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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 XR109

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-Probe185

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