2.多级交换结构

　　多级交换结构是由多个交换单元互联起来的，每个交换单元具有一整套输入输出，与普通交换机类似，提供输入输出的连接。通过互联多个小的交换单元，就可以制造一个大型的、可扩展的交换结构。多级结构之间的不同取决于交换单元之间是如何互联的。典型的结构包括Benes网、Butterfly网、Clos网等形式。

　　Benes网使用方形交换单元（即：输入输出端口数相同）进行多级互联。一般来说，3级N部Benes网的每一级均可以用N个输入/输出端口和N个交换单元来构造（如图4所示）。这个格形结构在每个输入端和每个输出端之间形成N个可能的通路。Benes输出可以扩展至任意奇数级。

　　虽然对于小型系统单级结构的设计相对简单，成本也相对低，但是它不能满足下一代Internet扩展的需要。多级结构在操作上较复杂，但是可以扩展到成百上千个端口，这对于下一代Internet核心路由系统是绝对必要的。在多级拓扑结构中，Benes结构是最佳选择，因为它的系统复杂程度最低，性能好且满足可扩展的要求。

    路由表的快速查找技术

　　随着Internet上计算机数量的急剧增长,同时用户对带宽的需求的不断增加,使得路由表的快速查找成为目前最需迫切解决的问题。传统的基于软件的路由查找策略，如树或哈希算法，其执行过程都是相当慢的，而且与路由表的大小相关联。所以，这些方法只能用于比较小的、性能较低的包转发应用。

　　使用路由表压缩技术，将路由表按特定的分布规律压缩后存放在处理器的高速缓存中，这样可以大大提高查询速度。但是数据结构的高度优化和压缩使得路由表的更新需要花费更多的寄存器访问和处理器周期。当路由表增大时，这个值还会增加。在路由表更新时，输入的数据包必须被缓存或丢弃，降低了路由器的性能。

　　另外，基于软件查找和更新路由表的不确定性增加了包传输时的抖动，因此必须进行包的缓存，在高速率时还会造成丢包。因此，为了适应网络的发展，理想的包转发方案必须能够不但保证线速的数据转发速率，并且要提供足够大的路由表来满足下一代的路由设备的需要（在边界位置应达到512K）。同时它还要能够以很小的更新时延来处理长时间的突发路由表更新。尽管通常路由表的更新为每秒几百次，但瞬间突发更新则可能会高出很多。

　　要解决这个问题，目前来看最为有效的办法是采用专门的协处理器结合内容寻址寄存器CAM（Content addressable memory）解决方法以及cache解决方法来完成快速路由查找或更新。但是核心路由器需要的转发表非常大，因此对于核心路由器，cache只是一种辅助的方法，需要有足够大的cache能把整个转发表放进去，并且仍然需要快速算法，还可以将逻辑控制器和存储器集成于单一器件中，以缩短存储器的访问时间。

    QoS

　　QoS是服务质量（Quality of Service）的缩写。IP协议的延迟长且不为定值，丢包造成信号不连续且失真大使得使用IP传送多媒体信息的应用受到限制。解决IP网络对QoS的支持是下一代Internet技术发展的主要方向。路由器支持QoS的程度也成为评价路由器性能的主要指标。　　目前QoS主要有两种实现框架：IS(Integrated Service)和DiffServ (Differentiated Service)。

　　IS应用资源预留协议RSVP( Resource Reservation Protocol)在实时业务发送前建立发送通道并预留资源。它为一个数据流通知其所经过的每个节点（IP路由器），与端点协商为此数据流提供资源预留。但RSVP是以每一个数据流为协商服务对象，在网络流量爆炸性增长的情况下，路由器转发的数据流个数急剧增长，路由器已经根本不可能再为每个数据流进行复杂的资源预留协议。而且当由于线路繁忙或路由器故障等原因，路由修改时，需要重新进行一次相对耗时RSVP过程。

　　DiffServ则是一种分散控制策略，它的工作流程是：终端应用设备通过SLA（Service Level Agreement）与边缘路由器协商获得其应用数据流可得到保证的服务级别。根据这个服务级别，边缘路由器为每个接收到的数据包打上级别的标记，而核心路由器则只是根据每个包的服务级别的标记决定转发时的调动行为。

    MPLS技术

　　多协议标签交换MPLS(Multiprotocol Label Switching)技术是对ATM标记交换和IP路由协议的有机结合。

　　通过MPLS的LDP协议建立IP的路由表和MPLS的标记转发表的映射，并根据映射信息为通过MPLS的网络的流量建立一条标记交换路径（LSP）——可采取拓扑驱动的方式或数据驱动的方式。所谓的拓扑驱动方式就是给路由表的每一项路由条目建立一条通过MPLS网络的标记交换路径，而数据驱动的方式是当数据报到达MPLS网络时才为数据报的目的地所在的路由表项建立一条通过MPLS网络的标记交换路径。

　　MPLS网络由若干LER和LSR组成，LER和LSR通常是同时具有IP功能和MPLS功能的LER根据已建立的标记路径，将进入MPLS网络的IP数据报打上标记，转发到下一个LSR，LSR查MPLS的标记转发表用该标记交换路径中的标记替换数据报的标记，继续转发给后续LSR直到到达MPLS网络的边缘LER，LER将数据报的标记去掉按IP数据报向下转发报文。

　　MPLS的优点在于将IP技术中的完全无连接的分组交换方式转化为MPLS中“软”的有连接（根据LDP协议建立标记交换路径）的分组交换方式，首先减少了分组通过MPLS网络的查IP路由表的次数，替代为查询标记转发表，提高了转发效率；其次解决了TCP数据通过IP网络的失序问题（流量在网络各接点无故障状态下将沿同样的路径通过网络，将按进入网络的顺序离开网络），减少了端到端通信中的两端站点对数据的排序时延，使MPLS网络可以很好地服务于实时应用。

    光路由器

　　随着因特网的迅猛发展以及因特网数据业务量的爆炸性持续增长，在网络连接方面迫切需要扩大网络容量。同步光纤网（SONET）难以承受因特网如此巨大的业务量。密集波分复用（DWDM）技术应运而生，未来的骨干网络将步入一个全光网的时代。全光网带宽巨大，处理速度高，必然要求未来的路由器向着具有更高的传输速率以及更大的传输带宽的方向发展。不仅如此，它还应很好地解决以往路由器中长期扰人们的QoS、流控和价格昂贵问题。

　　光路由器是一个很好的解决方案。光路由器是在网络核心各光波长通道之间设置MPLS协议和波长选路协议（WaRP）控制下的波长选择器件，实现选路交换，快速形成新的光路径。波长的选路路由由内部交叉矩阵决定，一个N×N的交叉矩阵可以同时建立N×N条路由，波长变换交叉连接可将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用不同波长的任何光纤上，具有很高的灵活性。

　　目前，国内外的电信设备供应商（TEP）和IP设备供应商（IEP）都在加紧研制开发系列化的光交换/光路由产品。光路由器产品主要有Cisco 的ONS15900光路由器，Corvis的CoreWave光路由器，Monterey Networks公司的Monterey 20000 波长路由器。