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路由認知

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路由基本知識及相關網關等知識 :

路由器是什麼
所謂路由就是指通過相互連接的網絡把信息從源地點移動到目標地點的活動。一般來說,在路由過程中,信息至少會經過一個或多個中間節點。通常,人們會把路由和交換進行對比,這主要是因為在普通用戶看來兩者所實現的功能是完全一樣的。其實,路由和交換之間的主要區別就是交換發生在OSI參考模型的第二層(數據鏈路層),而路由發生在第三層,即網絡層。這一區別決定了路由和交換在移動信息的過程中需要使用不同的控制信息,所以兩者實現各自功能的方式是不同的。
  早在40多年之間就已經出現了對路由技術的討論,但是直到80年代路由技術才逐漸進入商業化的應用。路由技術之所以在問世之初沒有被廣泛使用主要是因為80年代之前的網絡結構都非常簡單,路由技術沒有用武之地。直到最近十幾年,大規模的互聯網絡才逐漸流行起來,為路由技術的發展提供了良好的基礎和平台。
  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)。作為不同網絡之間互相連接的樞紐,路由器系統構成了基於 TCP/IP 的國際互連網絡 Internet 的主體脈絡,也可以說,路由器構成了 Internet 的骨架。它的處理速度是網絡通信的主要瓶頸之一,它的可靠性則直接影響著網絡互連的質量。因此,在園區網、地區網、乃至整個 Internet 研究領域中,路由器技術始終處於核心地位,其發展歷程和方向,成為整個 Internet 研究的一個縮影。在當前我國網絡基礎建設和信息建設方興未艾之際,探討路由器在互連網絡中的作用、地位及其發展方向,對於國內的網絡技術研究、網絡建設,以及明確網絡市場上對於路由器和網絡互連的各種似是而非的概念,都具有重要的意義。
  
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。
  一般說來,異種網絡互聯與多個子網互聯都應采用路由器來完成。
  路由器的主要工作就是為經過路由器的每個數據幀尋找一條最佳傳輸路徑,並將該數據有效地傳送到目的站點。由此可見,選擇最佳路徑的策略即路由算法是路由器的關鍵所在。為了完成;這項工作,在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據——路徑表(Routing Table),供路由選擇;時使用。路徑表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路徑表可以是由系統管理員固定設置好的,也可以由系統動態修改,可以由路由器自動調整,也可以由主機控制。
  1.靜態路徑表
  由系統管理員事先設置好固定的路徑表稱之為靜態(static)路徑表,一般是在系統安裝時就根據網絡的配置情況預先設定的,它不會隨未來網絡結構的改變而改變。
  2.動態路徑表
  動態(Dynamic)路徑表是路由器根據網絡系統的運行情況而自動調整的路徑表。路由器根據路由選擇協議(Routing Protocol)提供的功能,自動學習和記憶網絡運行情況,在需要時自動計算數據傳輸的最佳路徑。
路由器的結構
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。
  交換開關可以使用多種不同的技術來實現。迄今為止使用最多的交換開關技術是總線、交叉開關和共享存貯器。最簡單的開關使用一條總線來連接所有輸入和輸出端口,總線開關的缺點是其交換容量受限於總線的容量以及為共享總線仲裁所帶來的額外開銷。交叉開關通過開關提供多條數據通路,具有N×N個交叉點的交叉開關可以被認為具有2N條總線。如果一個交叉是閉合,輸入總線上的數據在輸出總線上可用,否則不可用。交叉點的閉合與打開由調度器來控制,因此,調度器限制了交換開關的速度。在共享存貯器路由器中,進來的包被存貯在共享存貯器中,所交換的僅是包的指針,這提高了交換容量,但是,開關的速度受限於存貯器的存取速度。盡管存貯器容量每18個月能夠翻一番,但存貯器的存取時間每年僅降低5%,這是共享存貯器交換開關的一個固有限制。
  輸出端口在包被發送到輸出鏈路之前對包存貯,可以實現復雜的調度算法以支持優先級等要求。與輸入端口一樣,輸出端口同樣要能支持數據鏈路層的封裝和解封裝,以及許多較高級協議。
  路由處理器計算轉發表實現路由協議,並運行對路由器進行配置和管理的軟件。同時,它還處理那些目的地址不在線卡轉發表中的包。


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