路由器的硬件体系结构
001-华为NE80NE40路由器介绍
NE80、NE40路由器硬件系统
主讲：张建东
主要内容
路由器体系结构
华为技术
NE80、NE40产品简介 NE80、NE40各单板及模块
硬件维护及故障处理
华为技术
路由器体系结构
第五代体系结构
CPU
基于NP的交换式路由器 接口 基于ASIC的交换式路由器 接口 NP NP 交换网 NP NP 接口 接口
基于分布式CPU转发 总线式路由器 接口 ASIC ASIC
CPU
CPU
模块化集中 固定接口集中 转发路由器 转发路由器
CPU CPU
交换网
ASIC ASIC
接口 接口
接口
NE40-8外观
NE40-8结构设计
风 扇 L L L L S S LL L L P P P P R RPP P P U U U U U U UU U U 名称、公司标志 风道 风扇
单板 电源进线
电源 电 源 电 源 侧视
正面
NE40-4主要模块组成
满配制NE40-4由以下模块组成：
一体化机箱，高8U 600W电源模块（1＋1备份，交流或直流） 风扇框 2块SRU板(1+1冗余设计) 4块LPU(可配FE、GE、ATM、POS、RPR、CPOS、cE1等业务接口板）
通用交换式路由器（Universal Switching Router，简称USR） 包括3个产品形态，统称NE40系列： Quidway NetEngine 40-8 路由器（简称NE40-8） Quidway NetEngine 40-4 路由器（简称NE40-4） Quidway NetEngine 40-2 路由器（简称NE40-2）
Cisco12000路由器硬件体系产品介绍
风扇、卡位的卡盖
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空气过滤器的卡盖
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来自中国电信 “用户至上 用心服务”
12816硬件体系结构
GSR System Architecture: Hardware
MBUS
GRP
GRP
SWITCH FABRIC AND SCHEDULER CARDS
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LC的内存
线卡包括以下两种内存：
路由内存：DRAM 包转发内存：SDRAM且包含一系列收(RX)或者发(TX)的缓存，帮助管理出入
线卡的数据包
线卡的内型号和位置和线卡的引擎型号有关，以engine 4为例：
可以和外部扩展的告警系统连接(声音告警、可视告警等) 显示告警卡、CSC卡和SFC卡的状态
告警卡
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面板指示灯含义
CISCO路由器面板指示灯（尤其是告警灯）的含义及简单应对步 骤： GSR设备，其板卡上有允许指示面板，其正常的显示如下： 板卡―― RUN IOS GRP卡－ RP ACTV
供冗余的电源，模块A2和B2为下半部分机框(矩阵、下半卡位和下风扇) 提供冗余的电源 支持热插拔，可以拔出A1/B1中的一个或者A2/B2中的一个电源
DC电源
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新一代高端路由器体系结构
维普资讯
服务提供商所面临的挑 战是 ：传统 的路由器结 本 却 降 低 了很 多 。如果要 求更 高 的可 靠性 ，可 将 构在故障条件下不能够提供性能保障，从而无法为 的数 量相 应增 多 。
系统 提供极 为坚实 的可靠 性 。 ＭＰ Ｒ的体 系 结 构 固有 的特性 就是 在 可靠 运 营 Ｓ
６ 平 滑 下降 ．
在发生故障时 ，Ｍ Ｓ Ｐ Ｒ技术使流量可以以一种 方面具有极大的潜力。一个随机分配流量 的平行体 均衡 的方 式 重分 布到 同样 可 以到 达 目的地 的预 留 的 系结 构造 就 了一个 精 力充 沛 的交换 网络 。在一 个 交 资源上 。失 去一块 板 卡并 不影 响服 务质量 。但 是 一 换板 中，有许多平行等价的链路单元 ，Ｍ Ｓ Ｐ Ｒ技术 旦 发生多点故障 ，Ｍ Ｓ Ｐ Ｒ技术可以采用一种更加先 利用适 当而完整的手段 ，监测每个链路单元模块是 进 的策 略 ，在最坏 的情 况 下尽 量实 现 性能 的平 滑 下 否正常运行且能与其他模块正常互通 ，如果发现某 降 ，保证剩余资源 的安全 ，使 网络其他资源有采取 个链路单元模块发生 了故障 ，将把它 与 流量 隔离 ， 必要的恢复或保护措施 的余地 ，而不至于崩溃。这 通过这种手段实现故障本地化 ，保证可靠运营。 更 是 ＭＰ Ｒ智 能 化的体 现 Ｓ ＭＳ Ｐ Ｒ故 障监 测基 于实 际流 量 中的不规 则检 ７ 软件结构 ． 测 ，而不用依靠人工测试流量 ，因为人工测试不仅 ７７ Ｃ ７０Ｒ Ｐ的独 有 特 性 之 一 是 具 有 高度 模 块 化 会增加｝ 额外的负载 ，而 且不可能覆盖 全部的错 误事件 。 的软 件体 系结 构 ，实现 了路 由转 发 和管 理功 能模 块 旦发生故障 ，多路保护将被激活。最基本的 的分离 措施是在平行架构 中提供最小等级的冗余 以补充故 为了减小故障的影响面，增加系统整体可靠性
路由器与网桥的区别
路由器与网桥的区别1.工作层次不同2.端口配置不同网桥俩个局域网端口超过俩个端口的网桥叫交换机。
路由器：局域网和广域网端口3.用途不同网桥唯一的作用是把被许多正在共享的物理网络分割成多个小部分，一次来减少广播风暴，而路由器是在拆分不同子网后，通过网络协议又可进行互相通信，即便是不同网络4.适用范围不同网桥：同一局域网不同子网路由器：不同局域网子网，不同网络5.智能化程度不同网桥共作在数据链路层，不能理解任何网络协议一条链路路由器多个路由，支持各协议6.可管理性不同网桥纯物理硬件，不具有可管理性路由器：软件和硬件路由器的分类：1.按性能档次分：背板交换能力>40Gb/s 高档路由器25到40的为中档小于25为低档2.按结构划分：模块化（较好的扩展能力，吞吐性好，趋势）非模块化3.按功能级别划分：核心层路由器企业级路由器介入级路由器（常见的为宽带路由器）4.从功能上划分; 通用路由器（通常所说的都是）专用路由器5.按所处网络位置划分：边界路由器（连接不同网络）和中间节点路由器（连接不通不过局域网）6.按性能上划分：线速路由器和非线速路由器7.按网络类型上划分：有线和无线路由器主要硬件技术和最新发展1.硬件体系结构2.ASIC技术在高端不复合核心路由器产品开发周期需求，但是在中低档仍有优势可编程ASIC是其趋势3.分布式处理技术现代的路由器采取对报文转发采用分布式处理，可以插多个线路处理板，每个线路板独立完成转发处理工作，即做到每个接口都有一个独立CPU，专门单独负责接收和发送本接口数据包，管理接收发送队列，查询路由表并作出转发决定4.交换式结构和调度算法交换结构有交叉矩阵（速度由调度器决定），共享存储器（存储器的读取速度决定）和共享总线（由总线的容量和仲裁的开销决定）TP0:实现分段和重组，TP1:执行数据分段，重组和差错恢复功能TP2:实现数据的分段和重组，以及单一虚拟电路上的数据流多路复用技术和解除复用技术。
Part 3 路由器的硬件结构(4学时)
天津工业大 HUAWEI 学 TECHNOLOGIES 电子与信息工CO., 程学院 LTD.
HUAWEI IP路由器原理与技术 Confidential
TJPU
实用管理程序
Fast Step——安装软件。使非技术用户可以非常轻松地迅速安装一
个Cisco路由器。
Cisco ConfigMaker——路由器配置工具。用ConfigMaker可以创建
所有Cisco路由器的配置，做好配置后通过网络传到路由器中。如 果网络尚未开通运行，可以从运行ConfigMaker的计算机通过控制 端口和路由器相连，并将配置导入到路由器。
总线结构（适于单个网络接口） 、Cross-bar（交叉开关）结构（适于多个 网络接口） 影响路由器吞吐量的关键因素
路由计算部分——根据网络拓扑选择路由协议，计算出路由表
天津工业大 HUAWEI 学 TECHNOLOGIES 电子与信息工CO., 程学院 LTD.
HUAWEI IP路由器原理与技术 Confidential
TJPU
路由器的硬件组成
只读存储器（Read Only Memory，ROM）
ROM中包括开机自检程序（Power On Self Test，POST）、系统引导程序以及 路由器操作系统（IOS）的精简版本。
随机存储器（Random Access Memory，RAM）
RAM用来存储用户的数据包队列以及路由器在运行过程中产生的中间数据，如 路由表、ARP缓冲区等。 RAM还用来存储路由器的运行配置文件。
路由器的配置及应用技术要点
毕业论文(设计) 题目路由器的配置及应用技术学生姓名学号院系专业指导教师二Ｏ一二年五月日路由器的配置及应用技术摘要随着计算机网络技术的快速发展，IP网络的建设与应用也逐渐的多样化，路由器作为IP网络中基本而核心的网络设备，其技术，特别是高性能路由器技术已经成为当前网络领域研究的热点和重点，提高它的配置要求，广泛其应用范围以及传输过程中的安全问题已经成为研究下一代路由器的根本途径。
关键词：路由器配置应用目录第一章路由器的基础1.1路由器的基本概念1.2路由器的工作原理1.3路由器主要技术1.4 路由器的特点和功能第二章路由器的配置2．1 路由器的基本配置2.1.1基本命令模式2.1.2口令配置2.1.3接口配置2. 2 路由器（家庭）安装配置（步骤）2．3企业级路由器的配置方法第三章路由器的应用3.1路由器应用于局域网3.2路由器用于VLAN间的通信3.3路由器作为局域网出口3.4路由器的安全防御功能3. 5路由器的网络管理功能实验：两台路由器互联配置路由器NAT技术在企业网络中的应用前言通信网络是由一些系统和节点组成的集合，这些系统和节点负责传输连接在通信网络上的用户之间信息。
在一个网络中主要定义两种系统：端系统和中间系统。
端系统是支持端用户应用或者服务的设备，中间系统是连接多个网络并允许这些网络的端系统相互之间进行的通信设备。
那么路由器就扮演着把网络相互连接起来的重要角色。
第一章路由器的基础1.1路由器的基本概念：路由器（Router）是连接因特网中各种局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。
路由器所谓路由器，就是一个中间系统，它主要是用来连接两个或多个网络，这些网路可能是同构的也可能是异构的。
路由器工作在OSI参考模型的网络层，在两个不同网络的网络层之间传输报文数据时，需要改变两个不同类型网络报文中的第二层地址，即决定在网络之间数据传输时的路由方向，完成不同网络之间的数据存储、分组和转发。
路由器的体系结构
路由器的体系结构欢迎来到店铺，本文为大家讲解路由器的体系结构，欢迎大家阅读学习。
路由器的体系结构从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU结构路由器、第二代单总线主从CPU结构路由器、第三代单总线对称式多CPU 结构路由器;第四代多总线多CPU结构路由器、第五代共享内存式结构路由器、第六代交叉开关体系结构路由器和基于机群系统的路由器等多类。
路由器的构成路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关和路由处理器。
输入端口是物理链路和输入包的进口处。
端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。
第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。
第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口(称为路由查找)，路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。
第三，为了提供QoS(服务质量)，端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别。
第四，端口可能需要运行诸如SLIP(串行线网际协议)和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协议或者诸如PPTP(点对点隧道协议)这样的网络级协议。
一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。
如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。
这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源(如交换开关)的仲裁协议。
交换开关可以使用多种不同的技术来实现。
迄今为止使用最多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。
最简单的开关使用一条总线来连接所有输入和输出端口，总线开关的缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。
交叉开关通过开关提供多条数据通路，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。
如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。
交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因此，调度器限制了交换开关的速度。
在共享存贮器路由器中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但是，开关的速度受限于存贮器的存取速度。
路由器基础知识讲座ppt课件
路由器的主要作用是根据网络层 的信息，选择最佳路径，将数据 包从一个网络转发到另一个网络 ，实现网络互联和通信。
路由器发展历程
第一代路由器
最初的路由器采用软件方式进行路由 计算，性能较低，主要应用于小型网 络。
第二代路由器
第三代路由器
现代路由器已经发展成为高度集成化 、智能化的设备，支持多种路由协议 和网络安全功能，广泛应用于各种规 模的网络。
针对路由功能优化，高效 稳定，如Cisco IOS、 Juniper JUNOS等。
通用操作系统
基于Linux、Unix等系统 ，可定制性强，但需要额 外配置和优化。
实时操作系统
适用于对时间要求严格的 场景，如工业控制、航空 航天等。
路由协议实现原理
静态路由
手动配置路由表，适用于简单网 络环境。
动态路由
Wi-Fi联盟认证
负责无线技术的认证和推广，确保不同厂商的设备 能够互相兼容。
无线网络安全标准
包括WPA/WPA2等加密认证技术，保障无 线网络的安全性。
无线接入点（AP）和桥接器（Bridge）
无线接入点（AP）
01
用于建立无线网络的设备，提供无线客户端的接入和数据传输
功能。
无线桥接器（Bridge）
01
VPN基本概念
VPN（Virtual Private Network）即虚拟专用网络，是利用公共网络
架设的私人网络，通过加密技术保障数据传输的安全性。
02 03
VPN技术原理
VPN采用了隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者与设备身份 认证技术，通过在公共网络上建立虚拟专用通道来保障数据传输的安全 性和私密性。
ACL技术原理
NE5000E产品硬件介绍
路漫漫其悠远
NE5000E单机 系统容量 接口容量1.28Tbps，交换容量 （双向计算 2.56Tbps
） 转发性能 1600Mpps 端口密度 16 slots × (4 × 10Gbps) 系统结构 标准机箱，带LCD状态显示
双主控热备份；网板3+1备份；电源 、风扇1+1热备份 系统可靠性 99.999％
NP
NP
接口
基于分布式 CPU转发总线
式路由器 接口
固定接口集中 转发路由器
模块化集中 转发路由器
CPU
CPU
CPU CPU
接口 CPU
接口 接口 接口
CPU
CPU
ASIC 交换网 ASIC
ASIC
ASIC
接口 接口
“性能与业务并重”成为了当代IP 网络基本需求，也是第五代路由器 应运而生的时代使命
路漫漫其悠远
中央框CCC (Cluster Central Chassis)
MPU板： 2块，1:1冗余
ECU板： 8块， Cluster Electric Cross Unit 电交叉板， 每板上支持4块灵活插板光子卡OFC
转发性能 端口密度
系统结构
1600Mpps 64 × 10Gbps 标准机箱，带LCD状态显示 双主控热备份；交换网3+1备份；电源、风扇1+1热备份
系统设计可靠性 99.999％
路漫漫其悠远
NE5000E多框集群基本规格
2.56T级联 5T级联 系统容量 NE5000E*2 NE5000E*4
10T级联 NE5000E*8
IP骨干设备要求
大容量Gbps－Tbps 接口类型丰富 接口密度高
网络配置基础知识
1、Internet内2个站点是如何通信的？2、如何使用VLSM规划IP地址。
根据主机数目不同，划分子网掩码，这样可以节省ip。
3、路由器的基本功能是什么？路由器的硬件主要由哪些部分组成？答：路由选择和交换；网络分段；流量控制；隔离广播；广域网连接。
For personal use only in study and research; not for commercial use路由器的硬件主要由CPU、内存、接口等组成。
4、简述CISCO路由器的内存体系结构（1）ROM 相当于PC 机的BIOS，Cisco 路由器运行时首先运行ROM 中的程序。
该程序主要进行加电自检，对路由器的硬件进行检测。
（2）FLASH 是一种可擦写、可编程的ROM，FLASH 包含IOS 及微代码。
可以把它想象和PC 机的硬盘功能一样，但其速度快得多。
（3）DRAM：动态内存。
该内存中的内容在系统掉电时会完全丢失。
DRAM 中主要包含路由表，ARP 缓存，fast-switch 缓存，数据包缓存等。
DRAM 中也包含有正在执行的路由器配置文件。
（4）NVRAM：NVRAM 中包含有路由器配置文件，NVRAM 中的内容在系统掉电时不会丢失。
一般地，路由器启动时，首先运行ROM 中的程序，进行系统自检及引导，然后运行FLASH 中的IOS，并在NVRAM 中寻找路由器的配置，并将装入DRAM 中。
5、路由器的配置模式有哪些?进入各种配置模式的命令是什么？（1） router>路由器处于用户命令状态，这时用户可以看路由器的连接状态，访问其它网络和主机，但不能看到和更改路由器的设置内容。
（2） router#在router>提示符下键入enable,路由器进入特权命令状态router#，这时不但可以执行所有的用户命令，还可以看到和更改路由器的设置内容。
（3） router(config)#在router#提示符下键入configure terminal,出现提示符router(config)#，此时路由器处于全局设置状态，这时可以设置路由器的全局参数。
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特点
完全的可编程能力 系统灵活性 强大处理能力 高度功能集成 开放式编程接口
应用前景
网络处理器在因特网的核心层、 网络处理器在因特网的核心层、边沿层和局域 企业网中都能有广泛的应用。 网/企业网中都能有广泛的应用。 企业网中都能有广泛的应用 已有的网络设备如骨干网路由器、 已有的网络设备如骨干网路由器、ISP接入设 接入设 备和负载平衡设备， 备和负载平衡设备，通过采用网络处理器可以 升级到更高的速度，提供对新型协议的支持。 升级到更高的速度，提供对新型协议的支持。 可以预测， 可以预测，采用网络处理器的网络设备将是今 后网络设备市场上的主流产品。 后网络设备市场上的主流产品。
StrongARM Core
PCI单元 单元
SRAM单元 单元
SDRAM单元 单元
IX Bus 接口单元
微引擎（六个） 微引擎（六个）
IXP1200 的外部结构
应用CPU 应用 (可选 可选) 可选
PCI 总线
SRAM 8MB Max
IXP1200 网络处理器
SDRAM 256MB Max IX 总线
StrongARM
8KB 数据缓存 512B 从 数据缓存 写缓冲器
数据包
UART 4 定时器
GPIO
PCI 单元
RTC
Intel 16KB StrongARM 指令缓存 SA-1 Core
读缓冲器
SDRAM 单元
存储区 HDR PDU
发送队列
Pkt desc 包描述符 Pkt desc
SDRAM
路由信息
Flash 8MB Max
千兆以太网 MAC 设备
用户或第三方的 IX 总线设备
“Rosetta”
IXP1200 接收
StrongARM
8KB 数据缓存 512B 从 数据缓存 写缓冲器 读缓冲器
UART
4 定时器
GPIO
PCI 单元
RTC
Intel StrongARM SA-1 Core
16KB 指令缓存
编程模式
微代码引擎编程。执行效率高，但工作量大， 微代码引擎编程。执行效率高，但工作量大，代码移植性和 重用性较差。 重用性较差。
编程较为简单，通用性强，执行效率较高。 标准语言编程 。编程较为简单，通用性强，执行效率较高。
4GL编程 。在数据解析及分类方面有优势，但其他方面的功 编程 在数据解析及分类方面有优势， 能较差。 能较差。
路由表
SRAM 单元 微引擎 1
中间结果暂存器 哈希单元
存储器
HDR PDU
微引擎 2
Pkt desc
微引擎 3Hale Waihona Puke SRAMIX BUS
HDR PDU
MAC 设备
IX 总线 接口
微引擎 4
微引擎 5
微引擎 6
微代码开发环境 项目文件 源代码文件
脚本文件 寄存器的符号 名字
软件) 执行处理器 (软件 仿真和调试 软件 微引擎指令在不同的执行状态下 可以很容易的返回源文件， 可以很容易的返回源文件， 进行修改并继续执行
智能协处理器单元， 智能协处理器单元 ， 负责整个网络处理器的控 制、管理等。 管理等。
主要功能
位于数据通路物理接口处理器和背板之间， 位于数据通路物理接口处理器和背板之间 ， 主要 完成数据通路任务，典型功能包括： 完成数据通路任务，典型功能包括： 分段和重组 协议识别和分类 排队和存取控制 流量整形和流量工程
SDRAM 单元
数据包 存储区 HDR PDU
发送队列
包描述符 包描述符
SDRAM
路由信息
路由表
SRAM 单元
处理包头 微引擎 Info 1
HDR
微引擎 2
微引擎 3
SRAM
IX 总线 MAC
HDR
中间结果暂存器 哈希单元
存储器
HDR
设备
PDU
PDU
IX 总线 接口
微引擎 4
微引擎 5
微引擎 6
IXP1200 发送
网络处理器简介
基本概念
一种专门用来执行包处理、 一种专门用来执行包处理、 转发的高速可编程 处理器。 处理器。其设计充分结合了网络环境中数据流的特 同时具有ASIC高速处理性能和高度灵活的可 点 ， 同时具有 高速处理性能和高度灵活的可 编程特性，适用于设计支持业务管理、 编程特性，适用于设计支持业务管理、安全与网络 监控、 等网络功能的高速网络设备。 监控、QoS等网络功能的高速网络设备。 等网络功能的高速网络设备
微引擎 和线程 单个线程
可以显示访问存储器时的 可以同时观察 执行情况 24个线程的情 个线程的情 线程历史 况 命令行界面 运行控制 窗口
数据查看 窗口
Intel IXP 系列网络处理器简介
产品系列
第一代： 第一代：IXP 12XX 第二代： 第二代：IXP 2XXX 其他： 其他：IXP 425等 等
IXP 1200的内部结构 的内部结构
StrongARM Core (232 MHz) 控制和管理任务 • 地 址学习 • 建立并保持路由表 • 网络管理 微引擎 (每个都是 每个都是232 MHz) 每个都是 支持: 支持 • IP, ATM, POS • 帧中继 DSL 帧中继, • QoS • 安全 • Layer 2,3,4 etc.
路由器的硬件体系结构
北京交通大学IP 北京交通大学 网络实验室 苏伟
发展历程
六个阶段（见教材） 六个阶段（见教材） 共享总线→ 共享总线→ 交换结构 路由计算与转发分离 线卡采用网络处理器(NP，Network Processor )等技 ， 线卡采用网络处理器 等技 术
研究热点
交换结构 路由转发查询 线卡设计
产生背景
传统通用处理器难以满足对网络性能越来越高 的要求； 的要求；
专用ASIC设备虽然处理速度很高，但灵活性和 设备虽然处理速度很高， 专用 设备虽然处理速度很高 可扩展性较差。 可扩展性较差。
硬件结构组成
网络处理器单元， 主要负责高速的数据处理， 网络处理器单元 ， 主要负责高速的数据处理 ， 如数据解析、分类和转发等； 如数据解析、分类和转发等；