路由器的起源与演变

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2024-04-07 10:40:57 683

路由器的诞生可追溯到20世纪60年代末，当时计算机科学家和工程师伦纳德·伯斯特及其团队进行了开创性的研究，他们成功开发出了名为“Interface Message Processor (IMP)”的设备，这一发明成为了早期互联网架构中的关键组件之一。

IMP的作用是将数据分组从一个网络节点传输到另一个网络节点，可以看作是早期路由器的前身，它实现了数据的分组交换和路由功能。IMP的引入使得分布式计算和通信成为可能，为互联网的发展奠定了基础。

第一代路由器：世界上第一台商用路由器（AGS）

1984年，Leonard Bosack和Sandy Lerner夫妇在圣何塞创立了著名的思科公司，其创始人设计了一种叫做“多协议路由器”的全新网络设备，使得斯坦福大学中相互不兼容的计算机网络联接到了一起，这就是第一代路由器。

两年后，思科公司在1986年正式推出了第一款多协议路由器---AGS。

但第一代的路由器跟今天的路由器相比有很大的区别。第一代的路由器并没有太多的网络连接，主要是用于科研和教育机构以及企业连接到互联网。

第二代路由器：Cache技术

随着网络规模和流量的增大，人们需要更多的网络接口，路由器CPU和总线的负担也越来越重。针对这一问题，技术人员在路由器的网络接口卡中引入了Cache技术。将少数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上，如此一来，大部分报文可以通过缓存在Cache中的路由表进行直接转发，大大减小了路由器CPU和总线的负担。只对于Cache中找不到的报文传输到CPU进行处理，这就是第二代路由器。

第二代路由器转发性能提升较大，还可以根据具体的网络环境提供丰富的连接方式和接口密度，在互联网和企业网中得到了广泛的应用。

第三代路由器：路由与转发分离技术

20世纪90年代互联网高速发展，Web技术的问世让网络更加快速的发展，用户需要访问更多的网络，从Cache寻找路由信息不再像过去那样容易命中，路由器CPU和总线的瓶颈问题再次成为焦点。针对这一问题，引入了全分布式---路由与转发分离的技术，制造出第三代路由器。

第三代路由器通过主控板负责整个设备的管理和路由的收集、计算功能，并把计算形成的转发表下发到各业务板；各业务板根据保存的路由转发表能够独立进行路由转发。另外总线技术也得到了较大的发展，通过总线、业务板之间的数据转发完全独立于主控板，实现了并行高速处理，使得路由器的处理性能成倍提高。

第四代路由器：ASIC分布转发技术

90年代中后期，随着IP网络的商业化，Web技术出现以后，互联网技术得到空前的发展，互联网用户呈爆炸式增长。

网络流量开始以指数级数量迅速增长，过去基于软件的IP路由器技术不能够满足带宽的要求，报文处理中需要包含诸如QoS保证、路由查找、二层帧头的剥离/添加等复杂操作，过去传统的做法是不可能实现的。

于是，出现了ASIC分布转发技术。ASIC是 Application Specific Integrated Circuit（专用集成电路）的简称，ASIC分布转发技术基于硬件交换技术，它采用硬件的方式来实现转发的过程。ASIC硬件转发芯片包含多个硬件表格和查找引擎，能够快速查找到设备中的路由表等信息，并且它还具备自适应的能力，能够自动调整硬件表格和查找引擎的容量来应对网络流量的变化。这样一来，使得路由器的性能达到千兆比特，即早期的千兆交换式路由器(Gigabit Switch Router，GSR)。

第五代路由器：NP技术

21世纪初，为解决基础IP网络的缺陷，路由器中引入了网络管理、业务管理、VPN和IP-Qos等新技术。但在硬件体系结构上继承了第四代路由器的成果，在关键的IP业务流程处理上则采用了可编程的、专为IP网络设计的网络处理器技术。

在业务流程的处理上，这一代的路由器还引入了专为IP网络设计的NP技术。NP（Network Processor，网络处理器）具有可编程的能力，被广泛应用于包处理、协议分析、路由查找、防火墙和Qos等场景。它和GPU具有很多相似的设计理念，可以通过若干经优化后性能高效的微处理器并行地完成计算任务。除此之外，NP的组成还包括一些硬件协处理器，它们能够应对诸如流量调度算法、QoS拥塞控制算法、路由表查找算法等复杂操作，实现路由器处理性能的有效提升。

中国路由器时代

1994年中国通过一条64K的国际专线，全功能接入Internet，从此被国际上正式承认为拥有全功能Internet的国家，中国互联网时代从此开启。

网民开始使用调制解调器（Modem，也称为“猫”）通过电话线拨号上网，modem一般指调制解调器。调制解调器是一种计算机硬件，它能把计算机的数字信号翻译成通过普通电话线传送的模拟信号，而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言。这一过程叫做两台计算机间的通信。

从此，计算机终于连上了互联网，网民开始享受56 kbps的网速。

2000年以后，终于出现了ADSL。ADSL 是一种新的数据传输方式。它因为上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。

ADSL之后，出现了更多基于DSL技术的拨号上网方式，例如ADSL、RADSL、VDSL、SDSL、IDSL和HDSL等，统称为xDSL（数字用户线路，Digital Subscriber Line）。xDSL是一种新的传输技术，在现有的铜质电话线路上采用较高的频率及相应调制技术，即利用在模拟线路中加入或获取更多的数字数据的信号处理技术来获得高传输速率(理论值可达到52Mbps)。

到2019年，中国进入PON光纤接入路由器时代，三大运营商“自上而下”合力推动千兆光纤入户。

总的来说，路由器的发明者是伦纳德·伯斯特，他的早期研究为互联网的发展奠定了基础。路由器的设计和功能在不断改进和完善，采用多种技术，如IP路由、以太网交换等，实现高速稳定的数据传输和网络连接。

路由器的演进历程显著，从最初的有线形式逐渐演进为无线Wi-Fi技术。自2000年第一代无线Wi-Fi路由器问世以来，技术不断迭代更新，至2024年已发展到第七代Wi-Fi7路由器。这一发展历程使得数据传输和网络连接效率大幅提升，便捷性也显著提高，路由器因此成为了现代计算机网络和人类生活中不可或缺的重要组成部分。

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