第1章 高性能路由器概述 1
1.1 高性能路由器的兴起与发展 1
1.1.1 高性能路由器的基本特征 1
1.1.2 高性能路由器产品演化历程 2
1.1.3 高性能路由器发展的应用需求 3
1.1.4 高性能路由器使能技术 5
1.2 高性能路由器的组成 6
1.2.1 高性能路由器的基本组成 6
1.2.2 高性能路由器的结构特点 7
1.2.3 高性能路由器软件系统 10
1.2.4 高性能路由器信息模型 11
1.3 高性能路由器新型体系结构 14
1.3.1 集群路由器 14
1.3.2 开放架构路由器 16
1.3.3 可编程路由器 19
1.3.4 构件化可重构路由器 19
1.3.5 虚拟路由器 20
1.4 高性能路由器的扩展性设计 23
1.4.1 高性能路由器实现的扩展性 24
1.4.2 并行技术的应用 25
1.5 高性能路由器可靠性设计 26
1.5.1 路由器的可靠性要求 26
1.5.2 平稳重启和无中断转发 27
1.5.3 硬件系统的冗余设计 28
1.5.4 软件系统的可靠性 29
1.5.5 在线升级能力 29
1.5.6 对网络可靠性的支持 29
1.6 高性能路由器服务的灵活性 30
1.6.1 服务分离 30
1.6.2 高性能的服务 30
1.6.3 控制平面的调节能力 30
1.6.4 接口的灵活性 30
1.6.5 转发引擎的灵活性 31
1.6.6 服务质量支持 31
1.7 高性能路由器服务的能耗设计 31
第2章 高速交换技术 34
2.1 基本交换结构 34
2.1.1 基本交换结构 34
2.1.2 共享内存结构 34
2.1.3 Crossbar交换结构 35
2.2 Crossbar工作模式与调度算法 37
2.2.1 Crossbar交换结构的分类 37
2.2.2 Crossbar调度算法类型 41
2.2.3 单播调度算法 42
2.2.4 组播调度算法 45
2.2.5 支持服务质量的调度算法 48
2.2.6 交换背板的设计 51
2.3 高可扩展交换结构 51
2.3.1 Crossbar的局限性 51
2.3.2 多级交换结构 52
2.3.3 动态多级交换网络 53
2.3.4 静态多级交换网络 58
2.3.5 并行分组交换网络 60
第3章 高性能转发引擎 62
3.1 转发引擎的功能与结构 62
3.1.1 多协议转发功能 62
3.1.2 服务质量控制 63
3.1.3 安全策略控制 64
3.1.4 转发引擎的结构 64
3.2 路由查找 65
3.2.1 最长前缀匹配 65
3.2.2 IP路由查找面临的挑战 66
3.2.3 高性能路由器的路由表查找 68
3.2.4 硬件直接查表算法示例 69
3.2.5 TCAM算法示例 70
3.3 转发引擎流量管理系统 72
3.3.1 流量管理系统的组成 72
3.3.2 报文分类 73
3.3.3 流量测量 73
3.3.4 流量管制 75
3.3.5 流量整形 76
3.3.6 报文调度 76
3.3.7 缓冲区管理 77
3.4 报文分类 79
3.4.1 报文分类技术 79
3.4.2 报文分类面临的挑战 80
3.4.3 典型的分类算法 81
3.5 排队与调度 81
3.5.1 排队 81
3.5.2 RED算法 83
3.5.3 报文调度 88
3.5.4 基本调度算法 90
3.6 Cisco快速转发技术 95
3.6.1 基于Cache的转发 96
3.6.2 Cisco快速转发 96
3.6.3 Cisco分布式快速转发 97
第4章 高性能路由器软件系统 99
4.1 路由器软件系统结构的演化 99
4.1.1 传统路由器软件结构的局限性 99
4.1.2 高性能路由器软件系统基本结构 100
4.2 高性能路由器软件系统的功能组成 101
4.2.1 软件组成 101
4.2.2 操作系统 102
4.2.3 路由协议和信令 106
4.2.4 用户界面 106
4.3 Cisco IOS软件系统 107
4.3.1 IOS概述 107
4.3.2 Cisco IOS结构 107
4.3.3 Cisco IOS XR 109
4.4 高性能路由器软件系统的性能设计 110
4.4.1 路由系统的扩展性 110
4.4.2 软件系统性能设计 110
4.4.3 路由协议及其扩展性 112
4.4.4 提高路由系统扩展性的途径 114
4.5 高性能路由器软件系统的可靠性设计 115
4.5.1 实现软件系统可靠性的基本途径 115
4.5.2 稳定性设计 116
4.5.3 软件系统可靠性结构 116
第5章 路由协议并行实现 120
5.1 BGP并行处理方法 120
5.1.1 域间路由性能问题 120
5.1.2 BGP协议并行处理方法 121
5.2 BGP并行处理模型 124
5.2.1 BGP协议实体 125
5.2.2 C-BGP协议 126
5.3 BGP协议的并行路由计算算法 127
5.3.1 算法选择依据 127
5.3.2 BGP邻居会话的划分算法 128
5.3.3 内部路由视图一致性维护 129
5.4 BGP并行处理模型性能评价 133
5.4.1 BGP实体的功能分析 133
5.4.2 BGP实体的性能分析 134
5.5 多路由协议并行处理结构的转发表同步机制 135
5.5.1 相关工作 136
5.5.2 AREF路由同步机制 138
5.5.3 AREF同步机制性能分析 140
5.6 小结 144
第6章 可重构路由器的设计 145
6.1 可重构路由器概念与相关技术 145
6.1.1 研发需求 145
6.1.2 相关工作 146
6.1.3 可重构计算系统 147
6.1.4 构件化技术 150
6.1.5 软件定义网络（SDN） 151
6.2 开放可重构路由器体系结构 153
6.2.1 开放可重构路由器系统组成 153
6.2.2 开放可重构路由器平台模型 154
6.2.3 控制组件的构件支撑技术 155
6.2.4 硬件平台可重构的支撑技术 157
6.3 开放可重构路由器硬件设计 158
6.4 开放可重构路由器软件设计 160
6.4.1 可重构路由器软件系统总体设计 160
6.4.2 可重构控制实体软件结构设计 161
6.5 构件运行平台及构件设计 163
6.5.1 可重构路由器构件总体运行环境 163
6.5.2 硬件构件设计 164
6.5.3 软件构件设计 171
6.5.4 可重构路由器转发构件设计及其实例 173
6.6 基于NetMagic的硬件开发 180
6.6.1 NetMagic模型 180
6.6.2 NetMagic的硬件开发模型 181
6.6.3 NetMagic硬件开发的关键技术 184
6.6.4 NetMagic的硬件参考设计——NM-Probe 185
6.7 小结 187
第7章 虚拟路由器的设计 189
7.1 虚拟路由器研发现状 189
7.1.1 网络虚拟化的概念 189
7.1.2 网络虚拟化技术的研究与试验 190
7.1.3 路由器厂商对网络设备虚拟化的支持 191
7.1.4 网络设备的虚拟化与软件定义网络 192
7.2 虚拟路由器实现模式及其比较 193
7.2.1 虚拟路由器实现模式 193
7.2.2 虚拟路由器实现模式的比较 193
7.2.3 虚拟路由器实现模式的选择 195
7.2.4 虚拟路由器实现示例 195
7.3 软硬件结合的虚拟路由器设计 196
7.3.1 网络虚拟化设备支撑体系 196
7.3.2 软硬件结合的二维虚拟化路由器结构模型 197
7.3.3 网络资源的虚拟化技术 199
7.3.4 虚拟网络资源的统一管理和调度技术 201
7.3.5 控制平面的软件虚拟化技术 203
7.3.6 数据平面的虚拟化技术 204
7.4 小结 205
附录 缩略语 207
参考文献 212