為了提高路由器的性能，滿足未來網絡發展的需要，處于Internet骨干位置的核心路由器進行了一個又一個的技術變革。目前無論從整體的系統結構還是細微的實現方面都與傳統路由器有著很大的差別。

以專用網絡處理器替代通用處理器

為了緩解互連瓶頸，在最近幾年涌現出新了許多新的系統和解決方案，其中采用專用ASIC來完成規定的數據包處理工作是十分理想的，但它的開發周期太長，復雜的ASIC要18個月到2年時間，每一個ASIC的開發都必須經歷一個設計和制造的周期，適應不了當今越來越短的產品開發周期。

網絡處理器從2000年初出現到現在被許多網絡設備制造商選作新一代高端路由器設備的核心處理器。而在這段時間里，能夠開發出成熟的NPU芯片的公司也從開始的兩三個迅速增加到了十幾個，而且NPU的處理能力也從2.5Gbps擴展到10Gbps。這些都說明網絡處理器技術在網絡產品的市場中越來越占用重要的位置。尤其在高端路由器市場，網絡處理器以其杰出的包處理性能及可編程性已經成為構成路由轉發引擎不可替代的部分。

與傳統的處理器相比，網絡處理器具有以下的優勢：

1、網絡處理器可以提供數據包的線速轉發功能，包括數據包的分類、統計和轉發。另外還可以根據用戶程序的要求進行數據包的重組和分拆；

2、網絡處理器可以根據用戶需要進行帶寬的分配和優先級定義，實現對各類用戶數據包的分類管理；

3、實現對三層及三層以上協議的分析。

由于看到了網絡處理器巨大的應用前景，網絡處理器的制造商在提供IC產品的同時，也開始提供各種通用的軟件功能模塊。這些軟件功能塊大大節省了使用這些NPU的設備商的產品設計時間，提高了產品的競爭力。

總的來說，網絡處理器一方面保持了基于CPU設計的靈活性，一方面在實際上消除了傳統CPU的瓶頸問題。在這類體系結構中，網絡處理器存在于物理接口器件與交換結構之間的接口卡上，擔負本卡上數據包的轉發和管理。

大容量交換矩陣的應用

在最初的交換式結構中，由接口卡負責發送信息包的報頭，通過交換結構送至一個轉發引擎，由它做出轉發決定，并將處理結果返回接口卡。接口卡再將信息包轉發至相應的輸出接口。隨著網絡處理器的引入，交換結構更加不可缺少。在這種系統中，網絡處理器位于各個線卡上，而交換結構在輸入線卡與輸出線卡之間提供一對一的直接連接。

交換結構的實現方式可以分為三種：共享內存、共享總線和矩陣式交換。其中共享內存方式實現簡單、也可以達到比較高的速率（20Gbps），但是速率的進一步提高將受到內存速度的限制，很難有更大的突破；共享總線易于擴展，也比較容易實現，但是速率相對較低。而矩陣式交換則可以達到比較高的交換速率，而且隨著技術的發展，速率還可以進一步提高。目前最常用的結構形式是輸入口與輸出口的8×8，或16×16矩陣，帶寬范圍涵蓋了OC—3至OC—192。

矩陣式交換結構一般包括兩個部分流量管理單元和交換矩陣。其中流量管理單元位于各個線卡上，與不同的網絡處理器相連，實現以下的功能：

1、作為網絡處理器與交換矩陣的接口，接收網絡處理器輸出的數據包，進行數據緩沖并轉換成可以為交換矩陣接收的數據格式；

2、與NPU緊密結合，實現多播、廣播、端口流量分配、優先級管理等功能。