标题：高端路由器
基本内容
高端路由器是指在Internet骨干网核心使用、性能优良、具有高密度高速端口和巨大交换容量的新一代路由器产品.通常将背板交换能力大于40Gbits的路由器称为高端路由器,背板交换能力40Gbits以下的路由器称为中低端路由器.以市场占有率最大的Cisco公司为例,12000系列为高端路由器,7500以下系列路由器为中低端路由器。
高端IPv6 路由器可提供高速交换式背板,无阻塞交换容量达到64 G/ 128 G或以上; 提供10 G/ 2. 5 GPOS10 GE、155/ 622 M POS 等丰富的接口类型;符合IPv6 相关的RFC标准规范;具备基于IPv4/ IPv6 的线速包转发和包处理能力;模块化软件体系结构,多处理器分布式通信机制;分布式SNMP设计;组网灵活,体系支持MPLS、RPR、MSR;高可靠性措施(关键部件UPC、SFC、电源等冗余配置) 。
供电系统
高端路由器在结构上一般设计成机柜形式，用背板进行信号转接，从而将十几块到几十块具有不同功能的插件卡联系在一起，来完成各种通讯功能。针对这种机械结构，供电系统一般采用48V母线分布式供电结构，先将交流220V转换成直流48V，然后利用DC/DC转换器将48V转换成各插件卡所需的各种工作电压如5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.5V等。所有DC/DC转换器均与负载设计在一块印制板上或放置在距离负载板非常近的地方，再通过导线连接到负载板上。
这种供电方式的优点为：采用48V电压传送直流电流，母线上电流很小，容易实现插件热插拔，提高系统的可维修性；直流地线与能量输送线相互独立，直流地线上没有大电流通过，有效地减少了系统地线电位差，有利于提高全系统供电的一致性及减少共模传导干扰；电源的稳压输出端非常靠近负载，能获得很高的供电质量。
在分布式供电系统设计中，板上DC/DC转换器的选择和设计是最关键的问题。每块负载板都需求多种电源，且各种电源的电流要求大不一样。因此，如何确定DC/DC转换器的形式成为设计中最为重要的问题。近年来，电源器件发展相当迅速，各种隔离型转换器、非隔离型转换器、负载点转换器(POL)、VRM、LDO不断推出，为分布式供电系统的普及和发展提供了充足的条件。
下面以3.3V、2.5V、1.8V、1.5V输出为例，简单介绍几种不同形式的板上DC/DC转换器的供电结构。
1. 每路电源输出均采用隔离型转换器。
2. 中间总线变换器之后接非隔离型转换器。
3. 高电压(&gt;2.5V)用隔离型转换器，其他低电压用非隔离型转换器从高电压中转换。
这三种形式的供电结构各有其优缺点：采用宽输入范围、可调节的总线转换器的中间总线结构在成本、占用空间和功耗上代价更高；全部采用隔离型转换器在效率方面最高，成本较中间总线结构稍低；在某些应用中，当有一个3.3V的大电流电源时，采用3.3V转换器作为总线转换器比全部采用隔离型转换器的成本更低，但在功耗方面稍高；当全部电压都低于2V时，采用隔离型转换器是所有方案中最有效的。在实际应用中可根据成本、负载电流的大小、效率、PCB板面积、动态响应和滤波等要求来综合考虑，以获得一个最优的供电方案。
市场现状
高端路由器是Internet骨干网建设的核心设备。相对中低端传统路由器而言，高端路由器是可运营的电信级路由器设备，高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是其关键属性。由于能有效拓宽Internet骨干网原始带宽，消除网络节点的带宽瓶颈，解决Internet骨干网日益面临的流量压力，新一代高端路由器正成为电信运营商核心网络建设的新宠。随着宽带网络建设和行业信息化出现高潮，高端路由器正在逐步拓广其应用场合，除Internet骨干网络等高端路由器传统应用领域外，高端路由器应用场合正向运营商城域网络、行业专网、企业网络、校园网等领域渗透。 
目前，中国高端路由器市场，主要设备厂商有Cisco、Juniper、Lucent、华为、Unisphere和Alcatel等。Cisco仍然是高端路由器市场领导者；Juniper、华为是其高端路由器主要竞争对手，市场份额在不断扩大，成为打破高端路由器市场垄断的主力军；而中兴、大唐和烽火将成为高端路由器市场不容忽视的新生力量。
国外品牌仍然占据强势
高端路由器是网络设备厂家主要获利工具，各厂家都希望通过在高端路由器市场中占有一席之地，来拉开与众多网络设备厂家的差距，并以此作为战略目标。随着一些老牌路由器厂家逐渐退出路由器市场，Cisco通过高层访华和技术培训等公关策略，加强与运营商高层和地方电信的关系，引领中国电信等骨干路由器网络市场。
国产品牌正在迅速崛起
随着国产厂商在高端路由器领域产品研发和市场开拓的力度不断加大，以华为、中兴、大唐等为代表的民族企业，正在迅速切入高端市场。作为国内民族通信产业优秀代表的华为，在高端路由器领域已经形成了极强的市场冲击力，成为Cisco在中国高端路由器市场的无法忽视的竞争对手。华为NE系列高端路由器已在电信、移动等众多运营商市场得到大规模商用，打破了国外厂商一统高端路由器市场的格局。中兴ZXR系列高端路由器，也已通过中国电信和中国联通设备选型测试，并在上海、福建等地IP城域网中实现商用。此外，大唐、清华比威、烽火和巨龙等民族通信企业也在积极推进其高端路由器产业化进程。
测试分类及内容
高端路由器测试需要连接两个或多个逻辑端口，至少拥有一个物理端口。路由器根据收到的数据包中网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一条路由器地址或主机地址，并且重写链路层数据包头。路由表必须动态维护来反映当前的网络拓扑。路由器通常通过与其他路由器交换路由信息来完成动态维护路由表。
(一)高端路由器测试分类
当前路由器分类方法各异。各种分类方法有一定的关联，但是并不完全一致。通常可以按照路由器能力分类、结构分类、网络中位置分类、功能分类和性能分类等方法。在路由器标准制定中主要按照能力分类，按能力分为高端路由器测试和低端路由器。背板交换能力大于20Gbit/s，吞吐量大于20Mbit/s的路由器称为高端路由器。交换能力在上述数据以下的路由器成为低端路由器。与此对应，路由器测试规范分为高端路由器测试规范和低端路由器测试规范。
(二)测试目的及内容
通过测试路由器，可以了解到哪些路由器能提供最好的性能、路由器在不同负载下的行为、模型化网络使用路由器的设计参数、路由器能否处理突发流量、路由器的性能限制、路由器能否提供不同服务质量、路由器不同体系结构对功能和性能的影响、高端路由器测试的功能特性和性能指标、路由器的使用是否影响网络安全、路由器协议实现的一致性以及路由器可靠性和路由器产品的优势和劣势等内容。低端路由器设备测试主要包括：常规测试，即电气安全性测试;环境测试，包括高低温、湿度测试和高低温存储测试;物理接口测试，测试低端路由器可能拥有接口的电气和物理测性;协议一致性测试，测试协议实现的一致性;性能测试，测试路由器的主要性能;管理测试，主要高端路由器测试对无大项网管功能的支持。
高端路由器测试主要包括：接口测试，高端路由器测试可能拥有的接口测试;ATM协议测试，测试ATM协议要求;PPP协议测试，测试PPP协议的一致性;IP协议测试，测试IP协议一致性;路由协议测试，测试路由协议一致性;网管功能测试，验证测试网关功能;性能和QoS测试，高端路由器测试性能和QoS能力验证;网络同步测试，测试设备同步定时能力;可靠性测试，验证设备可靠性;供电测试，测试整机功耗等内容;环境测试，包括高低温、湿度测试和高低温存储测试。
上述两个测试规范由于起草单位以及起草时间不同，组织安排有所不同。除上述测试外，建议在测试中考虑下面所列测试项目。(1)功能测试：主要来验证产品是否具备了设计的每一项功能。(2)稳定性和可靠性测试：一般采取加重负载的办法来评估和分析设备在长时间、高负载的情况下的运行能力。(3)互操作性测试：不同的网络产品之间必须能够互操作。互操作性测试考察一个网络产品是否能在一个由不同厂家的多种网络产品互连的网络环境中很好地工作，如验证路由器与Cisco产品的互操作，交换机与Cisco、3Com、Lucent、Intel等的互操作等。
发展趋势
自世界上第一台千兆比路由交换器（GSR）在思科诞生以来，整个电信网络体系的核心业务节点开始发生根本性的变革。适应IP业务指数式爆炸性增长的趋势，几年来，高端路由器逐渐已经成为IP网络流量的中心，为支撑互联网的发展发挥出不可替代的关键作用。
目前，高端路由器是一种高技术含量的产品，用量不大，但对制造商的要求极为苛刻，因此市场门槛很高。尽管这一领域的竞争比较激烈，但思科依然保持了绝对的市场优势。总体看来，高端路由器作为一个比较特殊的领域，其市场发展的趋势主要有以下几个特点。
首先，高端路由器在网上具有核心地位，因此不仅要求其本身的处理能力强，更要求它具有良好的成熟性和互联互通性。电信是一个比较看重“经验”的市场，因此一个产品，尤其是骨干网产品，如果不具备大规模应用的基础，那么是很难被市场接受的。思科公司在与运营商、集成商、分销商甚至培训公司的多年合作中，准确把握住了电信业的需求，并且从建立了一个良好的应用价值链体系，从产品研发、市场销售、安装调试、实际运营乃至技术培训，各个环节都非常完善，创建了一个真正“多赢”的环境。
当前的电信运营业还有一个重要趋势，就是企业应用向广域扩展，电信业务向企业深层渗透，所以骨干网路由器如果能够与企业级IP设备无缝连接，效果会更佳。思科公司具有多年的企业网建设经验，深刻了解企业网的特点，这对于高端路由器的开发与部署大有裨益。
电信级的可靠性是运营商永恒的要求。思科的新型GSR引入了先进的冗余备份方案，例如交换矩阵“1+1”备份，接口板“1：N”备份，从而确保了网络无中断运行。其POS板采用APS自动保护切换方式，避免因为单点故障造成网络瘫痪。在电信级IP网络实际运行中，设备的调整是不可避免的。思科的所有接口板都具有热插拔功能，因为有冗余备份方案，又采用快速电子开关，因此热插拔不会造成数据包丢失。但是如果采用高速缓存的方式，就无法保证数据安全转发，给维护工作带来麻烦。例如，A接口板的包可能因为网络拥塞放在B接口板上备份，一旦对B板进行热插拔，数据包就会出现丢失。
操作系统是高端路由器的软件核心，主要实现路由引擎功能。思科公司的IOS操作系统是经过多年实际应用的成熟软件，其面向服务供应商专用的12.1版中包含经过测试的强韧的IP路由选择实施方案，用于扩展大型IP骨干网。由于在电信网络应用多年，该系统在稳定性方面具有独特的优势，支持的路由协议也是最为全面的。更为重要的是，当网络出现故障时，该系统的路由“学习”能力很强，可以在很短的时间内建立最优的路由表，便于最大限度地缩短故障时间，恢复运营服务。由于在各种路由器中均采用了统一的IOS操作系统，运营商的维护和培训工作便得到大大简化，降低了运营成本。
其次，高端路由器要在保持高速率的基础上，向优化的体系发展，这样才能够保证数据在转发过程中不会出现瓶颈。思科公司率先推出了10Gbps POS卡，目前在各大电信运营商中已经得到了广泛应用，并开始着手开发40Gbps的板卡。其最新的产品的交换容量可以扩展到320Gbps，从而适应网上数据海量扩展的需求。
新一代高端路由器引入了完全的分布式路由交换体系，能够以千兆比特的速度提供第3层路由选择功能。其交换矩阵采用快速的电子开关，这比高速缓存的方式具有不可比拟的优势。因为对于后者来说，数据进出速度受到存取速度的影响，在低于10Gbps时还不明显，一旦高于10Gbps处理起来便非常吃力，出现致命的延迟。此外，在接口板和中央处理器之间，新一代高端路由器往往采用了10Gbps的通道，这样便可以充分保证数据的线速转发。而如果采用4个2.5Gbps通道拼接的方式，不仅降低了效率，而且还容易因为次序错乱导致数据错误，例如在传输动态图像时可能出现动作次序的滑稽现象。
在接口卡方面，如何处理小IP包是非常关键的一环。因为对于VoIP这样数据量小、时延要求苛刻的应用来说，这一点极为重要。思科的接口卡采用了40字节吞吐量的设计，实现完全线速传输，比一般的路由器的效率高出60%。由此避免了VoIP应用中因丢包而造成质量下降。
再者，在新的阶段，作为互联网的核心动力引擎，电信运营商不仅对高端路由器的处理速度不断提出新的要求，尤为重要的是，他们开始越来越关注其业务功能。运营商不仅需要构建速度快的网络，更需要可盈利、利于开展业务的核心网。作为全球最大的互联网设备供应商，思科公司在这一领域积累了丰富的经验，一直引领着技术发展潮流。业务实现技术是高端路由器能否符合电信企业实际运营要求的关键，这既包括丰富的连接端口技术，又包括对增值服务的支持功能。由于运营商的网络基础不同，应用场合也千差万别，因此要求高端路由器有强大的适应性和灵活性。思科的高端路由器具有对各种速率线路卡的支持能力，从DS3直到10Gbps，并且支持快速以太网/千兆比以太网、动态分组传输、ATM等技术。它采用的高密度方案能够集合大量业务，包括基于ATM的话音业务、DSL高速接入、专线集合和互联网服务供应商集合；并可以应用在广域网骨干、城域网骨干、城域网边缘、园区网骨干等多种网络环境。
此外，在增值业务方面，业务流量管理和VPN等功能的引入使服务供应商和企业可以增强其服务能力。特别值得一提的是，其MPLS功能在IP网络上实现了面向连接的模式，使供应商在向IP演进过程中仍可支持传统的业务，如帧中继。网络核心中的GSR可以充当MPLS节点，根据MPLS报头中含的标签处理数据包，部署在MPLS核心与IP、帧中继或ATM网络之间的网络接口边缘上的GSR，执行增值功能。这种功能允许服务供应商部署基于IP协议的网络，并继续支持基于帧的业务。另一个主要的MPLS特性是基于路由预留特性的业务量管理，这种特性允许服务供应商和企业网络优化其网络中所有链路上的业务流。在用于企业网络骨干时，思科的GSR支持的特性包括线速CoS实施、组播业务优化、低时延企业话音业务等。[1]
指标参数
典型的高端路由器指标描述如下：
1.可靠性与可用性：无故障连续时间大于100000h；系统故障恢复时间小于30min；主备用系统切换时间小于50ms；SDH接口自动保护时间小于50ms。[2]