路由器

目錄
·簡介
·路由器的功能
·增加路由器涉及的基本協(xié)議
·與交換機(jī)的區(qū)別
·路由器的工作原理
·路由器發(fā)展趨勢(shì)
·路由器主流廠商






簡介
　　路由器（Router）是計(jì)算機(jī)名詞。

　　要解釋路由器的概念，首先要介紹什么是路由。所謂“路由”，是指把數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方的行為和動(dòng)作，而路由器，正是執(zhí)行這種行為動(dòng)作的機(jī)器，它的英文名稱為Router。是使用一種或者更多度量因素的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它決定網(wǎng)絡(luò)通信能夠通過的最佳路徑。路由器依據(jù)網(wǎng)絡(luò)層信息將數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)前向轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。偶爾也稱為網(wǎng)關(guān)（盡管網(wǎng)關(guān)的這個(gè)定義現(xiàn)在己經(jīng)過時(shí)）。



路由器是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中必不可少的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一，路由器是一種連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它能將不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對(duì)方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)。 路由器有兩大典型功能，即數(shù)據(jù)通道功能和控制功能。數(shù)據(jù)通道功能包括轉(zhuǎn)發(fā)決定、背板轉(zhuǎn)發(fā)以及輸出鏈路調(diào)度等，一般由特定的硬件來完成；控制功能一般用軟件來實(shí)現(xiàn)，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。


路由器的功能
簡單的講，路由器主要有以下幾種功能：

第一，網(wǎng)絡(luò)互連，路由器支持各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)接口，主要用于互連局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)互相通信；

第二，數(shù)據(jù)處理，提供包括分組過濾、分組轉(zhuǎn)發(fā)、優(yōu)先級(jí)、復(fù)用、加密、壓縮和防火墻等功能；

第三，網(wǎng)絡(luò)管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容錯(cuò)管理和流量控制等功能。



路由器（Router）是一種負(fù)責(zé)尋徑的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它在互連網(wǎng)絡(luò)中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網(wǎng)絡(luò)路徑提供給用戶通信。路由器用于連接多個(gè)邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)用戶提供最佳的通信路徑，路由器利用路由表為數(shù)據(jù)傳輸選擇路徑，路由表包含網(wǎng)絡(luò)地址以及各地址之間距離的清單，路由器利用路由表查找數(shù)據(jù)包從當(dāng)前位置到目的地址的正確路徑。路由器使用最少時(shí)間算法或最優(yōu)路徑算法來調(diào)整信息傳遞的路徑，如果某一網(wǎng)絡(luò)路徑發(fā)生故障或堵塞，路由器可選擇另一條路徑，以保證信息的正常傳輸。路由器可進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，成為不同協(xié)議之間網(wǎng)絡(luò)互連的必要設(shè)備。

路由器使用尋徑協(xié)議來獲得網(wǎng)絡(luò)信息，采用基于“尋徑矩陣”的尋徑算法和準(zhǔn)則來選擇最優(yōu)路徑。按照OSI參考模型，路由器是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層系統(tǒng)。路由器分為單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器。



為了完成“路由”的工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)－－路由表（Routing Table），供路由選擇時(shí)使用。路由表中保存著子網(wǎng)的標(biāo)志信息、網(wǎng)上路由器的個(gè)數(shù)和下一個(gè)路由器的名字等內(nèi)容。路由表可以是由系統(tǒng)管理員固定設(shè)置好的，也可以由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)修改，可以由路由器自動(dòng)調(diào)整，也可以由主機(jī)控制。在路由器中涉及到兩個(gè)有關(guān)地址的名字概念，那就是：靜態(tài)路由表和動(dòng)態(tài)路由表。由系統(tǒng)管理員事先設(shè)置好固定的路由表稱之為靜態(tài)（static）路由表，一般是在系統(tǒng)安裝時(shí)就根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的配置情況預(yù)先設(shè)定的，它不會(huì)隨未來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變而改變。動(dòng)態(tài)（Dynamic）路由表是路由器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行情況而自動(dòng)調(diào)整的路由表。路由器根據(jù)路由選擇協(xié)議（Routing Protocol）提供的功能，自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，在需要時(shí)自動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂健?BR>


為了簡單地說明路由器的工作原理，現(xiàn)在我們假設(shè)有這樣一個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)。如圖所示，A、B、C、D四個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過路由器連接在一起。





現(xiàn)在我們來看一下在如圖所示網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下路由器又是如何發(fā)揮其路由、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)作用的�，F(xiàn)假設(shè)網(wǎng)絡(luò)A中一個(gè)用戶A1要向C網(wǎng)絡(luò)中的C3用戶發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，信號(hào)傳遞的步驟如下：



第1步：用戶A1將目的用戶C3的地址C3，連同數(shù)據(jù)信息以數(shù)據(jù)幀的形式通過集線器或交換機(jī)以廣播的形式發(fā)送給同一網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，當(dāng)路由器A5端口偵聽到這個(gè)地址后，分析得知所發(fā)目的節(jié)點(diǎn)不是本網(wǎng)段的，需要路由轉(zhuǎn)發(fā)，就把數(shù)據(jù)幀接收下來。



第2步：路由器A5端口接收到用戶A1的數(shù)據(jù)幀后，先從報(bào)頭中取出目的用戶C3的IP地址，并根據(jù)路由表計(jì)算出發(fā)往用戶C3的最佳路徑。因?yàn)閺姆治龅弥�到C3的網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)與路由器的C5網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)相同，所以由路由器的A5端口直接發(fā)向路由器的C5端口應(yīng)是信號(hào)傳遞的最佳途經(jīng)。



第3步：路由器的C5端口再次取出目的用戶C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主機(jī)ID號(hào)，如果在網(wǎng)絡(luò)中有交換機(jī)則可先發(fā)給交換機(jī)，由交換機(jī)根據(jù)MAC地址表找出具體的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置；如果沒有交換機(jī)設(shè)備則根據(jù)其IP地址中的主機(jī)ID直接把數(shù)據(jù)幀發(fā)送給用戶C3，這樣一個(gè)完整的數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)發(fā)過程也完成了。



從上面可以看出，不管網(wǎng)絡(luò)有多么復(fù)雜，路由器其實(shí)所做的工作就是這么幾步，所以整個(gè)路由器的工作原理基本都差不多。當(dāng)然在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中還遠(yuǎn)比上圖所示的要復(fù)雜許多，實(shí)際的步驟也不會(huì)像上述那么簡單，但總的過程是這樣的。






增加路由器涉及的基本協(xié)議
路由器英文名稱為Router，是一種用于連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這些網(wǎng)絡(luò)可以是幾個(gè)使用不同協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)(比如互聯(lián)網(wǎng)與局域網(wǎng))，可以是幾個(gè)不同網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)(比如大型互聯(lián)網(wǎng)中不同部門的網(wǎng)絡(luò))，當(dāng)數(shù)據(jù)信息從一個(gè)部門網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硗庖粋�(gè)部門網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以用路由器完成。現(xiàn)在，家庭局域網(wǎng)也越來越多地采用路由器寬帶共享的方式上網(wǎng)。



路由器在連接不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段時(shí)，可以對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行“翻譯”，然后“翻譯”成雙方都能“讀”懂的數(shù)據(jù)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段間的互聯(lián)互通。同時(shí)，它還具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇路徑的功能以及過濾和分隔網(wǎng)絡(luò)信息流的功能。目前，路由器已成為各種骨干網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部之間、骨干網(wǎng)之間以及骨干網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間連接的樞紐。

　　

NAT：全稱Network Address Translation（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換），路由器通過NAT功能可以將局域網(wǎng)內(nèi)部的IP地址轉(zhuǎn)換為合法的IP地址并進(jìn)行Internet的訪問。比如，局域網(wǎng)內(nèi)部有個(gè)IP地址為192.168.0.1的計(jì)算機(jī)，當(dāng)然通過該IP地址可以和內(nèi)網(wǎng)其他的計(jì)算機(jī)通信；但是如果該計(jì)算機(jī)要訪問外部Internet網(wǎng)絡(luò)，那么就需要通過NAT功能將192.168.0.1轉(zhuǎn)換為合法的廣域網(wǎng)IP地址，比如210.113.25.100。

　　

DHCP：全稱Dynamic Host Configuration Protocol（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議），通過DHCP功能，路由器可以為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)動(dòng)態(tài)指定IP地址，而不需要每個(gè)用戶去設(shè)置靜態(tài)IP地址，并將TCP/IP配置參數(shù)分發(fā)給局域網(wǎng)內(nèi)合法的網(wǎng)絡(luò)客戶端。

　　

DDNS:全稱Dynamic Domain Name Server（動(dòng)態(tài)域名解析系統(tǒng)），通常稱為“動(dòng)態(tài)DNS”，因?yàn)閷?duì)于普通的寬帶上網(wǎng)使用的都是ISP(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商)提供的動(dòng)態(tài)IP地址。如果在局域網(wǎng)內(nèi)建立了某個(gè)服務(wù)器需要Internet用戶進(jìn)行訪問，那么，可以通過路由器的DDNS功能將動(dòng)態(tài)IP地址解析為一個(gè)固定的域名，比如www.cpcw.com，這樣Internet用戶就可以通過該固定域名對(duì)內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行訪問。

　　

　　 PPPoE：全稱Point to Point Protocal over Ethernet（以太網(wǎng)上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議），通過PPPoE技術(shù)，可以讓寬帶調(diào)制解調(diào)器（ADSL、Modem）用戶獲得寬帶網(wǎng)的個(gè)人身份驗(yàn)證訪問，能為每個(gè)用戶創(chuàng)建虛擬撥號(hào)連接，這樣就可以高速連接到Internet。路由器具備該功能，可以實(shí)現(xiàn)PPPoE的自動(dòng)撥號(hào)連接，這樣與路由器連接的用戶可以自動(dòng)連接到Internet。

　　

　　 ICMP：全稱Internet Control Message Protocol（Internet控制消息協(xié)議），該協(xié)議是TCP/IP協(xié)議集中的一個(gè)子協(xié)議，主要用于在主機(jī)與路由器之間傳遞控制信息，包括報(bào)告錯(cuò)誤、交換受限控制和狀態(tài)信息等。




與交換機(jī)的區(qū)別
總的來說，路由器與交換機(jī)的主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：



（1）工作層次不同



最初的的交換機(jī)是工作在OSI／RM開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈路層，也就是第二層，而路由器一開始就設(shè)計(jì)工作在OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層。由于交換機(jī)工作在OSI的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），所以它的工作原理比較簡單，而路由器工作在OSI的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），可以得到更多的協(xié)議信息，路由器可以做出更加智能的轉(zhuǎn)發(fā)決策。



（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所依據(jù)的對(duì)象不同



交換機(jī)是利用物理地址或者說MAC地址來確定轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的目的地址。而路由器則是利用不同網(wǎng)絡(luò)的ID號(hào)（即IP地址）來確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的地址。IP地址是在軟件中實(shí)現(xiàn)的，描述的是設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)這些第三層的地址也稱為協(xié)議地址或者網(wǎng)絡(luò)地址。MAC地址通常是硬件自帶的，由網(wǎng)卡生產(chǎn)商來分配的，而且已經(jīng)固化到了網(wǎng)卡中去，一般來說是不可更改的。而IP地址則通常由網(wǎng)絡(luò)管理員或系統(tǒng)自動(dòng)分配。



（3）傳統(tǒng)的交換機(jī)只能分割沖突域，不能分割廣播域；而路由器可以分割廣播域



由交換機(jī)連接的網(wǎng)段仍屬于同一個(gè)廣播域，廣播數(shù)據(jù)包會(huì)在交換機(jī)連接的所有網(wǎng)段上傳播，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致通信擁擠和安全漏洞。連接到路由器上的網(wǎng)段會(huì)被分配成不同的廣播域，廣播數(shù)據(jù)不會(huì)穿過路由器。雖然第三層以上交換機(jī)具有VLAN功能，也可以分割廣播域，但是各子廣播域之間是不能通信交流的，它們之間的交流仍然需要路由器。

現(xiàn)在有些工作在第三層（網(wǎng)絡(luò)層）的交換機(jī)，也能實(shí)現(xiàn)路由器的功能。局域網(wǎng)里已普遍使用交換機(jī)，代替以前的路由器。局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)才使用路由器。



（4）路由器提供了防火墻的服務(wù)



路由器僅僅轉(zhuǎn)發(fā)特定地址的數(shù)據(jù)包，不傳送不支持路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳送和未知目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的傳送，從而可以防止廣播風(fēng)暴。



交換機(jī)一般用于LAN-WAN的連接，交換機(jī)歸于網(wǎng)橋，是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，有些交換機(jī)也可實(shí)現(xiàn)第三層的交換。 路由器用于WAN-WAN之間的連接，可以解決異性網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)分組，作用于網(wǎng)絡(luò)層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然后向另一條線路轉(zhuǎn)發(fā)。這兩條線路可能分屬于不同的網(wǎng)絡(luò)，并采用不同協(xié)議。相比較而言，路由器的功能較交換機(jī)要強(qiáng)大，但速度相對(duì)也慢，價(jià)格昂貴，第三層交換機(jī)既有交換機(jī)線速轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以廣泛應(yīng)用。



目前個(gè)人比較多寬帶接入方式就是ADSL，因此筆者就ADSL的接入來簡單的說明一下�，F(xiàn)在購買的ADSL貓大多具有路由功能（很多的時(shí)候廠家在出廠時(shí)將路由功能屏蔽了，因?yàn)殡娦虐惭b時(shí)大多是不啟用路由功能的，啟用DHCP。打開ADSL的路由功能），如果個(gè)人上網(wǎng)或少數(shù)幾臺(tái)通過ADSL本身就可以了，如果電腦比較多你只需要再購買一個(gè)或多個(gè)集線器或者交換機(jī)�？紤]到如今集線器與交換機(jī)的 價(jià)格相差十分小，不是特殊的原因，請(qǐng)購買一個(gè)交換機(jī)。不必去追求高價(jià)，因?yàn)槿缃癞a(chǎn)品同質(zhì)化十分嚴(yán)重，我最便宜的交換機(jī)現(xiàn)在沒有任 何問題。給你一個(gè)參考報(bào)價(jià)，建議你購買一個(gè)8口的，以滿足擴(kuò)充需求，一般的價(jià)格100元左右。接上交換機(jī)，所有電腦再接到交換機(jī)上就行了。余下所要做的事情就只有把各個(gè)機(jī)器的網(wǎng)線插入交換機(jī)的接口，將貓的網(wǎng)線插入uplink接口。然后設(shè)置路由功能，DHCP等， 就可以共享上網(wǎng)了。



看完以上的解說讀者應(yīng)該對(duì)交換機(jī)、集線器、路由器有了一些了解，目前的使用主要還是以交換機(jī)、路由器的組合使用為主，具體的組合方式可根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)情況和需求來確定。




路由器的工作原理
1、路由器接收來自它連接的某個(gè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)。

2、路由器將數(shù)據(jù)向上傳遞，并且（必要時(shí)）重新組合IP數(shù)據(jù)報(bào)。

3、路由器檢查IP頭部中的目的地址，如果目的地址位于發(fā)出數(shù)據(jù)的那個(gè)網(wǎng)絡(luò)，那么路由器就放下被認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到目的地的數(shù)據(jù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)是在目的計(jì)算機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

4、如果數(shù)據(jù)要送往另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，那么路由器就查詢路由表，以確定數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)發(fā)到的目的地。

5、路由器確定哪個(gè)適配器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后，就通過相應(yīng)的軟件傳遞數(shù)據(jù)，以便通過網(wǎng)絡(luò)來傳送數(shù)據(jù)。




路由器發(fā)展趨勢(shì)
芯片速度每18個(gè)月翻一翻，而因特網(wǎng)的流量是每六個(gè)月翻一翻。作為因特網(wǎng)的樞紐，路由器正在朝速度更快、服務(wù)質(zhì)量更好和更易于綜合化管理的三個(gè)方向發(fā)展。路由器的功能 在具體分析路由器的發(fā)展趨勢(shì)之前，我們先簡單介紹一下路由器的功能。 傳統(tǒng)上路由器工作于所謂網(wǎng)絡(luò)7層協(xié)議的第三層，其主要任務(wù)是接收來自一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包，根據(jù)其中所含的目的地址，決定轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)下一個(gè)目的地（可能是路由器也可能就是最終目的點(diǎn)），并決定從哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。這是路由器的最基本功能——數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能。為了維護(hù)和使用路由器，路由器還需要有配置或者說控制功能。



根據(jù)TCP/IP協(xié)議，路由器的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)具體過程是：



絡(luò)接口接收數(shù)據(jù)包；這一步負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)物理層處理，即把經(jīng)編碼調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號(hào)還原為數(shù)據(jù)。不同的物理網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)決定了不同的網(wǎng)絡(luò)接口，如對(duì)應(yīng)于10Base-T以太網(wǎng)，路由器有10Base-T以太網(wǎng)接口，對(duì)應(yīng)于SDH，路由器有SDH接口，對(duì)應(yīng)于DDN，路由器有V.35接口



根據(jù)網(wǎng)絡(luò)物理接口，路由器調(diào)用相應(yīng)的鏈路層（網(wǎng)絡(luò)7層協(xié)議中的第二層）功能模塊以解釋處理此數(shù)據(jù)包的鏈路層協(xié)議報(bào)頭。這一步處理比較簡單，主要是對(duì)數(shù)據(jù)完整性的驗(yàn)證，如CRC校驗(yàn)、幀長度檢查。近年來，IP over something 的趨勢(shì)非常明顯，特別是光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和IP作為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確立，使得在DWDM（密集波分復(fù)用）光纖上，IP（處于網(wǎng)絡(luò)層——網(wǎng)絡(luò)7層協(xié)議中的第三層）跳過鏈路層而被直接加載在物理層之上。



在鏈路層完成對(duì)數(shù)據(jù)幀的完整性驗(yàn)證后，路由器開始處理此數(shù)據(jù)幀的IP層。這一過程是路由器功能的核心。根據(jù)數(shù)據(jù)幀中IP包頭的目的IP地址，路由器在路由表中查找下一跳的IP地址，IP數(shù)據(jù)包頭的TTL（Time to Live）域開始減數(shù)，并計(jì)算新的校驗(yàn)和（checksum）。如果接收數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)接口類型與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)接口類型不同，則IP數(shù)據(jù)包還可能因?yàn)樽畲髱�長度的規(guī)定而分段或重組。



根據(jù)在路由表中所查到的下一跳IP地址，IP數(shù)據(jù)包送往相應(yīng)的輸出鏈路層，被封裝上相應(yīng)的鏈路層包頭，最后經(jīng)輸出網(wǎng)絡(luò)物理接口發(fā)送出去。



下面詳細(xì)介紹路由器的發(fā)展趨勢(shì)。



速度更快



傳統(tǒng)意義上，路由器通常被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)速度的瓶頸。在局域網(wǎng)速度早已達(dá)到上百兆時(shí)，路由器的處理速度至多只到幾十兆比特率。這幾年伴隨著因特網(wǎng)的爆炸性增長，大家對(duì)路由器的研究也重點(diǎn)體現(xiàn)在提高路由器的處理速度上。96，97年間，美國出現(xiàn)了一批極具創(chuàng)新精神的小公司，如Nexabit、Juniper、Avici等，把路由器的處理速度提高到了登峰造極的地步，在很快的時(shí)間內(nèi)相繼推出了吉位路由器。連Cisco公司在速度這一方面都只能望其項(xiàng)背。由于這些高速路由器無一例外地都引入了交換的結(jié)構(gòu)，這些路由器也被稱千兆位交換路由器（GSR-Gigabit Switch Router）和太位交換路由器(TSR)。這些路由器的光接口速度也很快從OC-12 ( 622Mbps ) 跳到OC-48 ( 2.5Gbps ) 再到OC-192 ( 10Gbps )，這樣的速度早已把ATM交換機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在身后。從此，ATM在核心網(wǎng)絡(luò)中的不可代替的地位徹底發(fā)生了動(dòng)搖。曠日持久的IP——ATM技術(shù)之爭(zhēng)終于以IP占據(jù)壓倒性的優(yōu)勢(shì)結(jié)束。不過，從以下的分析，我們也可以看出，IP路由器速度的提高是直接得益于ATM的概念和技術(shù)的，在IP領(lǐng)域中提出的許多新概念和新技術(shù)也有相當(dāng)一部分是直接或間接來源于ATM，兩種優(yōu)秀的技術(shù)逐漸開始融合。事實(shí)上，許多公司從事高速IP路由器研發(fā)的技術(shù)人員正是過去研究ATM技術(shù)的研發(fā)人員。具體來說，IP路由器速度的急劇提高來源于以下四個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)展。



件體系結(jié)構(gòu)。路由器的硬件體系結(jié)構(gòu)大致經(jīng)歷了6次變化（《路由器的體系結(jié)構(gòu)》中將詳細(xì)討論），從最早期的單總線、單CPU結(jié)構(gòu)發(fā)展到單總線、多CPU再到多總線多CPU。到現(xiàn)在，高速IP路由器中多借鑒ATM的方法，采用交叉開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)各端口之間的線速無阻塞互連。高速交叉開關(guān)的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在ATM和高速并行計(jì)算機(jī)中早已得到廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)上可直接購買到的高速交叉開關(guān)的速率就高達(dá)50Gbps。伴隨著高速交叉開關(guān)的引入，也同時(shí)引入了一些相應(yīng)的技術(shù)問題，特別是針對(duì)IP多播，廣播以及服務(wù)質(zhì)量(QoS)，采用成熟的調(diào)度策略和算法，這些問題都得到了很好的解決。



ASIC技術(shù)。這些年，出于成本和性能的考慮，ASIC應(yīng)用得越來越廣泛，幾乎是言必稱ASIC。在路由器中要極大地提高速度，首先想到的也是ASIC。有的用ASIC做包轉(zhuǎn)發(fā)，有的用ASIC查路由，并且查找IPV4路由的ASIC芯片已經(jīng)開始上市銷售。在ASIC蓬勃發(fā)展、大量應(yīng)用的潮流中，有一動(dòng)向值得注意，這就是所謂可編程ASIC的出現(xiàn)，這恐怕也是網(wǎng)絡(luò)本身日新月異所導(dǎo)致的一種結(jié)果。由于ASIC的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的投入相當(dāng)大，一般來說，AISC只用于已完全標(biāo)準(zhǔn)化的過程，而網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和協(xié)議又變化相當(dāng)快，因此相應(yīng)地在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備這一領(lǐng)域，出現(xiàn)了奇特的“可編程ASIC”。目前，有兩種類型的所謂“可編程ASIC”，一種以3COM公司FIRE ( Flexible Intelligent Routing Engine ) 芯片為代表，這顆ASIC芯片中內(nèi)嵌了一顆CPU，因此具有一定程度的靈活性；另一種以Vertex Networks的HISC專用芯片為代表，這顆芯片是一顆專門為通信協(xié)議處理的CPU，CPU體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專門化的適應(yīng)協(xié)議處理，通過改寫微碼，可使這顆專用芯片具有處理不同協(xié)議的能力以適應(yīng)類似從IPV4到IPV6的變化。



三層交換。這是協(xié)議處理過程的一次革命性突破，也是現(xiàn)在GSR和TSR名稱的來源。自從名不見經(jīng)傳的Ipsilon公司在1994年推出“一次路由，然后交換”的IPSwitch技術(shù)之后，各大公司紛紛推出自己專有的三層交換技術(shù)。如Cisco的Tag Switch、3Com 的Label Switch等。綜合這些專有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，IETF終于在1998年推出了性能優(yōu)越的多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)。與“一次路由，然后交換”的最初思想相比，MPLS從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這一更高的層次來考慮三層交換技術(shù)，力圖一舉解決三層交換網(wǎng)絡(luò)流量管理的問題。與最初的Ipswitch技術(shù)不同，MPLS協(xié)議要對(duì)IP協(xié)議包做改動(dòng)，在網(wǎng)絡(luò)邊緣，MPLS路由器對(duì)每個(gè)進(jìn)來的IP數(shù)據(jù)包加上標(biāo)簽(Label)，在其后的傳輸中，核心路由交換設(shè)備將只依據(jù)這個(gè)標(biāo)簽決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這種做法已經(jīng)十分類似ATM世界中的虛電路概念。目前這一方面的研究仍在進(jìn)行中，主要技術(shù)難點(diǎn)在于如何在網(wǎng)絡(luò)自治系統(tǒng)中確定網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器上的標(biāo)簽分配方案，以及如何根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和故障情況動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整這個(gè)方案。



IP over SDH，IP over DWDM。這方面的技術(shù)進(jìn)展完全源于光纖通信技術(shù)的進(jìn)展。隨著IP的核心地位逐漸被認(rèn)同，IP over ATM、然后ATM over SDH的方式被IP直接over SDH的方式取代。SDH采用時(shí)分復(fù)用的方式承載多路數(shù)據(jù)。因此在核心網(wǎng)中需大量采用復(fù)用器交叉連接器。DWDM(密集波分復(fù)用)使得一根光纖上可用不同的波長傳送多路信號(hào)。一般一根光纖上同時(shí)跑4個(gè)波長即可稱為DWDM。自從1996年16個(gè)波長的DWDM光纖通信產(chǎn)品問世以來，到現(xiàn)在40個(gè)波長的DWDM技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化，80乃至于96個(gè)波長的DWDM產(chǎn)品也將在2000年內(nèi)推出，我國也已經(jīng)具備開發(fā)8個(gè)波長的DWDM技術(shù)。由于采用波分復(fù)用技術(shù)，數(shù)據(jù)在光纖上時(shí)的傳送變得相當(dāng)簡單，光通信技術(shù)的進(jìn)步使得光信號(hào)可以在800公里長的范圍內(nèi)直接傳輸而無需任何光電或光光再生放大器。IP數(shù)據(jù)包直接調(diào)制在某個(gè)波長上，無需再經(jīng)過復(fù)用、解復(fù)用。甚至在核心網(wǎng)中，直接采用波長信息作為IP數(shù)據(jù)流的路徑信息。



服務(wù)質(zhì)量更好



前面所述的路由器在速度上的提高仍只不過是為了適應(yīng)數(shù)據(jù)流量的急劇增加。而路由器發(fā)展趨勢(shì)更本質(zhì)、更深刻的變化是：以IP為基礎(chǔ)的包交換數(shù)據(jù)將在未來幾年內(nèi)迅速取代已發(fā)展了近百年的電路交換通信方式，成為通信業(yè)務(wù)模式的主流。這意味著，IP路由器不僅要提供更快的速度以適應(yīng)急劇增長的傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)流量，而且，IP路由器也將逐步提供原電信網(wǎng)絡(luò)所提供的種種業(yè)務(wù)。但是傳統(tǒng)的IP路由器并不關(guān)心也不知道IP包的業(yè)務(wù)類型，一般只是按先進(jìn)、先出的原則轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，語音電話數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)瀏覽數(shù)據(jù)等等各種業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)都被不加區(qū)分的對(duì)待。由此可見，IP路由器要想提供包括電信廣播在內(nèi)的所有業(yè)務(wù)，提高服務(wù)質(zhì)量(QOS)是其關(guān)鍵。這也正是目前各大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商(包括Cisco，3Com，Nortel等)所努力推進(jìn)的方向。各大廠商新推出的高、中、低檔路由器中都不同程度地支持QoS，如Cisco的最高檔12000系列，從硬件和軟件協(xié)議兩方面都對(duì)QoS有很強(qiáng)的支持，而其新推出的低端產(chǎn)品2600系列也支持語音電話這樣的新業(yè)務(wù)應(yīng)用。事實(shí)上，QoS不僅是路由器的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，以路由器為核心的整個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)都在朝這個(gè)方向發(fā)展�！叭�網(wǎng)合一”這樣一個(gè)概念便是這個(gè)方向的產(chǎn)物。然而以傳統(tǒng)IP路由器為核心的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能適應(yīng)”三網(wǎng)合一”的趨勢(shì)，以美國為首的各個(gè)國家都在推進(jìn)能提供更好，更快的服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)。其中路由器的研發(fā)又是其中的關(guān)鍵，公司成為推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的主要?jiǎng)恿Α?BR>


對(duì)QoS的支持來自軟件和硬件兩個(gè)方面。從硬件方面說，更快的轉(zhuǎn)發(fā)速度和更寬的帶寬是基本前提。從軟件協(xié)議方面來說，近年來的努力，表現(xiàn)在以下幾個(gè)結(jié)果：



PV4包頭服務(wù)類型字段。IPV4包頭中有一個(gè)3位的區(qū)域用以標(biāo)識(shí)此IP包的優(yōu)先級(jí)。據(jù)此優(yōu)先級(jí)，IP路由器可以決定不同IP包的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先順序�？梢哉f，自IP協(xié)議制定之日起，就已經(jīng)為日后提供更好的QoS預(yù)留了機(jī)制的保證。但由于IP網(wǎng)絡(luò)在蓬勃發(fā)展的初期并不注重QoS。因此，一般這個(gè)人3位區(qū)域并沒有被使用。不過，如我們下面分析所能看到，僅僅在IP包中定義服務(wù)類型是絕對(duì)不夠的，通過信令在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)都必須保證支持所要求的服務(wù)質(zhì)量。



RSVP（資源預(yù)留協(xié)議）及相應(yīng)的系列協(xié)議。這是IP路由器為提供更好的服務(wù)質(zhì)量向前邁進(jìn)的具有深刻意義的一步。傳統(tǒng)上IP路由器只負(fù)責(zé)包轉(zhuǎn)發(fā)，通過路由協(xié)議知道臨近路由器的地址。而RSVP則類似于電路交換系統(tǒng)的信令協(xié)議一樣，為一個(gè)數(shù)據(jù)流通知其所經(jīng)過的每個(gè)節(jié)點(diǎn)（IP路由器），與端點(diǎn)協(xié)商為此數(shù)據(jù)流提供質(zhì)量保證。RSVP協(xié)議一出現(xiàn)，立刻獲得廣泛的認(rèn)同，基本上被任為較好地解決了資源預(yù)留的問題。但隨著時(shí)間的推移，網(wǎng)絡(luò)的爆炸性增長，RSVP所暴露出來的問題越來越多，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：



最根本的是，RSVP是以每一個(gè)數(shù)據(jù)流為協(xié)商服務(wù)對(duì)象，在網(wǎng)絡(luò)流量爆炸性增長的情況下，路由器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流個(gè)數(shù)急劇增長，為提高轉(zhuǎn)發(fā)速度，路由器中做了大量專門設(shè)計(jì)，已經(jīng)根本不可能再為每個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行復(fù)雜的資源預(yù)留協(xié)議。



其次，當(dāng)由于線路繁忙或路由器故障等原因，路由修改時(shí)，需要重新進(jìn)行一次相對(duì)耗時(shí)RSVP過程。



出于以上兩個(gè)原因，IETF又新推出另一種QoS策略——DiffServ (Differentiated Service)。目前DiffServ的框架已基本確定，美國的internet2也選擇DiffServ作為其QoS策略。與DiffServ相比，RSVP是一種Integrated Service，集中控制策略，而DiffServ則是一種分散控制策略，其精髓是僅控制路徑中每一跳（per hop）的行為。終端應(yīng)用設(shè)備通過SLA（Service Level Agreement）與邊緣路由器協(xié)商獲得其應(yīng)用數(shù)據(jù)流可得到保證的服務(wù)級(jí)別。根據(jù)這個(gè)服務(wù)級(jí)別，邊緣路由器為每個(gè)接收到的數(shù)據(jù)包打上級(jí)別的標(biāo)記，而核心路由器則只是根據(jù)每個(gè)包的服務(wù)級(jí)別的標(biāo)記決定轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的調(diào)動(dòng)行為。由于客戶只是與邊緣路由器協(xié)商并獲得服務(wù)級(jí)別保證，在一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的大網(wǎng)中，由于網(wǎng)絡(luò)流量不均勻等原因，不同邊緣路由器所提供的相同級(jí)別的服務(wù)等級(jí)的實(shí)際服務(wù)質(zhì)量并不一樣，這就需要不同的提供QoS服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間也通過SLA相互交流流量信息，以避免或減少上述情況的發(fā)生。



多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）也被用來解決QoS問題。但其覆蓋范圍是核心網(wǎng)絡(luò)路由器。為建立合理的核心路由間的交換路徑，核心路由器間需要定時(shí)交換流量等狀況信息。



管理更加智能



隨著網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸性增長，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益膨脹，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，路由器上的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)變得日益重要，網(wǎng)絡(luò)連接已成為日常工作，生活中不可缺的部分。在保證質(zhì)量的情況下最大限度地利用帶寬、及早發(fā)現(xiàn)并診斷設(shè)備故障，迅速方便地根據(jù)需要改變配置，這些網(wǎng)絡(luò)管理功能都日益成為直接影響網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商利益的重要因素。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議七層模型中，網(wǎng)絡(luò)管理屬于高層應(yīng)用，目前各廠家網(wǎng)絡(luò)管理的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是向智能化方向發(fā)展。所謂智能化又體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器）之間信息交互的智能化；二是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)管理者之間信息交互的智能化。



在網(wǎng)絡(luò)管理智能化的大趨勢(shì)中，“基于策略的管理”和“流量工程”這兩個(gè)技術(shù)概念是目前最引人注目的。各路由器廠商在新推出的產(chǎn)品中無不標(biāo)榜自己的網(wǎng)絡(luò)管理配套系統(tǒng)具有或部分具有這兩個(gè)方面的功能。



“基于策略的管理”這一概念將同時(shí)影響路由器之間和路由器與網(wǎng)絡(luò)管理者之間的信息交互行為模式。使得網(wǎng)絡(luò)管理者更易于從用戶的角度去定義和約束網(wǎng)絡(luò)行為，而這些上層策略將直接影響網(wǎng)絡(luò)基本行為，使傳統(tǒng)的路由算法發(fā)展為基于策略的路由算法，使路由器之間的信息交互必須包涵策略性所涵蓋的信息內(nèi)容。



“流量工程”是核心網(wǎng)運(yùn)營商最關(guān)心的問題，新的協(xié)議如MPLS在解決標(biāo)記交換的同時(shí)，也提供了一個(gè)很好的解決“流量工程”的方法。即通過路由器三間交互各端的流量狀態(tài)等信息，用收斂算法計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)標(biāo)記的顯式路徑，約束最短路程優(yōu)先算法被采用以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的流量在每一段時(shí)間內(nèi)盡量保持均衡 。



可以說網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展是日新月異。當(dāng)我們沉沁在以IP為基礎(chǔ)的因特網(wǎng)給我們所帶來的巨大喜悅中時(shí)，路由器技術(shù)特別是核心路由器技術(shù)正在經(jīng)歷著巨大的變化，路由器早已非當(dāng)年吳下阿蒙，借用比爾.蓋茨的話說，我們離不懂路由器只有18個(gè)月。


路由器主流廠商
邁普（四川）通信技術(shù)有限公司 官方網(wǎng)站：http://www.maipu.cn/

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