软件路由器的分析研究-北京大学教务部.docVIP

软件路由器的分析研究 Analysis and Research of Software Router 计算机科学技术系99级 肖鹏 摘要 本文简要介绍路由器的基本知识、实现技术和发展情况，详细分析了软件路由研究领域中的Click系统设计，举例叙述了Click路由器配置和工作方式，介绍了Click网络地址转换技术和多CPU结构Click系统对原有Click系统地改动。本文还介绍了Scout系统的实现方式和路由器领域中的相关技术。在分析工作基础上，本文提出两种软件路由的扩展技术(1)基于服务器的负载均衡和(2)分布式软件路由结构，分析了两种技术的可行性。 Abstract This paper introduces the basic knowledge and implemental technology of router. And it imports the concept of software router which is useful for small-size network. During the researches of software router, Click is a new architecture for building flexible and configurable routers. This paper clearly shows out its architecture and how to configure a Click router through an example. Furthermore, two new ideas expanding from these works are proved feasible. One is dynamic load-balance bases on server, the other is distribute software router architecture. 关键字 软件路由器 Click 体系结构 Scout 性能 一．引言 （1）路由器基本知识 路由器位于OSI协议栈的网络层，是网络层中的主要设备，路由器作用是连接多个逻辑上分开的网络，并对各分离的逻辑网络进行无连接数据报的传送、数据报的寻径和差错处理。路由器的工作原理是接收从网络中传来的数据报，根据数据报信息查找路由表中的路由信息以判断该数据报走向，修改数据报的帧内容，并将修改得到的数据报转发到网络中。 传统的路由器用软件实现路由、硬件实现交换。由于网络业务的高速增长，软件实现路由成为路由器进行网络传输的瓶颈，利用硬件支持实现高速的路由和转发一体化工作慢慢代替了原有的结构成为核心路由的关键技术。网络流量的不断增大对各种网络设备尤其是路由器的性能也不断地提出更高的要求，路由器在体系结构、传输载体等各种技术方面经历了量到质的变化。 路由器体系结构经历了单CPU单总线、主从式多CPU单总线、对称式多CPU单总线、多CPU多总线、纵横式交开关等结构的转变过程。每一次路由器体系结构的改进都针对了前一种结构所存在的缺点，解决了CPU的负载、总线负载和网络I/O负载的问题。路由转发技术方面也经历了从软件实现、ASIC、多层交换到IP over ATM/SDH/DWDM的过程。物理材料技术的改进也直接大大提高了路由器的性能。 （2）路由器实现方法分类 实现路由器有多种途径。从路由器的基本工作原理和发展历史着手，下面对路由器实现技术给出简单的分类介绍，其中有实现了的技术，还有在理论上可行实现而实际中价值不高的技术。 1．纯硬件。路由器的功能通过硬件体系结构的设计直接实现，对网络数据报的处理由硬件直接判断。该设计方法灵活性差，不能支持多种协议，代价高，没有实现。 2．专用硬件+软件系统。这是核心路由器的主要实现方法。硬件设计针对路由器的工作方式和特性，提供软件系统对路由器进行配置以支持多种协议。性能高，代价高，灵活性比较差。 3．通用硬件+专用操作系统。在通用计算机体系结构上直接搭建路由器操作系统，减少系统调用负荷。代价较高，通用性差，虽然性能能比一般软件路由器高，实际中仍然没有实现。 4．通用硬件+网络操作系统。针对网络应用在通用计算机体系结构上搭建操作系统并在其上实现路由功能。性能一般，代价较低，适用性好，扩展后可支持更多的网络应用。 5．通用硬件+应用程序。软件路由器的主要实现方法。技术支持好，性能一般，代价低，设计恰当可以灵活可配置的提供良好的路由服务。 （3）软件路由器发展情况与特点 路由器的第一步实现就是采用软件体系结构，但是由于网络流量的飞涨，软件路由器无法适应主干网中的数据转发