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路由器綜述

　　路由器是互聯網的主要節點設備。路由器通過路由決定數據的轉發。轉發策略稱為路由選擇(routing)，這也是路由器名稱的由來(router，轉發者)。
　　路由器通常用於節點眾多的大型網絡環境，它處於ISO/OSI模型的網絡層。與交換機和網橋相比，在實現骨干網的互聯方面，路由器、特別是高端路由器有著明顯的優勢。路由器高度的智能化，對各種路由協議、網絡協議和網絡接口的廣泛支持，還有其獨具的安全性和訪問控制等功能和特點是網橋和交換機等其他互聯設備所不具備的。路由器的中低端產品可以用於連接骨干網設備和小規模端點的接入，高端產品可以用於骨干網之間的互聯以及骨干網與互聯網的連接。特別是對於骨干網的互聯和骨干網與互聯網的互聯互通，不但技術復雜，涉及通信協議、路由協議和眾多接口，信息傳輸速度要求高，而且對網絡安全性的要求也比其他場合高得多。因此采用高端路由器作為互聯設備，有著其他互聯設備不可比擬的優勢。
　　路由器的作用
　　路由器的一個作用是連通不同的網絡，另一個作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網絡系統通信負荷，節約網絡系統資源，提高網絡系統暢通率，從而讓網絡系統發揮出更大的效益來。
　　從過濾網絡流量的角度來看，路由器的作用與交換機和網橋非常相似。但是與工作在網絡物理層，從物理上劃分網段的交換機不同，路由器使用專門的軟件協議從邏輯上對整個網絡進行劃分。例如，一台支持IP協議的路由器可以把網絡劃分成多個子網段，只有指向特殊IP地址的網絡流量才可以通過路由器。對於每一個接收到的數據包，路由器都會重新計算其校驗值，並寫入新的物理地址。因此，使用路由器轉發和過濾數據的速度往往要比只查看數據包物理地址的交換機慢。但是，對於那些結構復雜的網絡，使用路由器可以提高網絡的整體效率。路由器的另外一個明顯優勢就是可以自動過濾網絡廣播。從總體上說，在網絡中添加路由器的整個安裝過程要比即插即用的交換機復雜很多。
　　路由器的類型及特點
　　互聯網各種級別的網絡中隨處都可見到路由器。接入網絡使得家庭和小型企業可以連接到某個互聯網服務提供商；企業網中的路由器連接一個校園或企業內成千上萬的計算機；骨干網上的路由器終端系統通常是不能直接訪問的，它們連接長距離骨干網上的ISP和企業網絡。互聯網的快速發展無論是對骨干網、企業網還是接入網都帶來了不同的挑戰。骨干網要求路由器能對少數鏈路進行高速路由轉發。企業級路由器不但要求端口數目多、價格低廉，而且要求配置起來簡單方便，並提供QoS。
　　1.接入路由器
　　接入路由器連接家庭或ISP內的小型企業客戶。接入路由器已經開始不只是提供SLIP或PPP連接，還支持諸如PPTP和IPSec等虛擬私有網絡協議。這些協議要能在每個端口上運行。諸如ADSL等技術將很快提高各家庭的可用帶寬，這將進一步增加接入路由器的負擔。由於這些趨勢，接入路由器將來會支持許多異構和高速端口，並在各個端口能夠運行多種協議，同時還要避開電話交換網。
　　2.企業級路由器
　　企業或校園級路由器連接許多終端系統，其主要目標是以盡量便宜的方法實現盡可能多的端點互連，並且進一步要求支持不同的服務質量。許多現有的企業網絡都是由Hub或網橋連接起來的以太網段。盡管這些設備價格便宜、易於安裝、無需配置，但是它們不支持服務等級。相反，有路由器參與的網絡能夠將機器分成多個碰撞域，並因此能夠控制一個網絡的大小。此外，路由器還支持一定的服務等級，至少允許分成多個優先級別。但是路由器的每端口造價要貴些，並且在能夠使用之前要進行大量的配置工作。因此，企業路由器的成敗就在於是否提供大量端口且每端口的造價很低，是否容易配置，是否支持QoS。另外還要求企業級路由器有效地支持廣播和組播。企業網絡還要處理歷史遺留的各種LAN技術，支持多種協議，包括IP、IPX和Vine。它們還要支持防火牆、包過濾以及大量的管理和安全策略以及VLAN。
　　3.骨干級路由器
　　骨干級路由器實現企業級網絡的互聯。對它的要求是速度和可靠性，而代價則處於次要地位。硬件可靠性可以采用電話交換網中使用的技術，如熱備份、雙電源、雙數據通路等來獲得。這些技術對所有骨干路由器而言差不多是標准的。骨干IP路由器的主要性能瓶頸是在轉發表中查找某個路由所耗的時間。當收到一個包時，輸入端口在轉發表中查找該包的目的地址以確定其目的端口，當包越短或者當包要發往許多目的端口時，勢必增加路由查找的代價。因此，將一些常訪問的目的端口放到緩存中能夠提高路由查找的效率。不管是輸入緩沖還是輸出緩沖路由器，都存在路由查找的瓶頸問題。除了性能瓶頸問題，路由器的穩定性也是一個常被忽視的問題。
　　4.太比特路由器
　　在未來核心互聯網使用的三種主要技術中，光纖和DWDM都已經是很成熟的並且是現成的。如果沒有與現有的光纖技術和DWDM技術提供的原始帶寬對應的路由器，新的網絡基礎設施將無法從根本上得到性能的改善，因此開發高性能的骨干交換/路由器(太比特路由器)已經成為一項迫切的要求。太比特路由器技術現在還主要處於開發實驗階段。
路由器的體系結構
　　從體系結構上看，路由器可以分為第一代單總線單CPU結構路由器、第二代單總線主從CPU結構路由器、第三代單總線對稱式多CPU結構路由器；第四代多總線多CPU結構路由器、第五代共享內存式結構路由器、第六代交叉開關體系結構路由器和基於機群系統的路由器等多類。
　　路由器的構成
　　路由器具有四個要素：輸入端口、輸出端口、交換開關和路由處理器。
輸入端口是物理鏈路和輸入包的進口處。端口通常由線卡提供，一塊線卡一般支持4、8或16個端口，一個輸入端口具有許多功能。第一個功能是進行數據鏈路層的封裝和解封裝。第二個功能是在轉發表中查找輸入包目的地址從而決定目的端口(稱為路由查找)，路由查找可以使用一般的硬件來實現，或者通過在每塊線卡上嵌入一個微處理器來完成。第三，為了提供QoS(服務質量)，端口要對收到的包分成幾個預定義的服務級別。第四，端口可能需要運行諸如SLIP(串行線網際協議)和PPP(點對點協議)這樣的數據鏈路級協議或者諸如PPTP(點對點隧道協議)這樣的網絡級協議。一旦路由查找完成，必須用交換開關將包送到其輸出端口。如果路由器是輸入端加隊列的，則有幾個輸入端共享同一個交換開關。這樣輸入端口的最後一項功能是參加對公共資源(如交換開關)的仲裁協議。