Question

详解路由器的工作原理

Answer 1

　　很多人都知道路由器是现在很重要的上网连线装置，但可能都不太了解路由器的工作原理，下面是我整理的一些关于路由器的相关资料，供你参考。

　　

　　我们知道路由器是用来连线不同网段或网路的，在一个区域网中，如果不需与外界网路进行通讯的话，内部网路的各工作站都能识别其它各节点，完全可以通过交换机就可以实现目的传送，根本用不上路由器来记忆区域网的各节点MAC地址。路由器识别不同网路的方法是通过识别不同网路的网路ID号进行的，所以为了保证路由成功，每个网路都必须有一个唯一的网路编号。路由器要识别另一个网路，首先要识别的就是对方网路的路由器IP地址的网路ID，看是不是与目的节点地址中的网路ID号相一致。如果是当然就向这个网路的路由器传送了，接收网路的路由器在接收到源网路发来的报文后，根据报文中所包括的目的节点IP地址中的主机ID号来识别是发给哪一个节点的，然后再直接传送。

　　为了更清楚地说明路由器的工作原理，现在我们假设有这样一个简单的网路。假设其中一个网段网路ID号为"A"，在同一网段中有4台终端装置连线在一起，这个网段的每个装置的IP地址分别假设为：A1、A2、A3和A4。连线在这个网段上的一台路由器是用来连线其它网段的，路由器连线于A网段的那个埠IP地址为A5。同样路由器连线另一网段为B网段，这个网段的网路ID号为"B"，那连线在B网段的另几台工作站装置设的IP地址我们设为：B1、B2、B3、B4，同样连线与B网段的路由器埠的IP地址我们设为B5。

　　在这样一个简单的网路中同时存在着两个不同的网段，现如果A网段中的A1使用者想传送一个数据给B网段的B2使用者，有了路由器就非常简单了。

　　首先A1使用者把所传送的资料及传送报文准备好，以资料帧的形式通过集线器或交换机广播发给同一网段的所有节点集线器都是采取广播方式，而交换机因为不能识别这个地址，也采取广播方式，路由器在侦听到A1传送的资料帧后，分析目的节点的IP地址资讯路由器在得到资料包后总是要先进行分析。得知不是本网段的，就把资料帧接收下来，进一步根据其路由表分析得知接收节点的网路ID号与B5埠的网路ID号相同，这时路由器的A5埠就直接把资料帧发给路由器B5埠。B5埠再根据资料帧中的目的节点IP地址资讯中的主机ID号来确定最终目的节点为B2，然后再发送资料到节点B2。这样一个完整的资料帧的路由转发过程就完成了，资料也正确、顺利地到达目的节点。

　　当然实际上像以上这样的网路算是非常简单的，路由器的功能还不能从根本上体现出来，一般一个网路都会同时连线其它多个网段或网路，就像图2所示的一样，A、B、C、D四个网路通过路由器连线在一起。

　　现在我们来看一下在如图2所示网路环境下路由器又是如何发挥其路由、资料转发作用的。我们同样需要假设，各网路使用者的IP地址分配就不多讲了，图2已有标注。现假设网路A中一个使用者A1要向C网路中的C3使用者传送一个请求讯号时，讯号传递的步骤如下：

　　第1步：使用者A1将目的使用者C3的地址C3，连同资料资讯以资料帧的形式通过集线器或交换机以广播的形式传送给同一网路中的所有节点，当路由器A5埠侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，需要路由转发，就把资料帧接收下来。

　　第2步：路由器A5埠接收到使用者A1的资料帧后，先从报头中取出目的使用者C3的IP地址，并根据路由表计算出发往使用者C3的最佳路径。因为从分析得知到C3的网路ID号与路由器的C5网路ID号相同，所以由路由器的A5埠直接发向路由器的C5埠应是讯号传递的最佳途经。

　　第3步：路由器的C5埠再次取出目的使用者C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主机ID号，如果在网路中有交换机则可先发给交换机，由交换机根据MAC地址表找出具体的网路节点位置;如果没有交换机装置则根据其IP地址中的主机ID直接把资料帧传送给使用者C3，这样一个完整的资料通讯转发过程也完成了。

　　从上面可以看出，不管网路有多么复杂，路由器其实所作的工作就是这么几步，所以整个路由器的工作原理都差不多。当然在实际的网路中还远比上图2所示的要复杂许多，实际的步骤也不会像上述那么简单，但总的过程是这样的。

　　路由器使用分类

　　网际网路各种级别的网路中随处都可见到路由器。接入网路使得家庭和小型企业可以连线到某个网际网路服务提供商;企业网中的路由器连线一个校园或企业内成千上万的计算机;骨干网上的路由器终端系统通常是不能直接访问的，它们连线长距离骨干网上的ISP和企业网路。网际网路的快速发展无论是对骨干网、企业网还是接入网都带来了不同的挑战。骨干网要求路由器能对少数链路进行高速路由转发。企业级路由器不但要求埠数目多、价格低廉，而且要求配置起来简单方便，并提供QoS，像飞鱼星的企业级路由器就提供SmartQoSIII。

　　接入

　　接入路由器连线家庭或ISP内的小型企业客户。接入路由器已经开始不只是提供SLIP或PPP连线。诸如ADSL等技术将很快提高各家庭的可用频宽，这将进一步增加接入路由器的负担。由于这些趋势，接入路由器将来会支援许多异构和高速埠，并在各个埠能够执行多种协议，同时还要避开电话交换网。

　　企业级

　　企业或校园级路由器连线许多终端系统，其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，并且进一步要求支援不同的服务质量。许多现有的企业网路都是由Hub或网桥连线起来的乙太网段。尽管这些装置价格便宜、易于安装、无需配置，但是它们不支援服务等级。相反，有路由器参与的网路能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够控制一个网路的大小。此外，路由器还支援一定的服务等级，至少允许分成多个优先级别。但是路由器的每埠造价要贵些，并且在能够使用之前要进行大量的配置工作。因此，企业路由器的成败就在于是否提供大量埠且每埠的造价很低，是否容易配置，是否支援QoS。另外‘还要求企业级路由器有效地支援广播和组播。企业网路还要处理历史遗留的各种LAN技术，支援多种协议，包括IP、IPX和Vine。它们还要支援防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及VLAN。

　　骨干级

　　骨干级路由器实现企业级网路的互联。对它的要求是速度和可靠性，而代价则处于次要地位。

　　硬体可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双资料通路等来获得。这些技术对所有骨干路由器而言差不多是标准的。骨干IP路由器的主要效能瓶颈是在转发表中查询某个路由所耗的时间。当收到一个包时，输入埠在转发表中查询该包的目的地址以确定其目的埠，当包越短或者当包要发往许多目的埠时，势必增加路由查询的代价。因此，将一些常访问的目的埠放到快取中能够提高路由查询的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器，都存在路由查询的瓶颈问题。除了效能瓶颈问题，路由器的稳定性也是一个常被忽视的问题。

　　太位元

　　在未来核心网际网路使用的三种主要技术中，光纤和DWDM都已经是很成熟的并且是现成的。如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始频宽对应的路由器，新的网路基础设施将无法从根本上得到效能的改善，因此开发高效能的骨干交换/路由器太位元路由器已经成为一项迫切的要求。太位元路由器技术还主要处于开发实验阶段。

　　多WAN

　　双WAN路由器具有物理上的2个WAN口作为外网接入，这样内网电脑就可以经过双WAN路由器的负载均衡功能同时使用2条外网接入线路，大幅提高了网路频宽。当前双WAN路由器主要有“频宽汇聚”和“一网双线”的应用优势，这是传统单WAN路由器做不到的。

　　3G无线

　　3G无线路由器采用32位高效能工业级ARM9通讯处理器，以嵌入式实时作业系统RTOS为软体支撑平台，系统集成了全系列从逻辑链路层到应用层通讯协议，支援静态及动态路由、PPP server及PPP client、包括、PPTP和IPSEC、DHCP server及DHCP client、DDNS、防火墙、NAT、DMZ主机等功能。为使用者提供安全、高速、稳定可靠，各种协议路由转发的无线路由网路。

　　随着3G无线网路的发展，人们越来越享受无线网路给人们带来的价值，市场上有多种类的3G无线路由器，其中有小黑A8 系列，小黑华为e5等。3G无线路由器在改变人们的生活。