【正文】 ，在把所提取的報(bào)頭發(fā)送到路由表模塊。以下文中將對(duì)它們進(jìn)行一一剖析其作用。 如圖 7所示，轉(zhuǎn)發(fā)引擎的處理過程包括了接口的轉(zhuǎn)發(fā)、提取報(bào)頭、路由查表、報(bào)文的修改和處理以及輸出控制等的五個(gè)方面。 （ 9） QoS（英文全稱 Quality of Service，中文全稱服務(wù)質(zhì)量，下文中都以 QoS 簡 稱） 查表處理 ：在 DiffServ 協(xié)議幫助下完成 PHB 相互對(duì)應(yīng)，提供 QoS給高性能路由器。 （ 7）組播地址查表處理： 找到輸出接口列表 ，對(duì)組播地址查表完成部分控制邏輯。 （ 5）直連檢查處理：組播報(bào)文被檢查，看其是否與對(duì)應(yīng)的路由器相連。在安全過濾的基礎(chǔ)上記錄和轉(zhuǎn)發(fā) IP包。 轉(zhuǎn)發(fā)引擎的的功能 上文中對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)引擎的工作過程有一個(gè)清晰的分析，下面對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)引擎需要實(shí)現(xiàn)的功能做一個(gè)分析： （ 1） 輸入處理： 信號(hào)轉(zhuǎn)換和實(shí)現(xiàn)和線路接口模塊之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 ，得到 IP包，使得 IP數(shù)據(jù)包報(bào)頭和報(bào)文 緩存孤立 （ 2）報(bào)頭的有效性檢測(cè)處理：分析報(bào)頭，對(duì)版本域、負(fù)載長度等檢測(cè)其合法性和有效性以及檢測(cè) IP包是否有擴(kuò)展項(xiàng)。當(dāng)?shù)诙?完成后，依據(jù)第二步操作的結(jié)果來修改報(bào)頭，完成報(bào)頭修改后 IP 包被輸出到交換網(wǎng)絡(luò)。 轉(zhuǎn)發(fā)引擎工作過程如下：首先，外部 IP 包進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)引擎，轉(zhuǎn)發(fā)引擎就對(duì)其緩存，第二，在緩存中 IP 包，處理邏輯將其取出，再由處理邏輯對(duì) IIP 包的報(bào)頭進(jìn)行分析，將錯(cuò)誤的報(bào)文挑出來并且丟掉。另外，轉(zhuǎn)發(fā)引擎的實(shí)現(xiàn)基本上憑借它的功能模塊 。 圖 6 路由器結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)發(fā)引擎的任務(wù)是對(duì)輸入報(bào)文的 IP層進(jìn)行處理完成。它是一種分布式的并行多處理結(jié)構(gòu)。 3 路由器的轉(zhuǎn)發(fā)引擎分析 路由器的轉(zhuǎn)發(fā)引擎的概述 轉(zhuǎn)發(fā)引擎概述 伴隨路由器結(jié)構(gòu)體系的改進(jìn)，它的內(nèi)部的轉(zhuǎn)發(fā)引擎也在持續(xù)的高速發(fā)展著。我們要達(dá)到預(yù)定猜想，在指令預(yù)取隊(duì)列器 和目標(biāo)指令緩存的幫助下，可以在取指階段提前進(jìn)行轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)。這種方法用軟件實(shí)現(xiàn)。它亦被稱為局部性相關(guān)。二是建立一個(gè)專門的路徑，原理是操作必要數(shù)據(jù)直接從專用路徑中獲取，不需要再等待操作需要的數(shù)據(jù)寫入該指令存儲(chǔ)單元中。 數(shù)據(jù)相關(guān)可以劃分三種，它們是指令相關(guān)、主存空間數(shù)相關(guān)和通用寄存器組相關(guān) 。 解決的方法 有 1）完全流水化功能部件； 2）根據(jù)流水線中指令組合，設(shè)置足夠多的資源。有一些不能夠完全流水化生產(chǎn)功能部件的根本原因就是造成了資源相關(guān)。 下面就流水線相關(guān) 的三個(gè)方面開始分個(gè) 討論。造成這種現(xiàn) 象的原因是指令流（流水線上的工作），受到某種緣故的影響，在指令的一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，流水部件無法完成應(yīng)該完成的的操作，這種現(xiàn)象我們就稱為流水線相關(guān)。一個(gè)段線效率用公式表示為： 它就是是計(jì)算流水線的效率的基本公式。簡單來說流水線效率就是流水線中設(shè)備的使用率。 則流水線的加速比為： 公式中 是在順序執(zhí)行期間所要花費(fèi)的時(shí)間， 是采用用流水線方式后執(zhí)行花費(fèi)的時(shí)間，其就是加速比的公式。然后將它更改為 流水模式 ，流水速度兩者比值被稱為加速比。第二種方法，首先要把在各并行子過程之間的任務(wù)分配合同步控制解決好，其與把制約因素子過程再細(xì)分控制過程相比，它更加要復(fù)雜、需要的設(shè)備量更多。 為了對(duì)流水線的最大吞吐率進(jìn)行提升，首先要找出阻礙吞吐率的制約因素，然后想辦法解除制約因素。 若各個(gè)功能階段的時(shí)間相等，那么Δ ti=Δ t0 TPmax=1/Δ t0，若各功能段時(shí)間不相等， TPmax=1/max（Δ ti）由花費(fèi)時(shí)間最多的功能段所決定。流水線的最大吞吐率是 一個(gè)關(guān)于吞吐的數(shù)量。流水技術(shù)的性能指標(biāo)不僅僅關(guān)系著流水技術(shù)的好壞，而且對(duì)于使用流水技術(shù)的路由器也有著十分重要的影響，所以下面我們來對(duì)流水技術(shù)的性能指標(biāo)加以分析。 （ 5）各個(gè)子任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間應(yīng)盡量相等，如果延時(shí)過長將造成“斷流”問題 。 （ 4）同時(shí)有多個(gè)操作 在執(zhí)行。 （ 2）在流水線過程中，運(yùn)行一個(gè)操作過程可以分解成多個(gè)子操作（它們之間有互聯(lián)關(guān)系），并分別讓專門的功能組件運(yùn)行。若斷流，則會(huì) 效率會(huì)變差。它們特征如下： （ 1）持續(xù)不斷地操作是流水線處理的前提。在最初的時(shí)， CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中最先運(yùn)用到流水線技術(shù)，它被分為兩種：一是部件級(jí)別的流水，二是處理設(shè)備級(jí)別 的流水。它可以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能 。 2 流水技術(shù)的研究 流水技術(shù)的基本概念 什么是流水線技術(shù) 流水線（ pipelining）是一種將串 行工作的方式轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿泄ぷ鞯募夹g(shù)，在程序運(yùn)行期間，若干條指令在時(shí)間上重疊進(jìn)行并行操作的。 （ 9）路由器有很好的分離效果 。 （ 8）路由設(shè) 備即可以在中、小規(guī)模分級(jí)集中網(wǎng)中進(jìn)行運(yùn)用。另外，這種方法 有利于管理網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。 （ 7）首先對(duì)較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)劃分為微小段化，然后將劃分為微小段后的網(wǎng)段運(yùn)用路由設(shè)備互 連在一起。出于這個(gè)原因，路由設(shè)備能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議地址來進(jìn)行數(shù)據(jù)包的過濾 ,路由設(shè)備使用訪問控制列表 (Access Control List,簡稱 ACL)根據(jù)各種協(xié)議封包裝入的數(shù)據(jù)信息包并且對(duì)封包裝入過程加以掌控。 （ 6）路由設(shè)備對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層面的地址進(jìn)行檢查，從而發(fā)送數(shù)據(jù)的分組（ Packet）。 它是與網(wǎng)絡(luò)層 的各種協(xié)議都有著緊密聯(lián)系。 （ 5）路由器忙碌 于 OSI 的第三層。它可以去阻隔 廣播信息。 （ 3）在邏輯上相互不相同的的子網(wǎng)絡(luò)可以憑借路由器連接在一起，其中每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)全部看一個(gè)單一的子網(wǎng)廣播域，因此在子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與子網(wǎng)路之間，廣播信息在路由器中不會(huì)流通。在遠(yuǎn)程網(wǎng)上，它具有強(qiáng)大相互連接能力。它的功能體現(xiàn)在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)上。 路由器的主要特點(diǎn)是： （ 1）路由器，不一樣的 MAC 協(xié)議，不一樣的傳輸介質(zhì)，不相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和不一樣的網(wǎng)絡(luò)不同的傳輸速率是相互連接的，具有很強(qiáng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力。其特征是更加簡潔，花費(fèi)少，結(jié)構(gòu)簡單，但無法立即 適應(yīng)網(wǎng)絡(luò) 的狀態(tài)的改變 。 如果我們想?yún)^(qū)分關(guān)于路由的算法是動(dòng)態(tài)算法和靜態(tài)算法，我們 可以通過網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信的應(yīng)變能力來判斷 。一條路由蘊(yùn)含了目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址、掩碼、網(wǎng)關(guān)或者接口地址、路由開銷或度量等訊息。路由表中包括路由的有關(guān)信息。 為了目標(biāo)的完成，每個(gè)路由設(shè)備都會(huì)建成并保護(hù)路由表，在路由表中，其包涵蓋了能夠被本地連接的所有的網(wǎng)絡(luò)。 簡單的來說就是“方向?qū)Ш健惫τ?，基本上是用來?duì)數(shù)據(jù)信息包的轉(zhuǎn)而發(fā)送時(shí)為其指清楚方向的功能 。 路由器的基本功能和特點(diǎn) 路由器有一個(gè)最重要的功能。其放置攜帶下一跳地址的幀（該幀屬于數(shù)據(jù)鏈路層）。將 合適的數(shù)據(jù)鏈 路幀封 包裝 入 數(shù)據(jù)包。其交換過程主要通過 ARP技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 第四：出站口緩沖器有自己的作用。這么做的目的便于直連的接口（在路由器上），找到表項(xiàng)（位于流出接口的），然后把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去。反之，匹配不符，路由也未發(fā)現(xiàn)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)包會(huì)被丟棄，并且會(huì)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)控制信息協(xié)議（ Inter Control Message Protocol，簡稱 ICMP）不可達(dá)到的消息給原設(shè)備。其后獲取匹配地址（該地址為最長的數(shù)據(jù)信息包報(bào)頭的目標(biāo)地址）。 第二：路由器運(yùn)行搜索的操作。通過 CRC校驗(yàn)，拆包，丟棄該幀。最后獲取目標(biāo)地址的路由。 路由器就會(huì)對(duì)路由表進(jìn)行 查看。 在 TCP/IP 協(xié)議控 制下，數(shù)據(jù)包到達(dá)路由器后，對(duì)于數(shù)據(jù)包，路由器將進(jìn)行拆除報(bào)頭（報(bào)頭屬于數(shù)據(jù) 鏈路層）操作，查找到目標(biāo)地址（其屬于網(wǎng)絡(luò)層）。一個(gè)信息包在抵達(dá)路由器以后立即進(jìn)入隊(duì)列，然后路由器遵從以下順序進(jìn)行處理：獲取數(shù)據(jù)信息包的目標(biāo)地址，對(duì)路由表進(jìn)行檢查，若是抵達(dá)目標(biāo)地有超過一條以上途徑，那么路由設(shè)備在對(duì)選擇道路途徑的中，他會(huì)選擇最佳路徑，路由器的選擇時(shí) 除了上面說的，在互聯(lián)網(wǎng)上的路由器的延長時(shí)間，分組長度和指定的服務(wù)類型等因素來綜合分析的數(shù)據(jù)集，然后根據(jù)這些做出決定，在道路途徑上選擇最優(yōu)的一個(gè)的決定。 假如同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中包含了源網(wǎng)絡(luò)和目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，則傳遞到該網(wǎng)絡(luò)所指定主機(jī)。 路由器使用的源地址和目的地址的網(wǎng)絡(luò)層的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的信息。 路由器的工作原理 Line Card Line Card Line Card Forword Engine Forword Engine Forword Engine CPU memory Line Card Line Card Line Card CPU memory Forword Engine Forword Engine Forword Engine 在開放式系統(tǒng)互聯(lián)（ Open System Interconnection，簡稱 OSI）七層協(xié)議中，它位于 網(wǎng)絡(luò)層，并且在其中工作。 通過對(duì)路由體系研究與分析，我們可以看出傳統(tǒng)路由工作模式依然是串行模式，路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能的不到提高，因此，本文中將引入流水線機(jī)制，在路由轉(zhuǎn)發(fā)的過程中改變傳統(tǒng)路由器的工作模式，使得路由器作業(yè)流水化、并行化，從而提高路由器性能。 從總線帶寬上看，這種方法節(jié)約了花費(fèi)。另一種的原理是將相互獨(dú)立的線卡和轉(zhuǎn)發(fā)處理器在共享總線的上連接。其分別為分布體系結(jié)構(gòu)和并行式體系結(jié)構(gòu)。 （ 3） 多個(gè)處理共享總線體系結(jié)構(gòu) 圖 3 多 個(gè) 處理共享總線結(jié)構(gòu) 這