全面认识路由器的基本知识

作者:课课家教育更新于： 2019-02-25 09:27:24

　　对于路由器，想必大家都不陌生，毕竟我们现在每天都会使用到网络，而路由器又是用来连接Internet中各个局域网、广域网的设备。可以说因为有了路由器，我们用手机、电脑等设备上网就方便多了。但不知道大家除了知道路由器可以让我们方便上网之外，还对路由器的基本知识清楚吗?比如说它的结构组成、工作原理、功能等。不知道也没关系，接下来就和小编一起来学习下吧!

　　路由器是属于网络层的互联设备，用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络就是拥有独立网络地址的网络。路由器会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。

　　1.路由器的体系结构

　　从体系结构上看，路由器可以分为以下几方面：

　　第一代单总线单CPU结构路由器

　　第二代单总线主从CPU结构路由器

　　第三代单总线对称式多CPU结构路由器

　　第四代多总线多CPU结构路由器

　　第五代共享内存式结构路由器

　　基于机群系统的路由器等多类。

　　第六代交叉开关体系结构路由器

　　2.路由器的构成

  路由器的构成可以用图1来表示

图1 路由器的构成

　　路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关和路由处理器。

　　输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。

　　第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。

　　第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口(称为路由查找)，路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。

　　第三，为了提供QoS(服务质量)，端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别。

　　第四，端口可能需要运行诸如SLIP(串行线网际协议)和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协议或者诸如PPTP(点对点隧道协议)这样的网络级协议。一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源(如交换开关)的仲裁协议。

　　输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。

　　交换开关可以使用多种不同的技术来实现。迄今为止使用最多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。最简单的开关使用一条总线来连接所有输入和输出端口，总线开关的缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。

　　交叉开关通过开关提供多条数据通路，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因此，调度器限制了交换开关的速度。在共享存贮器路由器中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但是，开关的速度受限于存贮器的存取速度。尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。

　　路由处理器计算转发表实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那些目的地址不在线卡转发表中的包。

　　3.路由器的功能

　　路由器主要有以下几种功能：

　　1.网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网。

　　2.路由选择：通过路由器互连在一起的网络，如果一个网络中的主机要向另一个网络的主机发送数据包，路由器就会分析源地址和目的节点地址中的网络号，找出一条最佳的、最经济、最快捷的一条通信路径。

　　3.分组转发：接收节点发来的数据包，然后根据数据包中的源地址和目的地址，对照自己缓存中的路由表，把数据包直接转发到目的节点。

　　4.拆分和包装数据包：路由器在转发数据包的过程中，由于网络带宽等因素，按照预定的规则吧大的数据包分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式。

　　5.拥塞控制：为了保证整个网络的传输效率，路由器防止过多的数据注入网络。

　　6.网络管理：路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。

　　另外路由器还有网络计费功能。

　　4.路由器工作原理

  图2中局域网1中的源节点101生成了一个或者多个分组，这些分组带有源IP地址与目的IP地址。如果局域网1中的101节点要向局域网3中的目的节点104发送数据，那么它只需按正常工作方式将带有源IP地址与目的地址分组装配成帧发送出去。连接在局域网1的路由器收到来自源节点101的帧后，由路由器的网络层检查分组头，根据分组的目的IP地址去查路由表，确定该分组输出路径。路由器确定该分组的目的节点在局域网3，它会将该分组发送到目的节点所在的局域网。

图2 路由器的工作原理

　　路由器的主要工作就是为经过路由器的每一个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径策略或叫选择最佳路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表，供路由选择时使用。

　　5.路由器的类型

　　1)接入路由器

　　连接家庭或ISP内的小型企业客户。接入路由器已经开始不只是提供SLIP或PPP连接，还支持诸如PPTP和IPSec等虚拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运行。诸如ADSL等技术将很快提高各家庭的可用宽带，这将进一步增加接入路由器的负担。由于这些趋势，接入路由器将来会支持许多异构和高速端口，并在各个端口能够运行多种协议，同时还要避开电话交换网。

　　2)企业级路由

　　主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，并且进一步要求支持不同的服务质量。许多现有的企业网络都是由Hub或网桥连接起来的以太网段。尽管这些设备价格便宜、易于安装、无需配置，但是它们不支持服务等级。相反，有路由器参与的网络能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够控制一个网络的大小。

　　3)骨干级路由器

　　实现企业级网络的互联。对它的要求是速度和可靠性，而代价则处于次要地位。硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。

　　骨干IP路由器的主要性能瓶颈是在转发表中查找某个路由所耗的时间。当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址以确定其目的端口，当包越短或者当包要发往许多目的端口时，势必增加路由查找的代价。因此，将一些常访问的目的端口放到缓存中能够提高路由查找的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器，都存在路由查找的瓶颈问题。除了性能瓶颈问题，路由器的稳定性也是一个常被忽视的问题。

　　4)太比特路由器

　　未来核心互联网使用的三种主要技术中，光纤和DWDM都已经是很成熟的并且是现成的。如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始带宽对应的路由器，新的网络基础设施将无法从根本上得到性能的改善，因此开发高性能的骨干交换/路由器(太比特路由器)已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术现在还主要处于开发实验阶段。

　　5)多WAN路由器

　　双WAN路由器具有物理上的2个WAN口作为外网接入，这样内网电脑就可以经过双WAN路由器的负载均衡功能同时使用2条外网接入线路，大幅提高了网络带宽。当前双WAN路由器主要有“带宽汇聚”和“一网双线”的应用优势，这是传统单WAN路由器做不到的。

　　路由器的发明带给我们很多的方便，学习了路由器的相关知识也可以让我们更深层次的了解路由器，让我们清楚地认识到路由器的方方面面。相信大家看了本篇文章后也会对路由器有更多的认识，感谢大家的阅读!如果有什么意见的话可以向小编提问哦。更多的学习课程可前往课课家教育。