CCNA手册路由器：原理介绍

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路由器是互联收集的枢纽、"交通差人"。今朝路由器已经普遍应用于各行各业，各类分歧档次的产物已经成为实现各类主干网内部毗连、主干网间互联和主干网与互联网互联互通营业的主力军。  
路由器综述  

  x" R! G1 W# t0 o9 X: m7 `& k　　路由器是互联网的首要节点设备。路由器经由过程路由抉择数据的转发。转发策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的由来（router，转发者）。  

　　路由器凡是用于节点众多的年夜型收集情形，它处于ISO/OSI模子的收集层。与交流机和网桥对比，在实现主干网的互联方面，路由器、出格是高端路由器有着显明的优势。路由器高度的智能化，对各类路由和谈、收集和谈和收集接口的普遍撑持，还有其独具的平安性和访谒节制等功能和特点是网桥和交流机等其他互联设备所不具备的。路由器的中低端产物可以用于毗连主干网设备和小规模端点的接入，高端产物可以用于主干网之间的互联以及主干网与互联网的毗连。出格是对于主干网的互联和主干网与互联网的互联互通，不单手艺复杂，涉及通信和谈、路由和谈和众多接口，信息传输速度要求高，而且对收集平安性的要求也比其他场所高得多。是以采用高端路由器作为互联设备，有着其他互联设备不核对比的优势。  

　　路由器的浸染  
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　　路由器的一个浸染是连通分歧的收集，另一个浸染是选择信息传送的线路。选择畅达快捷的近路，能年夜年夜提高通信速度，减轻收集系统通信负荷，节约收集系统资本，提高收集系统通顺率，年夜而让收集系统阐扬出更年夜的效益来。  
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　　年夜过滤收集流量的角度来看，路由器的浸染与交流机和网桥很是相似。可是与工作在收集物理层，年夜物理上划分网段的交流机分歧，路由器使用专门的软件和谈年夜逻辑上对折个收集进行划分。例如，一台撑持IP和谈的路由器可以把收集划分成多个子网段，只有指向非凡IP地址的收集流量才可以经由过程路由器。对于每一个领受到的数据包，路由器城市年夜头计较其校验值，并写入新的物理地址。是以，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交流机慢。可是，对于那些结构复杂的收集，使用路由器可以提高收集的整体效率。路由器的此吐矣闽较着优势就是可以自动过滤收集广播。年夜总体上说，在收集中添加路由器的整个安装过程要比即插寄暌姑的交流机复杂良多。  

9 u4 i, f4 o5 c/ J* E+ {0 [4 _- \　　路由器的类型及特点  
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% \5 b/ u5 i4 E2 o2 d5 L　　互联网各类级此外收集中各处都可见到路由器。接入收集使得家庭和小型企业可以毗连到某个互联网处事供给商；企业网中的路由器毗连一个校园或企业内成千上万的计较机；主干网上的路由器终端系统凡是是不能直接访谒的，它们毗连长距离主干网上的ISP和企业收集。互联网的快速成长无论是对主干网、企业网仍是接入网都带来了分歧的挑战。主干网要求路由器能对少数链路进行高速路由转发。企业级路由器不单要求端口数目多、价钱低廉，而且要求设置装备摆设起来简单便利，并供给QoS。  

* r5 I. Q. r& I* l　　1．接入路由器  

　　接入路由器毗连家庭或ISP内的小型企业客户。接入路由器已经起头不只是供给SLIP或PPP毗连，还撑持诸如PPTP和IPSec等虚拟私有收集和谈。这些和谈要能在每个端口上运行。诸如ADSL等手艺将很快提高各家庭的可用带宽，这将进一步增添接入路由器的承担。因为这些趋向，接入路由器未来会撑持良多异构和高速端口，并在各个端口能够运行多种和谈，同时还要避开电话交流网。  

  L0 U; z; |6 d( l) c　　2．企业级路由器  

　　企业或校园级路由器毗连良多终端系统，其首要方针是以尽量廉价的体例实现尽可能多的端点互连，而且进一步要求撑持分歧的处事质量。良多现有的企业收集都是由Hub或网桥毗连起来的以太网段。尽管这些设备价钱廉价、易于安装、无需设置装备摆设，可是它们不撑持处事品级。相反，有路由器介入的收集能够将机械分成多个碰撞域，并是以能够节制一个收集的巨细。此外，路由器还撑持必然的处事品级，至少许可分成多个优先级别。可是路由器的每端口造价要贵些，而且在能够使用之前要进行年夜量的设置装备摆设工作。是以，企业路由器的成败就在于是否供给年夜量端口且每端口的造价很低，是否轻易设置装备摆设，是否撑持QoS。此外还要求企业级路由器有用地撑持广播和组播。企业收集还要措置历史遗留的各类LAN手艺，撑持多种和谈，搜罗IP、IPX和Vine。它们还冲要持防火墙、包过滤以及年夜量的打点和平安策略以及VLAN。

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　　3．主干级路由器  

　　主干级路由器实现企业级收集的互联。对它的要求是速度和靠得住性，而价钱则处于次要地位。硬件靠得住性可以采用电话交流网中使用的手艺，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。这些手艺对所有主干路由器而言差不多是尺度的。主干IP路由器的首要机能瓶颈是在转揭晓中查找某个路由所耗的时刻。当收到一个包时，输入端口在转揭晓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良多目的端口时，势必增添路由查找的价钱。是以，将一些常访谒的目的端口放到缓存中能够提高路由查找的效率。不管是输入缓冲仍是输出缓冲路由器，都存在路由查找的瓶颈问题。除了机能瓶颈问题，路由器的不变性也是一个常被轻忽的问题。  

　　4．太比特路由器  

　　在未来焦点互联网使用的三种首要手艺中，光纤和DWDM都已经是很成熟的而且是现成的。如不美观没有与现有的光纤手艺和DWDM手艺供给的原始带宽对应的路由器，新的收集基本行动措施将无法年夜根柢上获得机能的改善，是以开发高机能的骨清洁流/路由器（太比特路由器）已经成为一项孔殷的要求。太比特路由器手艺此刻还首要处于开发尝试阶段。  

9 @0 D4 K0 u* X5 M: y　　路由器手艺  
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: J0 ?7 a. i$ ], w5 D% c+ _/ `　　路由器的系统结构  

6 L/ U" V  a6 d　　年夜系统结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU结构路由器、第二代单总线主年夜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、第六代交叉开关系统结构路由器和基于机群系统的路由器等多类。  
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　　路由器的组成  

　　路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交流开关和路由措置器。  

7 g7 D( M4 U& C2 `5 m5 [) ?　　输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口凡是由线卡供给，一块线卡一般撑持4、8或16个端口，一个输入端口具有良多功能。第一个功能是进行数据链路层的封装息争封装。第二个功能是在转揭晓中查找输入包目的地址年夜而抉择目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者经由过程在每块线卡上嵌入一个微措置器来完成。第三，为了供给QoS（处事质量），端口要对收到的包分成就个预界说的处事级别。第四，端口可能需要运行诸如SLIP（串行线网际和谈）和PPP（点对点和谈）这样的数据链路级和谈或者诸如PPTP（点对点地道和谈）这样的收集级和谈。一旦路由查找完成，必需用交流开关将包送到其输出端口。如不美观路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享统一个交流开关。这样输入端口的最后一项功能是加入对公共资本（如交流开关）的仲裁和谈。  
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7 e0 `) L& _8 Q$ e, f$ k% b: w　　交流开关可以使用多种分歧的手艺来实现。迄今为止使用最多的交流开关手艺是总线、交叉开关和共享存贮器。最简单的开关使用一条总线来毗连所有输入和输出端口，总线开关的错误谬误是其交流容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。交叉开关经由过程开关供给多条数据通路，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如不美观一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不成用。交叉点的闭合与打开由调剂器来节制，是以，调剂器限制了交流开关的速度。在共享存贮器路由器中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交流的仅是包的指针，这提高了交流容量，可是，开关的速度受限于存贮器的存取速度。尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时刻每年仅降低5%，这是共享存贮器交流开关的一个固有限制。  

　　输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调剂算法以撑持优先级等要求。与输入端口一样，输出端口同样要能撑持数据链路层的封装息争封装，以及良多较高级和谈。  

) o/ S2 D" z( P, [! D, Z, G& k　　路由措置器计较转揭晓实现路由和谈，并运行对路由器进行设置装备摆设和打点的软件。同时，它还措置那些目的地址不在线卡转揭晓中的包。