路由器技术综述-学院-易耐特YiNaiTe

在当今信息化社会中，人们对数据通信的要求日益增加。路由器作为IP网的核心设备，其技术已成为当前信息产业的关键技术。

什么是路由器

路由器是工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备。路由器通过转发数据包来实现网络互连。虽然路由器可以支持多种协议（例如TCP/IP、IPX/SPX、
AppleTalk等协议），但是在我国绝大多数路由器运行TCP/IP协议。

路由器通常连接两个或多个由IP子网或点到点协议标识的逻辑端口，至少拥有1个物理端口。路由器根据收到数据包中的网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一跳地址，并且重写链路层数据包头实现转发数据包。

路由器通常动态维护路由表来反映当前的网络拓扑。路由器通过与网络上其他路由器交换路由和链路信息来维护路由表。

路由器是连接IP网的核心设备。

路由器的分类

当前路由器分类方法各异。各种分类方法有一定的关联，但是并不完全一致。

从能力上分，路由器可分高端路由器和中低端路由器。各厂家划分并不完全一致。通常将背板交换能力大于40G的路由器称为高端路由器，背板交换能力40G以下的路由器称为中低端路由器。以市场占有率最大的Cisco公司为例，12000系列为高端路由器，7500以下系列路由器为中低端路由器。

从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。

从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与接入路由器。核心路由器位于网络中心，通常是使用高端路由器。要求快速的包交换能力与高速的网络接口，通常是模块化结构。接入路由器位于网络边缘，通常使用中低端路由器。要求相对低速的端口以及较强的接入控制能力。

从功能分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。一般所说的路由器为通用路由器。专用路由器通常为实现某种特定功能对路由器接口、硬件等作专门优化。例如接入服务器用作接入拨号用户，增强PSTN接口以及信令能力；VPN路由器增强隧道处理能力以及硬件加密；宽带接入路由器强调宽带接口数量及种类。

从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。通常线速路由器是高端路由器，能以媒体速率转发数据包；中低端路由器是非线速路由器。但是一些新的宽带接入路由器也有线速转发能力。

路由器分类方法还有很多，并且随着路由器技术的发展，可能会出现越来越多的分类方法。

路由器功能

路由器通常实现下列基本功能：

实现IP、TCP、UDP、ICMP等互联网协议。

连接到两个或多个数据包交换的网络。对每个连接到的网络，实现该网络所要求的功能。这些功能包括：

IP数据包封装到链路层帧或从链路层帧中取出IP数据包。

按照该网络所支持的最大数据包大小发送或接收IP数据报。该大小是网络最大传输单元（MTU）。

将IP地址与相应网络的链路层地址相互转换。例如将IP地址转换成以太网硬件地址。

实现网络支持的流量控制和差错指示。

接收及转发数据包，在收发过程中实现缓冲区管理、拥塞控制以及公平性处理。

出现差错时辨认差错并产生ICMP差错及必要的差错消息。

丢弃生存时间（TTL）域为0的数据包。

必要时将数据包分段。

按照路由表信息，为每个IP数据包选择下一跳目的地。

支持至少一种内部网关协议（IGP）与其他同一自治域中路由器交换路由信息及可达性信息。支持外部网关协议（Exterior Gateway Protocol，EGP）与其他自治域交换拓扑信息。

提供网络管理和系统支持机制，包括存储/上载配置、诊断、升级、状态报告、异常情况报告及控制等。

路由器技术

路由器软件

路由器技术中最核心的技术是软件技术。路由软件是最复杂的软件之一。有些路由软件运行在UNIX操作系统上，有些路由软件运行在嵌入式操作系统上，甚至有些软件为提高效率，本身就是操作系统。全球最大的路由器生产厂家Cisco公司曾一度宣称是一个软件公司，可见路由器软件在路由器技术中所占的重要地位。

路由器软件一般实现路由协议功能、查表转发功能和管理维护等其他功能。由于互联网规模庞大，运行在互联网上路由器中的路由表非常巨大，可能包含几十万条路由。查表转发工作可想而知非常繁重。在高端路由器中上述功能通常由ASIC芯片硬件实现。

路由软件的高复杂性另一方面体现在高可靠性、高可用性以及鲁棒性。实现路由软件的功能并不复杂，在免费共享软件中我们甚至可以得到路由协议和数据转发的实现源码。但是难点在于需要该软件每年365天，每天24小时高效可靠地运行。

在路由器研制过程中，可以通过购买商用源码等形式迅速实现路由器。但是通常认为路由器软件需要一年甚至两年的时间来稳定。

可编程ASIC

ASIC芯片是专用集成电路，是当前路由器实现线速转发数据的的核心技术。可编程ASIC将多项功能集中到一个芯片上，具有设计简单、可靠性高、电源消耗少等优点，能使设备得到更高的性能和更低的成本。

通过ASIC芯片的使用，还可以增加设备端口密度。使用ASIC芯片的端口密度是使用通用芯片时端口密度的数倍。

可编程ASIC芯片的设计是当前高性能路由器实现的硬件保证。

路由器接口

路由器接口用作将路由器连接到网络，可以分为局域网接口及广域网接口两种。局域网接口主要包括以太网(10M、100M和1000M以太网)、令牌环、令牌总线、FDDI等网络接口。广域网主要包括E1/T1、E3/T3、DS3、通用串行口（可转换成X.21 DTE/DCE、V.35 DTE/DCE、RS