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路由器[编辑]


概念

  所谓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。一般来说,在路由过程中,信息至少会经过一个或多个中间节点。通常,人们会把路由和交换机进行对比,这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实,路由和交换之间的主要区别就是交换发生在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。

  早在40多年前就已经出现了对路由技术的讨论,但是直到80年代路由技术才逐渐进入商业化的应用。路由技术之所以在问世之初没有被广泛使用主要是因为80年代之前的网络结构都非常简单,路由技术没有用武之地。直到最近十几年,大规模的互联网络才逐渐流行起来,为路由技术的发展提供了良好的基础和平台。

  路由器(Router)是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。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)。作为不同网络之间互相连接的枢纽,路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互联网络 Internet 的主体脉络,也可以说,路由器构成了 Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一,它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。因此,在园区网、地区网、乃至整个 Internet 研究领域中,路由器技术始终处于核心地位,其发展历程和方向,成为整个 Internet 研究的一个缩影。在当前我国网络基础建设和信息建设方兴未艾之际,探讨路由器在互连网络中的作用、地位及其发展方向,对于国内的网络技术研究、网络建设,以及明确网络市场上对于路由器和网络互连的各种似是而非的概念,都有重要的意义。

原理

  路由器(Router)是用于连接多个逻辑上分开的网络,所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器来完成。因此,路由器具有判断网络地址和选择路径的功能,它能在多网络互联环境中,建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网,路由器只接受源 站或其他路由器的信息,属网络层的一种互联设备。它不关心各子网使用的硬件设备,但要求运行与网络层协议相一致的软件。路由器分本地路由器和远程路由器,本地路由器是用来连接网络传输介质的,如光纤、同轴电缆、双绞线;远程路由器是用来连接远程传输介质,并要求相应的设备,如电话线要配调制解调器,无线要通过无线接收机、发射机。路由器原理

其工作原理如下: 

  (1)工作站A将工作站B的地址12.0.0.5连同数据信息以数据帧的形式发送给路由器1。 

  (2)路由器1收到工作站A的数据帧后,先从包头中取出地址12.0.0.5,并根据路径表计算出发往工作站B的最佳路径:R1->R2->R5->B;并将数据包发往路由器2。 

  (3)路由器2重复路由器1的工作,并将数据包转发给路由器5。 

  (4)路由器5同样取出目的地址,发现12.0.0.5就在该路由器所连接的网段上,于是将该数据包直接交给工作站B。 

  (5)工作站B收到工作站A的数据帧,一次通信过程宣告结束。

  事实上,路由器除了上述的路由选择这一主要功能外,还具有网络流量控制功能。有的路由器仅支持单一协议,但大部分路由器可以支持多种协议的传输,即多协议路由器。由于每一种协议都有自己的规则,要在一个路由器中完成多种协议的算法,势必会 降低路由器的性能。因此,我们以为,支持多协议的路由器性能相对较低。用户购买路由器时,需要根据自己的实际情况,选择自己需要的网络协议的路由器。

  近年来出现了交换路由器产品,从本质上来说它不是什么新技术,而是为了提高通信能力,把交换机的原理组合到路由器中,使数据传输能力更快、更好。

路由器与交换机的区别

  传统交换机从网桥发展而来,属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址,通过站表选择路由,站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备,它根据IP地址进行寻址,通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速,由于交换机只须识别帧中MAC地址,直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单,便于ASIC实现,因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。

  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远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。

路由器的作用

  路由器的一个作用是连通不同的网络,另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路,能大大提高通信速度,减轻网络系统通信负荷,节约网络系统资源,提高网络系统畅通率,从而让网络系统发挥出更大的效益来。

  从过滤网络流量的角度来看,路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层,从物理上划分网段的交换机不同,路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如,一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段,只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包,路由器都会重新计算其校验值,并写入新的物理地址。因此,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换机慢。但是, 路由器

对于那些结构复杂的网络,使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。从总体上说,在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多。

  一般说来,异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。

  路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见,选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作,在路由器中保存着各种传输路径的相关数据--路径表(Routing Table),供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的,也可以由系统动态修改,可以由路由器自动调整,也可以由主机控制。

  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。

参考资料: 计算机网络/吴功宜编著.-2版.-北京:清华大学出版社,2007.3
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创建者: 许玉林

最近更新:2011/5/25 11:00:23

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