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低端路由器设备技术规范简介 返回列表
低端路由器设备技术规范简介(魏亮)

一、立项背景

    鉴于互联网广泛应用,路由器在数据通信中起到越来越重要的作用。同时路由器作为全球互
联网络中的核
心设备,需要先进的路由算法、高可靠性、先进的可维护可管理特性、高性能转发能力、强大的互
联互操作能
力。随着路由器在电信行业中的广泛使用,对路由器提出了新的要求:电信级的高可靠和高性能。
所以,对路
由器设备作技术规范势在必行。
    由于路由器种类繁多,用途各异,可以有多种分类方法。按其性能分为高端路由器和低端路
由器。当前高
端路由器通常指背板能力超出40G、支持高速(155M以上)接口的路由器。在上述能力以下的路由
器为低端路由
器。低端路由器一般位于公网边缘,用作接入边缘网。本规范为《低端路由器设备技术规范》。
    由于当前TCP/IP已成为事实标准,IPv4在网络中占绝对优势,IPv6因其固有的优越性,有
可能将来被广泛
应用,所以本规范着重针对IPv4,建议路由器支持IPv6,但不作规范。

二、编制说明

    除本规范所描述的路由器外还有内嵌路由器和透明路由器。内嵌路由器指除提供路由功能外
还提供操作系
统功能的计算机系统。由于其固有的缺陷,规范建议不使用。透明路由器又称共享地址路由器,在
规范中虽没
作规定,但不排斥使用。
    规范制定的主要依据是RFC文档。由于路由器牵涉大量的技术,规范无法包含所有相关协议的
内容。所有协
议的具体内容参见相关协议标准或KFC文档。但是简单地罗列相关RFC文档号和协议名称是不恰当
的。这是因为
:
    (1)在协议的要求中有一些比较重要,有一些是任选的。
    (2)某些要求在路由器的应用中非常关键,对于其他应用或设备却无关紧要。
    (3)某些厂商会因特定原因选择不同的特性。
    本规范在指定路由器必须实现的协议时不重复应用协议的内容,只规定协议中必须实现的内
容,可选的内
容,不需实现的内容,对同类协议作选择。
    本规范是工作在复杂多样的互联网中的路由器必须遵守的规范。尽管当前路由器不能完全符
合规范,但必
须努力达到要求。由于互联网的复杂性以及现实情况的多样性,本规范作为建议标准推行。
    本规范制定的主要依据是当前互联网技术和当前版本的协议及RFC文档,随着这些领域技术的
更新以及相关
协议或RFC文档版本的更新,规范应作相应更新或补充。

三、应用范围

    本规范适用于低端路由器设备研制开发和技术引进。
    本规范规定了低端路由器的技术要求包括功能、指标、通信接口、通信协议、环境要求等。
低端路由器一
般位于公网边缘用作接入边缘网。
    本规范着重规范支持IPv4的路由器,不包括支持IPv6的路由器。对支持NetWare的路由器与
支持AppleTalk
的路由器只作简单规定。这里所说的路由器均特指低端路由器。

四、主要内容

    1.定义
    路由器是工作在OSI参考模型第三层(网络层)的数据包转发设备。路由器通过转发数据包来
实现网络互联
。虽然路由器可以支持多种协议(例如TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等),但是在我国绝大多
数路由器运行
TCP/IP协议。
    路由器是连接IP网的核心设备。路由器通常连接2个或多个由IP子网或点到点协议标识的逻辑
端口,至少拥
有1个物理端口。路由器根据收到数据包中的网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端
口以及下一跳
地址,并且重写链路层数据包头实现转发数据包。
    通常路由器通过动态维护路由表反映当前的网络拓扑。路由器通过与网络上其他路由器交换
路由和链路信
息来维护路由表。
    低端路由器通常位于网络边缘,用作接入边缘网的路由器。除非特别指出,低端路由器应符
合上文对路由
器的要求。
    2.路由器功能
    路由器通常实现下列基本功能:
    (1)实现IP、TCP、UDP、ICMP等互联网协议。
    (2)连接到2个或多个数据包交换的网络。对每个连接到的网络,实现该网络所要求的功
能。这些功能包
括:
    ①IP数据包封装到链路层帧或从链路层帧中取出IP数据包。
    ②按照该网络所支持的最大数据包大小发送或接收IP数据包。该大小是网络最大传输单元
(MTU)。
    ③将IP地址与相应网络的链路层地址相互转换。例如将IP地址转换成以太网硬件地址。
    ④实现网络支持的流量控制和差错指示。
    (3)接收及转发数据包,在收发过程中实现缓冲区管理、拥塞控制以及公平性处理。
    ①出现差错时辨认差错并产生ICMP差错及必要的差错消息。
    ②丢弃生存时间(TTL)域为0的数据包。
    ③必要时将数据包分段。
    (4)按照路由表信息,为每个IP数据包选择下一跳目的地。
    (5)支持至少1种内部网关协议(IGP)与其他同一自治域中路由器交换路由信息及可达性信
息。支持外部
网关协议(EGP:exterior gateway protocol)与其他自治域交换拓扑信息。
    (6)提供网络管理和系统支持机制,包括存储/上载配置、诊断、升级、状态报告、异常情
况报告及控制
等。
    3.路由器接口/协议
    (1)物理接口
    路由器常见的接口有:通用串行接口(通过电缆转换成RS232DTE/DCE接口、V35DTE/DCE接
口、X.21DTE/
DCE接口、RS449DTE/DCE接口和EIA530DTE接口等)、10M以太网接口、快速以太网接口、
10/100自适应以太网
接口、千兆以太网接口、ATM接口(2M、25M、155M、633M等)、POS接口(155M、622M等)、
TokenRing接口、
FDDI接口、E1/TI接口、E3/T3接口、ISDN接口等。
    (2)链路层
    ①链路层接口/协议
    ●对每个收到的数据包,链路层必须将下列信息传输到上层
    --IP包;
    --链路层数据包的数据部分长度;
    --收到该数据包的物理接口标识;
    --数据包目的地物理地址的分类:普通包、广播包或组播包;
    --源物理地址。
    ●对每个需要传输的数据包,Internet层必须提供下列信息
    --IP包;
    --IP包长度;
    --目的地物理地址;
    --下一跳IP地址;
    --链路层优先级值。
    ②链路层包括的附加要求
    ●地址解析协议(ARP):实现ARP的路由器必须符合RFC1122中ARP部分。对代理ARP,
Gratuitous ARP的实
现可选。
    ●Ethernet与IEEE802.3共存:具有10M以太网的路由器应符合标准RFC1122中对以太网的要
求。
    ●最大传输单元(MTU):每个逻辑端口的MTU必须在该链路层合法的MTU范围内可配置。
    ●点到点协议(PPP):对点到点协议的实现必须符合RFC1661,RFC1332,RFC1334和
RFC1994。
    ●接口测试:路由器必须提供一种机制允许路由软件决定某物理接口是否可用。
    (3)Internet层协议
    IP协议:路由器必须实现IP协议,并符合RFC791。路由器必须实现与IP相关的子网(符合
RFC950),IP广
播(符合RFC922)和无类域间路由选择(符合RFC1519)。
    ICMP协议:ICMP是辅助协议,它为IP提供路由、诊断和差错处理功能。ICMP在标准STD5,
RFC792中描述。
路由器必须支持ICMP。
    (4)传输层协议
    路由器通常应该支持传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。
    ①用户数据报协议
    用户数据报协议在RFC768中规定。
    路由器实现的UDP必须符合,且无条件符合RFC1122的要求。
    本规范不规定不同协议层间的接口。
    与RFC1122相反,路由器应该产生UDP校验和。
    ②传输控制协议——TCP
    传输控制协议在标准RFC793中规定。
    除下面所述之外,路由器实现的TCP必须符合,且无条件符合 RFC1122的要求。
    (5)应用层协议——路由协议
    互联网路由系统包含两部分:内部路由与外部路由。自治域(AS)允许描述一组路由器从内
部路由到外部
路由的转变。IP数据包通常要穿过两个或多个AS的路由器才能到达目的地,AS系统必须相互提供
拓扑信息才能
允许这种转发。内部网关协议用作在AS内部分发路由(AS内部路由)信息。外部网关协议用作在
AS间交换路由
(AS间路由)信息。
    ①内部网关协议(IGP):用作在特定AS内部路由器间分发路由信息。对特定IGP算法的实现
相对独立,但
必须实现下列功能:
    ●应能迅速反映AS内部拓扑的改变;
    ●提供一种机制使电路振荡时不引起连续的路由更新;
    ●提供快速收敛成无环回(loop-free)路由;
    ●使用最少的带宽;
    ●提供等效路由以便负荷分担;
    ●提供一种认证的路由更新方法。
    路由器除实现静态路由外,必须实现OSPFv2,IS-IS,RIPv2。
    ②外部网关协议:自治系统间使用,为特定自治系统内一组网络与相邻自治系统交换可达性
信息。路由器
必须实现BGP4。
    ③静态路由:静态路由提供一种途径来显示定义到一个特定目的地的下一跳路由器。路由器
应提供一种途
径来定义到特定目的地的静态路由,其中目的地由网络前缀定义。该机制应允许对每一条静态路由
指定度量(
metric)。
    4.性能指标
    (1)路由器的丢包率(packet loss rate)
    丢包率是指测试中所丢失数据包数量占所发送数据包的比率。通常在吞吐量范围内测试。丢
包率与数据包
长度以及包发送频率相关。在一些环境下可以加上路由抖动,大量路由后测试。
    IP包在路由器轻载条件下(吞吐量的10%),丢包率小于0.1%(暂定)。
    IP包在路由器重载条件下(吞吐量的80%),丢包率小于0.3%(暂定)。
    (2)路由器吞吐量(throughput)
    吞吐量是路由器的包转发能力。它与路由器端口数量、端口速率、数据包长度、数据包类
型、路由计算模
式(分布或集中)、测试方法等有关。一般泛指处理器处理数据包的能力。本规范对吞吐量未作具
体规定。只
列为重要的性能指标。
    (3)路由器的时延(latency)
    路由器时延指需转发的数据包最后1比特进入路由器端口到该数据包第1比特出现在端口链路
上的时间间隔
。该时间间隔是存储转发方式工作的路由器的处理时间。对于cut through方式工作的设备可能会
得到负的时延
(该种设备在收到部分数据包后即开始转发)。
    通常所测试的时延是指测试仪表发出数据包到经过路由器转发后收到该数据包的时间间隔。
上述时延与测
试数据包的长度、链路速率及吞吐量都相关。
    时延对网络性能影响较大。特此暂作如下规定:
    64 Byte IP包时延小于1ms。
    512 Byte IP包时延小于15ms。
    1518 Byte IP包时延小于350ms。
    (4)路由器认证技术指标
    路由器支持PPP等协议时应当支持连接认证技术,即:应支持PAP/CHAP认证。PAP/CHAP认证
符合RFC1994规
范。
    认证的平均响应时间小于3s。
    (5)路由表容量
    路由表容量指路由器运行中可以容纳的路由数量。
    本规范对路由表容量未作具体规定。只列为重要的性能指标。
    (6)背靠背帧数(back-to-back frame)
    路由器能够处理的最大背靠背帧数。
    背靠背帧是指一组固定长度的帧,帧间间隔是媒体所允许的最小帧间隔。
    本规范对背靠背帧数未作具体规定。只列为重要的性能指标。
    (7)计费
    路由器应当能通过例如Radius协议提供计费数据。
    (8)同步
    低端路由器采用主从同步方式。
    低端路由器内部时钟应采用4级时钟设备。
    低端路由器内部时钟主要性能要求如下:
    ①时钟单元可采用一般晶体时钟。
    ②自由运行频率准确度:±50×10(负6次方)。
    ③牵引范围:±50×10(负6次方)。
    (9)可靠性指标
    ①系统无故障连续工作时间(MTBF):大于8760h。
    ②系统故障恢复时间:小于0.5h。
    ③关键设备应有备份。

五、结束语

    本文简单介绍了《低端路由器设备技术规范》的立项背景、编制说明以及主要内容。随着数
据通信的发展
,路由器将起到越来越重要的作用。路由器标准化将是必然趋势。希望本文能对读者加深了解《低
端路由器设
备技术规范》有所帮助。
 
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