路由器基本原理和结构体系

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1、路由器基本原理和结构体系一、路由器在IP网络中的位置TP是一种网络间的互连协议。整个TP网络，由许多子网络构成，各子网络又由许多主机组成。了网Z间可以使用不同的链路层协议，如Ethernet或PPP等，同一子网必须使用相同的链路协议。在网络层，主机用1P地址寻址，1P地址实行全网统一管理。1P地址通过子网掩码而分成两部分：NetID和HostID。同一子网内部使用相同的NetTD,而HostID各不相同。子网内部的主机通信，由链路协议直接进行；子网之间的主机通信，要通过路由器來完成。路由器是多个子网的成员，在它的内部有一张表示NetTD与下一跳端口对应关系的路由表

2、。通信起点主机发出IP包被路由器接收后，路由器查路由表，确定下一跳输出端口，发给下一台路由器，这台路由器又转发给另外一台路由器，用这样一跳接着一跳的方式，直到通信终点刿一台主机收到这个1P包。1P协议的网络层是无连接的，路由器中没冇表示连接状态的信息。路由器在网络层也没有重发机制和拥塞控制。TP协议重发机制和拥塞控制由传输层TCP来处理，按端到端的方式运行。传输层拥塞控制通过TCP慢启动实现。IP协议把网络划分为物理层（L1）、链路层（L2）、网络层（L3）、传输层（L4）及应用层（L7）五个层次。处理物理层的设备冇llub集线器，处理链路层的设备冇L2以太交换机

3、，路由器是在网络层转发数据的设备。1.3以太交换机是IP网络路由器的特例，通常只冇以太线路接口，工作在纯以太网络环境屮。二、路由器工作原理路曲表是工作在TP协议网络层实现子网之间转发数据的设备。路由器内部，如图，可以划分为控制平而和数据通道。在控制平而上，路由协议可以有不同的类型，如OSPF、BGP等。路山器通过路由【办议交换网络的拓扑结构信息，依照扌石扑结构动态生成路由表。在数据通道上，转发引擎从输入线路接收IP包后，分析与修改包头，使用转发表查找输出端口，把数据交换到输出线路上。转发表是根据路由表生成的，英表项和路由表项有言接对应关系，但转发表的格式和路由表的

4、格式不同，它更适合实现快速查找。转发的主要流程包括线路输入、包头分析、数据存储、包头修改和线路输出。IP包从不同的线路上到达路由器的接口卡，线路输入处理部分对它进行信号恢复、解码和CRC校验，然后放进输入FIFO。输入口卜'0的数据耍送入数据存储器，数据存储器可以是CPU控制主内存或逻辑控制的专用内存。新输入数据放在系统输入队列尾部，CPU或逻辑从输入队列取出报文进行分析，需要分析的内容主要是L3包头中的目的TP地址，有些情况也L3包头的其他部分，甚至包括L2和L4包头。包头分析首先滤掉TP头校验和有错的报文，然后确定是协议报文还是转发报文。协议报文送协议软件处理

5、，转发报文要查转发表确定输出端U,查流分类表确定输出队列。每个端IT可以冇若干个输出队列，他们对应于不同的优先级別。输出队列调度模块根据特定的规则，把选中的报文交给输IIIFIFOo报文在进入输111FIFO之前，要修改包头。修改包头包括IPTTL值减一，更新IP头校验和，替换L2的地址等。线路输出处理部分从输出FIFO中取出数据,更新链路层CRC数值，然后编码，经信号调制发送到输出线路上。这就是TP包转发的基木流程，如果支持更多的IP业务，如ACL,NAT等，在上述流程中还要増加额外的过滤和处理。路由协议根据网络拓扑结构动态生成路由表。1P协议把整个网络划分为筲

6、理区域，这些管理区域称为口治域，自治域区号实行全网统一管理。这样，路由协议就有域内协议和域间协议之分。域内路由协议，如OSPF、ISTS,在路由器间交换管理域内代表网络拓扑结构的链路状态，根据链路状态推导出路由表。域内路由协议相邻节点Z间，采用多播或广播方式通信。域间路由协议，如BGP,根据距离向量利过滤策略生成全网路由表。域间路由协议相邻节点交换数据，不能使用多播方式，只能采用指定的点到点连接。域间路由协议不能使用缺省路由，BGP路由表必须表达1P网络全部子网的信息，所以路由衣项较多。尽筲使用1P地址子网聚合技术后，路由表项得到有效减少，到2001年，BGP路山

7、表项已经接近100K。不断增大的路山表项，是1P网络必须面对的现实之一。小型企业网络，位于网络边沿，采用人工配置的静态路由或简单协议RIP即可。使用缺省路由后，路由表项的大小只受企业内部子网划分的影响。三、路由器结构体系路由器内部可以划分为控制平面和数据通道。路由器的控制平面，运行在通用CPU系统中，多年来一宵•没冇多少变化。在高可用性设计中，可以采用双主控进行主从式备份，來保证控制平面的可靠性。路由器的数据通道，为适应不同的线路速度，不同的系统容斎，采用了不同的实现技术。路由器的结构体系正是根据数据通道转发引擎的实现机理来区分。简单而言，可以分为软件转发路由器和

8、硬件转发路