五分鐘技術(shù)趣談 | 淺談路由器的發(fā)展歷程和未來趨勢

作者：柴志剛，單位：中國移動智慧家庭運(yùn)營中心

路由器（Router）作為一種常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠支持各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)接口，主要用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)、邏輯分離的網(wǎng)絡(luò)之間相互通信。在過去三十多年，路由器穩(wěn)步發(fā)展，滿足了用戶對更高帶寬和更快的互聯(lián)網(wǎng)的需求。當(dāng)下，路由器的發(fā)展也面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，本文將從路由器的發(fā)展歷程和未來發(fā)展趨勢兩個角度進(jìn)行闡述。

Part 01●??路由器簡介?●

路由器是一種專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它用于連接多個結(jié)構(gòu)不同、邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。路由器主要包含路由和轉(zhuǎn)發(fā)兩大機(jī)制，它能夠計算數(shù)據(jù)包從發(fā)送端到目的端的最佳路由路徑，并進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重要組件之一的路由器對網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用具有特殊的重要性。

Part 02●??路由器發(fā)展歷程?●

自1986年思科公司推出世界上第一臺商用路由器后，經(jīng)過30多年的發(fā)展，出現(xiàn)了五代具有里程碑意義的路由器。

第一代路由器：世界上第一臺商用路由器（AGS）

1984年Leonard Bosack和Sandy Lerner夫婦在圣何塞創(chuàng)立了著名的思科公司，兩年后，他們推出了一款名為“多協(xié)議路由器（Access Gateway Server，簡稱AGS）”的產(chǎn)品。顧名思義，多協(xié)議路由器能夠讓數(shù)據(jù)在使用不同協(xié)議的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間順利傳輸。這樣一來，原本互不兼容的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就被路由器連接到了一起。此時的路由器并不支持太多的網(wǎng)絡(luò)連接，所需處理的業(yè)務(wù)也比較小，對它的數(shù)據(jù)處理能力沒有太高的要求。

第二代路由器：Cache技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和流量的增大，人們需要更多的網(wǎng)絡(luò)接口，路由器CPU和總線的負(fù)擔(dān)也越來越重。針對這一問題，技術(shù)人員在路由器的網(wǎng)絡(luò)接口卡中引入了Cache技術(shù)。這一技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是，大多數(shù)用戶通常訪問小部分常用的網(wǎng)絡(luò)，所以可以通過Cache技術(shù)將這些常用的路由信息緩存在業(yè)務(wù)接口卡上。如此一來，大部分報文可以通過緩存在Cache中的路由表進(jìn)行直接轉(zhuǎn)發(fā)，大大減小了路由器CPU和總線的負(fù)擔(dān)。

第三代路由器：路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離技術(shù)

上世紀(jì)末，Web技術(shù)的問世讓網(wǎng)絡(luò)更加快速的發(fā)展，用戶不再局限于訪問少數(shù)常用的網(wǎng)絡(luò)。因此，從Cache尋找路由信息不再像過去那樣容易命中，路由器CPU和總線的瓶頸問題再次成為焦點(diǎn)。針對這一問題，第三代的路由器引入了全分布式—路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術(shù)。其中，主控板作為這一結(jié)構(gòu)的中心，統(tǒng)籌管理設(shè)備，收集和計算路由信息，并將計算得到的轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到各個業(yè)務(wù)版，而業(yè)務(wù)板則利用路由轉(zhuǎn)發(fā)表實(shí)現(xiàn)具體的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。業(yè)務(wù)板的路由轉(zhuǎn)發(fā)完全獨(dú)立于主控板，同時多塊業(yè)務(wù)板之間以并行的方式運(yùn)行，從而讓路由器的性能得到有效的提高。

第四代路由器：ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

后Web時代，隨著互聯(lián)網(wǎng)的空前發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量以指數(shù)級迅速增長，過去基于軟件的IP路由器技術(shù)不能夠滿足帶寬的要求，于是出現(xiàn)了ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。ASIC是 Application Specific Integrated Circuit（專用集成電路）的簡稱，ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)基于硬件交換技術(shù)，它采用硬件的方式來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)的過程。ASIC硬件轉(zhuǎn)發(fā)芯片包含多個硬件表格和查找引擎，能夠快速查找到設(shè)備中的路由表等信息，并且它還具備自適應(yīng)的能力，能夠自動調(diào)整硬件表格和查找引擎的容量來應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)流量的變化。

第五代路由器：NP技術(shù)

21世紀(jì)初，路由器的業(yè)務(wù)能力成為廠商關(guān)注的重點(diǎn)。為解決基礎(chǔ)IP網(wǎng)絡(luò)的缺陷，路由器中引入了網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)管理、VPN和IP-Qos等新技術(shù)。在業(yè)務(wù)流程的處理上，這一代的路由器還引入了專為IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的NP技術(shù)。NP（Network Processor，網(wǎng)絡(luò)處理器）具有可編程的能力，被廣泛應(yīng)用于包處理、協(xié)議分析、路由查找、防火墻和Qos等場景。它和GPU具有很多相似的設(shè)計理念，可以通過若干經(jīng)優(yōu)化后性能高效的微處理器并行地完成計算任務(wù)。除此之外，NP的組成還包括一些硬件協(xié)處理器，它們能夠應(yīng)對諸如流量調(diào)度算法、QoS擁塞控制算法、路由表查找算法等復(fù)雜操作，實(shí)現(xiàn)路由器處理性能的有效提升。

Part 03●??路由器未來發(fā)展趨勢?●

3.1 智能路由將持續(xù)發(fā)展

隨著越來越多的智能終端接入網(wǎng)絡(luò)，用戶對網(wǎng)絡(luò)提出了更快更穩(wěn)定更安全的要求，而傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)無法滿足用戶進(jìn)一步提出的需求。智能化路由器的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的智能化管理，它能夠?qū)Σ煌闹悄芙K端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、計算和分析處理，并將結(jié)果反饋給用戶，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的提升。智能路由器的發(fā)展需要大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計算等技術(shù)的支撐和軟硬件的高度整合。作為家庭網(wǎng)絡(luò)的中心和所有流量的入口，未來智能路由器將擁有控制智能終端和安全防護(hù)的能力，成為家庭媒體和智能家居的中心。

3.2 路由器融合網(wǎng)絡(luò)平臺將有新發(fā)展

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，路由器不再僅限于提供簡單網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，還要將其自身與更多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相結(jié)合，以此實(shí)現(xiàn)更多的實(shí)時性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。路由器融合網(wǎng)絡(luò)平臺將成為路由器發(fā)展的新方向，以把多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)和支持更多的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和管理服務(wù)。

3.3 WIFI6將帶來的新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

WiFi6是第六代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是WiFi聯(lián)盟創(chuàng)建于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)。相比較WiFi5，WiFI6具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度、更好的性能和連接穩(wěn)定性、支持更多設(shè)備的連接、所需耗電量更低等優(yōu)點(diǎn)，這將使用戶的體驗(yàn)得到跨越性的提升。未來，WiFi6將推廣應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和公共場所等各種場景。例如，WiFi6技術(shù)能夠讓更多的設(shè)備同時連接到家庭網(wǎng)絡(luò)上，而不必?fù)?dān)心網(wǎng)絡(luò)延遲和信道沖突等問題。在高密度的機(jī)場、酒店、商場等公共場所，WiFi6能夠提供更快的響應(yīng)速度和更穩(wěn)定的連接，從而解決網(wǎng)絡(luò)擁堵和信號干擾問題。得力于WiFi6技術(shù)的發(fā)展，未來將產(chǎn)生更多信息化、智能化和多端協(xié)同的應(yīng)用。

Part 04●? 總結(jié)?●

自1986年思科公司推出世界上第一臺商用路由器以后，經(jīng)過30多年的發(fā)展，出現(xiàn)了五代具有里程碑意義的路由器。Cache技術(shù)、路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離技術(shù)、ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和NP技術(shù)的出現(xiàn)，使得路由器的性能一路高歌猛進(jìn)，有效應(yīng)對了互聯(lián)網(wǎng)時代網(wǎng)絡(luò)流量的爆發(fā)式增長。未來，路由器將在智能路由、網(wǎng)絡(luò)平臺融合、WiFi6等方向有更長遠(yuǎn)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張宏科,2005,路由器原理與技術(shù),https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=373851802ad9b4c6f9b2a2060c32a416&site=xueshu_se,（查閱日期：2023/07/20）.

[2]?-YANYI,2023/07/19,無線路由器發(fā)展前景,https://www.sgpjbg.com/info/fa60079e505c6c8c99febd336babc2ab.html,（查閱日期：2023/07/21）.