以太网在1973年诞生于施乐的帕洛阿尔托研究中心(PARC)的计算机科学实验室，由PARC的网络专家Metcalfe设计。1980年9月30日，DEC、Intel和施乐公布了第三稿的“以太网，一种局域网：数据链路层和物理层规范，1.0版”，这就是现在著名的以太网蓝皮书，也称为DIX版以太网1.0规范。以太网发展到现在已经有三十多年的历史，由于它成本低、可靠性高、安装和维护相对简单，因此大受人们欢迎。今天，以太网几乎承担了Internet上所有的通信任务。 　　由硬件芯片执行数据帧或报文转发的数据通讯设备称为交换机，按其交换报文的层次不同，又分为二层交换机和三层交换机。分组交换又称包交换，基于IP的交换技术发展至今已成了宽带IP网的核心和关键的技术。IP交换技术又被称为第三层交换技术，它是第二层交换机的报文高速转发加上第三层路由器路由功能两者的结合，其内容包括如下方面：基于IOS(网络操作系统)的转发业务引擎、IP快速路由、网络服务质量QOS、VPN和网络安全等。在今天的网络建设中，第三层交换技术被广泛应用于电信网络、企业网/校园网建设、智能小区宽带接入等许多场合，而随着需求的不断提高和技术的进步则推动第三层交换技术向纵深发展。 　　本文对宽带IP交换网中的骨干路由器必备三个关键技术转发引擎、IP路由技术、QOS进行了研究并在此基础上进行了创新，要点如下：独立研制的基于NP的微内核转发引擎而非专用的实时操作系统，对路由查找进行优化以便从传统的几千条路由到支持超过百万条路由的IP快速路由技术，QOS中可防止网络流量攻击的多层次流量控制技术，并成功应用于万兆交换机和路由器中。 　　网络处理器(NetworkProcessor，NP)是一种可编程器件，它特定地应用于通信领域的各种任务，比如包处理、协议分析、路由查找、声音/数据的汇聚、防火墙、QoS等。在网络处理器上可运行专用的实时操作系统如vxWorks，pSos，PocketPC等，亦可运行微码或者自主开发的转发引擎。较流行的网络处理器包括IntelXscale系列，Broadcom系列等。我们在Broadcom系列NP处理器上实现了微内核的转发引擎，使转发效率得到了极大的提高。 　　IP路由技术是报文转发过程中最为关键的一步也是转发中的瓶颈。其查找速度决定了路由器的转发能力即带宽。前期的路由器实现均采用了纯软件技术，现今的实现则大多靠硬件以获得高的转发速度。本文研究了基于TCAM的硬件转发和基于Trie表的转发技术并对其进行优化使之支持到百万条以上的路由数，将其实现于万兆交换机和路由器中。对于IP交换中的服务质量QOS，着重研究了流量调节技术并提出多层次控制方法，以保障网络的效率和负载平衡。 　　主要工作详细叙述如下： (1)采用TCAM(三重内容可寻址内存)技术，实现了最长前缀的路由查找算法，并应用在万兆(10G)交换机/路由器中。实现了基于硬件的路由查找，可支持10万条路由，一次查找即可命中·路由信息由CIDR树维护，操作方便简单；路由下发速度可达到万条/秒。 (2)采用Tiie表技术，实现了最长前缀的路由查找算法，并应用在万兆(10G)交换机/路由器中。实现了基于软件的路由查找，四次查找即可命中；支持百万条路由，可应用在核心网的转发设备上；路由下发速度可达到万条/秒；在路由振荡情况下仍然能维持较高的转发性能和稳定性。 (3)研究了基于MIPS架构的双核心网络处理器芯片BCM1250，构建了基于其上的微内核转发引擎，并在其基础上实现了CPU间高速报文传递的消息队列，是达到G比特级转发的关键；微内核实现如下内容：初始化，内存管理，中断管理，任务管理，设备管理，文件系统和调试模块；消息队列采用了环形队列的方式，不需要互斥锁的支持，以达到高速的报文转发性能。 (4)研究了P交换中的服务质量QOS，并使用流量度量算法应用于CPU流控中；采用了两级流控的方法，提高系统的稳定性；第一级流控基于端口流控，可避免一个端口受攻击时，影响其它端口的转发；第二级流控基于CPU流控，使得在CPU正常工作条件下，仍然保证流控的有效性；可有效防止DDOS攻击；可有效防止病毒攻击；提高系统在复杂环境下的稳定性。 　　本文主要工作在国家863项目“万兆级核心路由器”中得到了实现，其产品万兆级核心交换机和骨干路由器在市场上获得了规模应用，并取得了很好的经济效益。