CPU puede fácilmente causar que el sistema quede completamente paralizado. Todo esto dificulta mejorar significativamente el rendimiento de reenvío de los enrutadores tradicionales. Los enrutadores modernos adoptan el procesamiento distribuido para el reenvío de paquetes y se pueden insertar varias placas de procesamiento de línea. Cada placa de línea completa el proceso de reenvío de forma independiente, es decir, hay una CPU independiente en cada interfaz, que es responsable de recibir y enviar paquetes. gestionar colas de recepción y envío, consultar tablas de enrutamiento y tomar decisiones de reenvío.

La conmutación sin bloqueo entre placas se realiza a través de la placa de conmutación central, es decir, los paquetes de entrada en una placa se pueden enrutar y conmutar a la salida de otra placa como si estuvieran conectados directamente a través de cables para lograr el rendimiento de la máquina. expandirse exponencialmente. La CPU de control principal solo completa funciones que no son en tiempo real, como el control de configuración y la gestión del enrutador. La ventaja de esta arquitectura es que la decisión de reenviar/filtrar paquetes localmente la toma una CPU dedicada para cada procesamiento de interfaz, con el procesamiento de paquetes descentralizado en cada tarjeta de interfaz. Hay chips especiales en la placa de circuito para completar el procesamiento de reenvío de la segunda, tercera e incluso cuarta capa. Esta implementación de hardware permite que el reenvío alcance la velocidad de línea (la velocidad de línea de la conexión del puerto de alta velocidad), que es la. igual que la conmutación de circuitos para que el enrutador no se convierta en el cuello de botella de la red. Sin embargo, una de las mayores desventajas de los enrutadores con arquitectura de bus único es que solo se puede intercambiar un paquete de datos desde la entrada hasta la salida a la vez. Si hay múltiples rutas de transmisión de datos entre la entrada y la salida, este problema se puede resolver y la tasa de rendimiento del sistema se puede mejorar considerablemente. Con base en esta idea y aprovechando las ventajas de la estructura del conmutador ATM, se propone una arquitectura de enrutador de nueva generación basada en la estructura del conmutador. Tecnología de búsqueda rápida de tablas de enrutamiento Con el rápido crecimiento del número de computadoras en Internet y la creciente demanda de ancho de banda, la búsqueda rápida de tablas de enrutamiento se ha convertido en un problema urgente que debe resolverse. Las estrategias tradicionales de búsqueda de rutas basadas en software, como los algoritmos de árbol o los algoritmos hash, funcionan muy lentamente y están relacionadas con el tamaño de la tabla de enrutamiento. Por lo tanto, estos métodos sólo se pueden utilizar en aplicaciones de reenvío de paquetes de bajo rendimiento y escala relativamente pequeña. Al utilizar la tecnología de compresión de la tabla de enrutamiento, la tabla de enrutamiento se puede comprimir de acuerdo con reglas de distribución específicas y almacenarse en la memoria caché del procesador, lo que mejora en gran medida la velocidad de consulta. Sin embargo, las estructuras de datos altamente optimizadas y comprimidas hacen que las actualizaciones de la tabla de enrutamiento requieran más accesos a registros y ciclos de procesador. Cuanto más grande sea la tabla de enrutamiento, más grave se vuelve esta situación. Durante el proceso de actualización de la tabla de enrutamiento, los paquetes entrantes deben almacenarse en un buffer o descartarse, lo que degrada el rendimiento del enrutador. Además, la incertidumbre de las búsquedas y actualizaciones de tablas de enrutamiento basadas en software aumenta la fluctuación durante la transmisión de paquetes, lo que requiere el almacenamiento en caché de paquetes y genera altas tasas de pérdida de paquetes. Por lo tanto, para mantenerse al día con el desarrollo de la red, la solución de reenvío de paquetes ideal no solo debe garantizar la velocidad de reenvío de datos a la velocidad de la línea, sino también proporcionar una tabla de enrutamiento lo suficientemente grande como para satisfacer las necesidades de la próxima generación de equipos de enrutamiento. (las ubicaciones fronterizas pueden alcanzar los 512K). También debería poder manejar actualizaciones largas de la tabla de enrutamiento con una latencia de actualización mínima. Las tablas de enrutamiento generalmente se actualizan cientos de veces por segundo y las actualizaciones transitorias en ráfagas pueden ocurrir con mayor frecuencia. Para resolver este problema, la forma más eficaz es utilizar coprocesadores especializados, combinados con soluciones de memoria direccionable por contenido (CAM) y soluciones de caché, para realizar búsquedas o actualizaciones de rutas rápidas. Sin embargo, la tabla de reenvío requerida por el enrutador central es muy grande. Por lo tanto, para el enrutador central, el almacenamiento en caché es solo un método auxiliar. Necesita un caché lo suficientemente grande como para acomodar toda la tabla de reenvío. También requiere un algoritmo rápido y la lógica. puede ser El controlador y la memoria están integrados en un solo dispositivo para reducir el tiempo de acceso a la memoria. QoS QoS es la abreviatura de Calidad de Servicio. Problemas como tiempos de retardo largos e inconsistentes, pérdida de paquetes, discontinuidad de la señal y distorsión del protocolo IP limitan la aplicación de IP en la transmisión de información multimedia. Resolver los problemas de soporte de QoS en redes IP es la dirección principal para el desarrollo de la tecnología de Internet de próxima generación. La compatibilidad del enrutador con QoS también se ha convertido en un indicador importante para evaluar el rendimiento del enrutador. Actualmente, existen dos marcos principales de implementación de QoS: IS (Servicio Integrado) y DiffServ (Servicio Diferenciado). IS aplica el Protocolo de reserva de recursos (RSVP) para establecer un canal de envío y reservar recursos antes de enviar servicios en tiempo real. Notifica a cada nodo (enrutador IP) que los datos fluyen y negocia con los puntos finales para reservar recursos para ese flujo de datos.