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【网络层】路由器的构成

2015-06-17

【网络层】路由器的构成

一，概念

路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动

区别：路由和交换之间的主要区别？

交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。

二，路由器作用

1）连通不同的网络

2）选择信息传送的线路

3）流量控制

三，路由表

1）静态路径表

　　由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（static）路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。

　　2）动态路径表

　　动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。

四，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

五，路由器的体系结构和构成

1）体系结构划分

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、

第六代交叉开关体系结构路由器

基于机群系统的路由器等多类。

2）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。

整个路由器结构划分为两大部分：路由选择部分（核心为路由选择处理机）、分组转发部分（输入、输出和交换）

路由表：仅包含从目的网络到下一跳的映射，总是由软件实现。

转发表：从路由表得到，转发表每一行必须包含要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息。

输入结构：物理层-> 链路层 -> 缓存在网络层，让来不解转发的IP数据报暂存在缓存区。

输出结构：缓存在网络层 -> 链路层 -> 物理层。

六，低端和高端路由的区别

比如思科和TP - LINK的路由器。

1）处理器的工作频率和内存容量很大程度上决定着一款路由器的性能。

2）处理器主频只是处理器的一个性能指标，其总线宽度(16位还是32位)、Cache容量和结构、内部总线结构、是单CPU还是多CPU分布式处理、运算模式等指标，都会影响处理器性能。几乎所有路由器采用的都是通信专业RISC CPU，所以“采用通信专业RISC CPU”相当于什么都没说，关键要看这颗CPU到底用的是什么内核，内部结构如何。内存也是一样，内存容量大小并不决定一切，如果负载不大，那么4M的内存和8M的内存在使用时也许效果并不会有多大区别，所以根据内存的大小来绝对评判路由器性能并不科学(当然内存容量大还是有好处)。

3）决定路由档次的指标：负载能力，通俗一点也叫带机数量。例如网吧里所有人都在埋头上网聊天、游戏，而且几乎所有数据都通过路由器WAN口，所以负载很重;但如果是一个企业网，大部分人都在忙着搞设计、写报告、做计划，同一时间只有小部分人在用网络，而且大部分数据都是在企业网内部流动，所以路由器负载很轻，那就可以同时负载比较多的客户端。

4）吐量是指路由器每秒能处理的数据量，这个参数是指LAN-to-WAN的吞吐量，其测量结果应是在NAT开启，防火墙关闭的情况下，分别用 Smartbits和Chariot两种测试方式分别进行。

总结如下：

　　1.性能不同，性能强劲的路由器内置强悍的处理器和大容量内存，因此成本比较高。

　　2.应用不同，性能强劲的路由器可以用于更多负载的网络，而低端路由器吃不消。

　　3.功能不同，虽然基本功能一样，但是一些路由器还内置了其他比较实用的功能，像专业防火墙功能、VPN这些，因此技术要求较高，价格自然也会跟着提高。

七，路由器和交换机的区别

1.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。

　　2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。

　　3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。

　　4.子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。

　　5.保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。

　　6.介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比较复杂，不适合ASIC实现，势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络互连，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚元的网络之间进行互连。而路由器则不同，它主要用于不同网络之间互连，因此能连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文转发速度低。

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