浅谈路由器软硬件架构

Posted 2020-10-06

我们可以把路由器比作网络世界的骨架，我们之所以能够在网络世界里畅游，很大程度上是得益于这个铁盒子。

 

路由器硬件架构

       随着专用多核网络处理器、专用转发芯片的出现，使得现代路由器摆脱了以往纯软件转发的局限，向着高吞吐率、硬件快速转发等方向发展。高端的路由器设计成多板分布式+冗余备份的架构，使转发能力成倍的增强，同时还大大提高了业务的稳定性。

 

       下图是一幅典型的路由器硬件架构图：

 

        目前高端路由器大多采用专门的多核网络处理器作为CPU，如Cavium公司研发的Octeon系列处理器，主流的6000系列16~32个核，即将上市的7000系列多达64个核，并行处理能力大大加强。并且这类专用网络处理器在硬件上都对网络报文的解析、保序、转发等方面提供了专门的协处理器进行支持，优化并提高了系统的转发能力，也为软件研发者省去了不少麻烦。

        Broadcom、Marvell等公司提供专门的转发芯片，通过VLAN、硬件路由等功能，在硬件上直接支持了对报文的二三层的线速转发，并且多片交换芯片之间可连接，最终形成一个大的交换矩阵网络。

       CPU和交换芯片之间的数据通道可由10G高速接口相连，实现海量数据的传输；管理通道通过PCIe总线相连，传输控制信号。

       64位的CPU有着广阔的寻址空间，可以支持很大的DRAM内存。

CF卡或SD卡用来存储系统程序，可以很方便的对系统程序进行升级。

       BOOT ROM存储着系统加载程序，系统上电时首先从BOOT ROM开始运行，由BOOT ROM来负责加载整个操作系统。

       CPLD中存储着系统的版本信息，由BOOT ROM来负责读取版本参数，并通知给系统。

       作为分布式系统的话，各个单板之间通过背板接口传输数据和管理信息。

 

路由器软件架构

        路由器是一个典型的嵌入式系统，我们只讨论与网络相关的部分：

 

        由于使用多核处理器，软件的设计架构可以非常灵活，我们一般在CPU层面就把业务划分开，拿出几个核跑特定的核心业务（无操作系统），这样可以大大加快核心业务的处理能力。其它的核一般跑Linux、VxWorks等嵌入式操作系统，作为控制面。相比较而言，控制面的报文转发能力就很差了，但由于有操作系统和协议栈的支持，控制面可以跑更复杂、更定制化的业务，根据客户需求灵活的设计业务模式。