网络设备硬核技术内幕 路由器篇 6 汤普金森漫游网络世界(中)

(本篇仿照了美国科学家乔治·盖莫夫在《物理世界奇遇记》中的写作手法，在此致敬)

上回说到，绿洲精灵告诉汤普金森先生，他遇到了麻烦……

“你的麻烦在于，”绿洲精灵轻叹了一口气。“有TCAM红字的箱子里边，是路由器的数据库。”

“这里是路由器的NP处理器。每个机器人都是NP处理器流水线的一个单元。”

“机器人会根据TCAM数据库的内容，确定每个数据包的去向。”

“刚才检查你衣服二维码的，是IP三层转发的机器人。它需要按照最长前缀查找你的目的IP地址的数据，并决定你的去向。”

汤普金森先生有点糊涂：“什么叫最长前缀查找？”

绿洲精灵开始不紧不慢地给汤普金森先生讲解：

原来，在Internet中，总共有42.9亿个地址(2的32次方)。如果为每一个地址都存储一条数据，标志着它应该从哪个接口发出，下一站是哪里，是不现实的。

科学家们发现，由于Internet的地址大部分是连续分配的(按照网段分配)，因此，我们只需要查找某个地址所在的网段对应的下一跳记录就可以了。但是，问题在于，每个地址，所在网段的长度并不是固定的。

汤普金森先生身上的地址是75.126.33.156，它有可能在以下这些网段中：

75.0.0.0/8

75.126.0.0/16

75.126.33.0/24

……

但是，只有后缀数字最大的子网，才是它最精确的去向。

因此，科学家们发明了一类特殊的存储器，叫做TCAM。它能够以第一时间找到后缀长度最长(不确定的位数最多)的数据库条目。

（想知道TCAM的具体工作原理，可以看这里——交换机篇 8 还是选择原谅她）

在路由器中，利用TCAM，就可以快速在数据库中，查找数据包应该去的下一跳以及出方向接口了。这个数据库被叫做FIB表（Forwarding Information Base）。

“那么，为什么说，我有麻烦了呢？”汤普金森先生疑惑地问。

“因为你的目的地址，在FIB表中没有查找到结果。”绿洲精灵轻轻叹了口气。“你马上会被送到控制平面去分析。”

说时迟那时快，汤普金森先生发现自己被机器人像提小鸡一样提起来，塞进了另一条管道。

他高喊：“绿洲精灵——”

“别担心，汤普金森先生。”绿洲精灵还是不紧不慢地说。“我会一直陪伴着你，直到你离开这台路由器。”

又一阵天旋地转以后，汤普金森先生又看到了熟悉的灰黑色夹杂着紫红线条的硅片。只不过，这一次他没有被扔到行李转盘一样的传送带上，而是坐在像跆拳道教室一样的地板上：

地板上还有很多其他人，每个人无论身高高矮，都分到了连续4片垫子。

“你现在在路由器主控单元(MPU，Main Process Unit)的内存里。”绿洲精灵告诉汤普金森先生。

“可是，这个内存和刚才机器人告诉我的控制平面是什么关系呀？”汤普金森先生不解地问。

“唉，”绿洲精灵笑了笑。“刚才说的主控单元，就是路由器的控制平面。”

“所有转发平面觉得不应该丢弃，但又不知道转发到哪里去的包，都会上送到控制平面。比如你。”

汤普金森先生自嘲：“这就是说我‘幸运’的原因？”

“哈哈哈……”

绿洲精灵笑声未落，一个机器人走向汤普金森先生，在汤普金森先生脚下捡起一张纸条，看了看读道：“源地址 123.112.90.43，目的地址 75.126.33.156。”然后走了。

绿洲精灵问汤普金森先生：“你知道为什么这里的机器人不扫描你的二维码也知道地址吗？”

汤普金森先生摇了摇头。

“你刚才从管道进入控制平面的时候，被自动扫描二维码了，提取出来的地址，就放在你的脚下。”绿洲精灵笑道。“因为控制平面的CPU是带有加速单元的，就不需要浪费CPU宝贵的时间用来干读你身上的二维码的事儿啦。”

果然，没多久，机器人回来了，对汤普金森先生说：“跟我走吧。”

汤普金森先生问：“去哪？”

机器人还没来得及回答，绿洲精灵先回答了：

请转发到朋友圈，再看下回分解！

本期的问题：为什么路由器的NP不需要提前读取数据包的源地址、目的地址等关键信息，而进入CPU时有专用硬件进行预先读取呢？

上期问题答案：如果汤普金森先生的外衣(以太网头)上，类型不是0x0800，而是0x8906，它将如何走出路由器呢？

0x8906是FCoE的类型，而不是IP数据包。路由器无法处理这一类型数据包，汤普金森先生化身的数据包将被丢弃，他永远无法走出路由器。