1、第六章 網(wǎng)絡(luò)層第4.6節(jié) 路由器與第三層交換技術(shù)一、路由器功能、結(jié)構(gòu)與工作原理路由器功能1、建立并維護(hù)路由表內(nèi)部有路由表數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；路由器定期更新路由表；2、提供網(wǎng)絡(luò)間的分組轉(zhuǎn)發(fā)功能當(dāng)分組進(jìn)入時(shí)，檢查其源地址與目的地址；根據(jù)路由表數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)信息，決定分組傳送路徑。路由器的結(jié)構(gòu)與工作原理路由器是一種具有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，完成分組轉(zhuǎn)發(fā)功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；由“路由選擇處理機(jī)”和“分組處理與交換”組成。路由選擇處理機(jī)路由選擇部分是控制部分，其核心構(gòu)件是路由選擇處理機(jī)；路由選擇處理機(jī)的任務(wù)是根據(jù)所選定的路由選擇算法構(gòu)造路由表，同時(shí)與相鄰路由器交換路由信息，更新和維護(hù)路由表。

2、分組處理與交換部分分組處理與交換部分主要包括：交換結(jié)構(gòu)、一組輸入端口和一組輸出端口；交換結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表（根據(jù)路由表形成）對(duì)分組進(jìn)行處理，將輸入端口進(jìn)入的分組從合適的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)出去（如果接收的分組是交換的路由信息的RIP或OSPF分組，則將其送交路由選擇處理器）；路由器每個(gè)輸入和輸出端口中各有三個(gè)模塊，對(duì)應(yīng)于物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，進(jìn)行數(shù)據(jù)的拆包、封裝；轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率衡量路由器性能的重要參數(shù)是路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率；最理想的狀況是路由器分組處理速率等于輸入端口的線路傳送速率，稱為線速；如果使用的是OC-48鏈路(Optical Carrier第48級(jí)光載波 )，速率為2.488Gbps，分組

3、長(zhǎng)度為256字節(jié)。如果路由器的處理能力達(dá)到線速，就要求路由器每秒鐘能處理1.2148106個(gè)分組，記作1.2148Mpps。2.488 / 8 *1000 / 256 =1.2148 排隊(duì)隊(duì)列當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)一個(gè)輸入端口時(shí)需要在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理；路由器輸出端口設(shè)有緩存，存儲(chǔ)等待轉(zhuǎn)發(fā)的輸出分組隊(duì)列；只要路由器的接收分組速率、處理分組速率、輸出分組速率小于線速，無(wú)論是輸入端口、處理分組過(guò)程與輸出端口都會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)等待，產(chǎn)生分組轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于隊(duì)列長(zhǎng)度不夠而溢出，造成分組丟失。二、路由器技術(shù)演變與發(fā)展變化集中在從基于軟件工作的單總線單CPU結(jié)構(gòu)的路由器向基于硬件工作的高性能路由器方向發(fā)展。路

4、由器的分組轉(zhuǎn)發(fā)是網(wǎng)絡(luò)層的主要服務(wù)功能。最初的簡(jiǎn)單路由器可以由一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)加載特定的軟件，并增加一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)接口卡構(gòu)成。軟件主要提供路由選擇、分組接收和轉(zhuǎn)發(fā)功能。8第一代單總線單CPU結(jié)構(gòu)的路由器控制指令與收發(fā)數(shù)據(jù)都是通過(guò)一條總線來(lái)傳輸?shù)摹５诙嗫偩€多CPU結(jié)構(gòu)的路由器第二代路由器包括：?jiǎn)慰偩€主從CPU結(jié)構(gòu)、單總線對(duì)稱多CPU結(jié)構(gòu)、多總線多CPU結(jié)構(gòu)等多種形式。圖中路由器使用3種CPU和3種總線。第三代交換結(jié)構(gòu)的Gbps路由器用基于硬件專用芯片ASIC的交換結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的共享總線；沒(méi)有核心CPU，所有網(wǎng)絡(luò)接口卡都有功能相同的CPU；路由與轉(zhuǎn)發(fā)軟件采用并行處理的核心思想。11第三代交換結(jié)構(gòu)

5、的Gbps路由器結(jié)構(gòu)12第四代多級(jí)交換路由器第三代交換結(jié)構(gòu)的Gbps路由器成本增高，同時(shí)對(duì)新的應(yīng)用需求與協(xié)議變化的適應(yīng)能力差；針對(duì)這種情況，研究人員提出網(wǎng)絡(luò)處理器(NP)的概念，通過(guò)采用多微處理器的并行處理模式，使NP具有與ASIC芯片相當(dāng)?shù)墓δ?，同時(shí)具有很好的可編程能力，使得用NP設(shè)計(jì)的路由器性能大幅度提高，能適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要；未來(lái)的路由器應(yīng)該是采用并行處理、光交換技術(shù)的多級(jí)交換路由器。13三、第三層交換的基本概念第三層交換（也稱多層交換技術(shù)，IP交換技術(shù)）是相對(duì)于傳統(tǒng)交換概念而提出的。傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的，而第三層交換在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實(shí)現(xiàn)了分組的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，三層交換技術(shù)就是“二層交換技術(shù) + 三層轉(zhuǎn)發(fā)”。將第三層成熟的路由技術(shù)與第二層高性能的硬件交換技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到快速轉(zhuǎn)發(fā)分組，保證QoS服務(wù)質(zhì)量，提高結(jié)點(diǎn)性能的目的。1415一個(gè)具有三層交換功能的設(shè)備，是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，是兩者的有機(jī)結(jié)合。解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后網(wǎng)段中的子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管