靜態路由器和網路層

『壹』 關於路由器互連網路

路由器互連與網路的協議有關，我們討論限於TCP/IP網路的情況。下面是我整理的一些關於路由器互連網路的相關資料，供你參考。

——路由器工作在OSI模型中的第三層，即網路層。路由器利用網路層定義的「邏輯」上的網路地(即IP地址)來區別不同的網路，實現網路的互連和隔離，保持各個網路的獨立性。路由器不轉發廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網路內部。發送到其他網路的數據茵先被送到路由器，再由路由器轉發出去。

——IP路由器只轉發IP分組，把其餘的部分擋在網內(包括廣播)，從而保持各個網路具有相對的獨立性，這樣可以組成具有許多網路(子網)互連的大型的網路。由於是在網路層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網路，只要網路層運行的是IP協議，通過路由器就可互連起來。

——網路中的設備用它們的網路地址(TCP/IP網路中為IP地址)互相通信。IP地址是與硬體地址無關的「邏輯」地址。路由器只根據IP地址來轉發數據。IP地址的結構有兩部分，一部分定義網路號，另一部分定義網路內的主機號。目前，在Internet網路中採用子網掩碼來確定IP地址中網路地址和主機地址。子網掩碼與IP地址一樣也是32bit，並且兩者是一一對應的，並規定，子網掩碼中數字為「1」所對應的IP地址中的部分為網路號，為「0」所對應的則為主機號。網路號和主機號合起來，才構成一個完整的IP地址。同一個網路中的主機IP地址，其網路號必須是相同的，這個網路稱為IP子網。

——通信只能在具有相同網路號的IP地址之間進行，要與 其它 IP子網的主機進行通信，則必須經過同一網路上的某個路由器或網關(gateway)出去。不同網路號的IP地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。

——路由器有多個埠，用於連接多個IP子網。每個埠的IP地址的網路號要求與所連接的IP子網的網路號相同。不同的埠為不同的網路號，對應不同的IP子網，這樣才能使各子網中的主機通過自己子網的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。

路由器(Router)，是連接網際網路中各區域網、廣域網的設備，它會根據信道的情況自動選擇和設定路由，以最佳路徑，按前後順序發送信號。 路由器是互聯網路的樞紐，"交通警察"。目前路由器已經廣泛應用於各行各業，各種不同檔次的產品已成為實現各種骨幹網內部連接、骨幹網間互聯和骨幹網與互聯網互聯互通業務的主力軍。路由和交換機之間的主要區別就是交換機發生在OSI參考模型第二層(數據鏈路層)，而路由發生在第三層，即網局尺裂絡層。這一區別決定了路由和交換機在移動信息的過程中需使用不同的控制信息，所以說兩者實現各自功能的方式是不同的。

路由器(Router)又稱網關設備(Gateway)是用於連接多個邏輯上分開的網路，所謂邏輯網路是代表一個單獨的網路或者一個子網。當數據從一個子網傳輸到另一個子網時，可通過路由器的路由功能來完成。因此，路由器具有判斷網路地址和選擇IP路徑的功能，它能在多網路互聯環境中，建立靈活的連接，可用完全不同的數據分組和介質訪問 方法 連接各種子網，路由器只接受源站或其他路由器的信息，屬網路層的一種互聯設備。

連通不同的網路

從過濾網路流量的角度來看，路由器的作用與交換機和網橋非常相似。但是與工作困銀在網路物理層，從物理上劃分網段的交換機不同，路由器使用專門的軟體協議從邏輯上對整個網路進行劃分。例如，一台支持IP協議的路由器可以把網路劃分成多個子網段，只有指向特殊IP地址的網路流量才可以通過路由器桐閉。對於每一個接收到的數據包，路由器都會重新計算其校驗值，並寫入新的物理地址。因此，使用路由器轉發和過濾數據的速度往往要比只查看數據包物理地址的交換機慢。但是，對於那些結構復雜的網路，使用路由器可以提高網路的整體效率。路由器的另外一個明顯優勢就是可以自動過濾網路廣播。總體上說，在網路中添加路由器的整個安裝過程要比即插即用的交換機復雜很多。

信息傳輸

有的路由器僅支持單一協議，但大部分路由器可以支持多種協議的傳輸，即多協議路由器。由於每一種協議都有自己的規則，要在一個路由器中完成多種協議的演算法，勢必會降低路由器的性能。路由器的主要工作就是為經過路由器的每個數據幀尋找一條最佳傳輸路徑，並將該數據有效地傳送到目的站點。由此可見，選擇最佳路徑的策略即路由演算法是路由器的關鍵所在。為了完成這項工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據--路徑表(Routing Table)，供路由選擇時使用。路徑表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路徑表可以是由系統管理員固定設置好的。

靜態路由表：由系統管理員事先設置好固定的路徑表稱之為靜態(static)路徑表。

動態路由表：動態(Dynamic)路徑表是路由器根據網路系統的運行情況而自動調整的路徑表。

路由器是一種多埠設備，它可以連接不同傳輸速率並運行於各種環境的區域網和廣域網，也可以採用不同的協議。路由器屬於O S I 模型的第三層--網路層。指導從一個網段到另一個網段的數據傳輸，也能指導從一種網路向另一種網路的數據傳輸。

第一，網路互連：路由器支持各種區域網和廣域網介面，主要用於互連區域網和廣域網，實現不同網路互相通信;

第二，數據處理：提供包括分組過濾、分組轉發、優先順序、復用、加密、壓縮和防火牆等功能;

第三，網路管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容錯管理和流量控制等功能。

所謂「路由」，是指把數據從一個地方傳送到另一個地方的行為和動作，而路由器，正是執行這種行為動作的機器，它的英文名稱為Router,是一種連接多個網路或網段的網路設備，它能將不同網路或網段之間的數據信息進行「翻譯」，以使它們能夠相互「讀懂」對方的數據，從而構成一個更大的網路。

為了完成「路由」的工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據--路由表(Routing Table)，供路由選擇時使用。路由表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路由表可以是由系統管理員固定設置好的，也可以由系統動態修改，可以由路由器自動調整，也可以由主機控制。在路由器中涉及到兩個有關地址的名字概念，那就是：靜態路由表和動態路由表。由系統管理員事先設置好固定的路由表稱之為靜態(static)路由表，一般是在系統安裝時就根據網路的配置情況預先設定的，它不會隨未來網路結構的改變而改變。動態(Dynamic)路由表是路由器根據網路系統的運行情況而自動調整的路由表。路由器根據路由選擇協議(Routing Protocol)提供的功能，自動學習和記憶網路運行情況，在需要時自動計算數據傳輸的最佳路徑。

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5. 路由器有幾種類型

『貳』 路由器是從哪個層次上實現了不同的網路的互聯路由器主要有那些功能

網路層 第慎段一，網路互連，路由器支持各種區域網和廣域網介面，主要用於互連區域網和廣域網，實現不同網路互相通信；

第二，數據處理，提供包括分組過濾、分組轉發、優先順序、復用、加密、壓縮和防火牆等功能；

第三，網路管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容錯管理和流量控制等功能。

為了完成「路由」的工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據寬桐譽－－路由表（Routing Table），供路由選擇時使用。路由表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路由表可以是由系統管理員固定設置好的，也可以由系統動態修改，可以由路由器自動調整，也可以由主機控制。在路由器中涉及到兩個有關地址的名字概念，輪山那就是：靜態路由表和動態路由表。由系統管理員事先設置好固定的路由表稱之為靜態（static）路由表，一般是在系統安裝時就根據網路的配置情況預先設定的，它不會隨未來網路結構的改變而改變。動態（Dynamic）路由表是路由器根據網路系統的運行情況而自動調整的路由表。路由器根據路由選擇協議（Routing Protocol）提供的功能，自動學習和記憶網路運行情況，在需要時自動計算數據傳輸的最佳路徑。

『叄』 靜態路由原理

路由器的工作原理

本文通過闡述TCP／IP網路中路由器的基本工作原理，介紹了IP路由器的幾大功能，給出了靜態路由協議和動態路由協議，以及內部網關協議和外部網關協議的概念，同時簡要介紹了目前最常見的RIP、OSPF、BGP和BGP-4這幾種路由協議，然後描述路由演算法的設計目標和種類，著重介紹了鏈路狀態法和距向量法。在文章的最後，扼要講述新一代路由器的特徵。
近十年來，隨著計算機網路規模的不斷擴大，大型互聯網路（如Internet）的迅猛
發展，路由技術在網路技術中已逐漸成為關鍵部分，路由器也隨之成為最重要的網路設
備。用戶的需求推動著路由技術的發展和路由器的普及，人們已經不滿足於僅在本地網
絡上共享信息，而希望最大限度地利用全球各個地區、各種類型的網路資源。而在目前
的情況下，任何一個有一定規模的計算機網路（如企業網、校園網、智能大廈等），無
論採用的是快速以大網技術、FDDI技術，還是ATM技術，都離不開路由器，否則就無法
正常運作和管理。

1 網路互連

把自己的網路同其它的網路互連起來，從網路中獲取更多的信息和向網路發布自己
的消息，是網路互連的最主要的動力。網路的互連有多種方式，其中使用最多的是網橋
互連和路由器互連。

1.1 網橋互連的網路

網橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數據幀（frame）的轉發，主要目
的是在連接的網路間提供透明的通信。網橋的轉發是依據數據幀中的源地址和目的地址
來判斷一個幀是否應轉發和轉發到哪個埠。幀中的地址稱為「MAC」地址或「硬體」
地址，一般就是網卡所帶的地址。

網橋的作用是把兩個或多個網路互連起來，提供透明的通信。網路上的設備看不到
網橋的存在，設備之間的通信就如同在一個網上一樣方便。由於網橋是在數據幀上進行
轉發的，因此只能連接相同或相似的網路（相同或相似結構的數據幀），如乙太網之
間、乙太網與令牌環（token ring）之間的互連，對於不同類型的網路（數據幀結構不
同），如乙太網與X.25之間，網橋就無能為力了。

網橋擴大了網路的規模，提高了網路的性能，給網路應用帶來了方便，在以前的網
絡中，網橋的應用較為廣泛。但網橋互連也帶來了不少問題：一個是廣播風暴，網橋不
阻擋網路中廣播消息，當網路的規模較大時（幾個網橋，多個乙太網段），有可能引起
廣播風暴（broadcasting storm），導致整個網路全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。
第二個問題是，當與外部網路互連時，網橋會把內部和外部網路合二為一，成為一個網
，雙方都自動向對方完全開放自己的網路資源。這種互連方式在與外部網路互連時顯然
是難以接受的。問題的主要根源是網橋只是最大限度地把網路溝通，而不管傳送的信息
是什麼。

1.2 路由器互連網路

路由器互連與網路的協議有關，我們討論限於TCP／IP網路的情況。

路由器工作在OSI模型中的第三層，即網路層。路由器利用網路層定義的「邏輯」
上的網路地址（即IP地址）來區別不同的網路，實現網路的互連和隔離，保持各個網路
的獨立性。路由器不轉發廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網路內部。發送到其他
網路的數據先被送到路由器，再由路由器轉發出去。

IP路由器只轉發IP分組，把其餘的部分擋在網內（包括廣播），從而保持各個網路
具有相對的獨立性，這樣可以組成具有許多網路（子網）互連的大型的網路。由於是在
網路層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網路，只要網路層運行的是IP協議，通
過路由器就可互連起來。

網路中的設備用它們的網路地址（TCP／IP網路中為IP地址）互相通信。IP地址是
與硬體地址無關的「邏輯」地址。路由器只根據IP地址來轉發數據。IP地址的結構有兩
部分，一部分定義網路號，另一部分定義網路內的主機號。目前，在Internet網路中采
用子網掩碼來確定IP地址中網路地址和主機地址。子網掩碼與IP地址一樣也是32bit，
並且兩者是一一對應的，並規定，子網掩碼中數字為「1」所對應的IP地址中的部分為
網路號，為「0」所對應的則為主機號。網路號和主機號合起來，才構成一個完整的IP
地址。同一個網路中的主機IP地址，其網路號必須是相同的，這個網路稱為IP子網。

通信只能在具有相同網路號的IP地址之間進行，要與其它IP子網的主機進行通信，
則必須經過同一網路上的某個路由器或網關（gateway）出去。不同網路號的IP地址不
能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。

路由器有多個埠，用於連接多個IP子網。每個埠的IP地址的網路號要求與所連
接的IP子網的網路號相同。不同的埠為不同的網路號，對應不同的IP子網，這樣才能
使各子網中的主機通過自己子網的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。

2 路由原理

當IP子網中的一台主機發送IP分組給同一IP子網的另一台主機時，它將直接把IP分
組送到網路上，對方就能收到。而要送給不同IP子網上的主機時，它要選擇一個能到達
目的子網上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負責把IP分組送到目的地。如
果沒有找到這樣的路由器，主機就把IP分組送給一個稱為「預設網關（default
gateway）」的路由器上。「預設網關」是每台主機上的一個配置參數，它是接在同一
個網路上的某個路由器埠的IP地址。

路由器轉發IP分組時，只根據IP分組目的IP地址的網路號部分，選擇合適的埠，
把IP分組送出去。同主機一樣，路由器也要判定埠所接的是否是目的子網，如果是，
就直接把分組通過埠送到網路上，否則，也要選擇下一個路由器來傳送分組。路由器
也有它的預設網關，用來傳送不知道往哪兒送的IP分組。這樣，通過路由器把知道如何
傳送的IP分組正確轉發出去，不知道的IP分組送給「預設網關」路由器，這樣一級級地
傳送，IP分組最終將送到目的地，送不到目的地的IP分組則被網路丟棄了。

目前TCP／IP網路，全部是通過路由器互連起來的，Internet就是成千上萬個IP子
網通過路由器互連起來的國際性網路。這種網路稱為以路由器為基礎的網路（router
based network），形成了以路由器為節點的「網間網」。在「網間網」中，路由器不
僅負責對IP分組的轉發，還要負責與別的路由器進行聯絡，共同確定「網間網」的路由
選擇和維護路由表。

路由動作包括兩項基本內容：尋徑和轉發。尋徑即判定到達目的地的最佳路徑，由
路由選擇演算法來實現。由於涉及到不同的路由選擇協議和路由選擇演算法，要相對復雜一
些。為了判定最佳路徑，路由選擇演算法必須啟動並維護包含路由信息的路由表，其中路
由信息依賴於所用的路由選擇演算法而不盡相同。路由選擇演算法將收集到的不同信息填入
路由表中，根據路由表可將目的網路與下一站（nexthop）的關系告訴路由器。路由器
間互通信息進行路由更新，更新維護路由表使之正確反映網路的拓撲變化，並由路由器
根據量度來決定最佳路徑。這就是路由選擇協議（routing protocol），例如路由信息
協議（RIP）、開放式最短路徑優先協議（OSPF）和邊界網關協議（BGP）等。

轉發即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找，判明是否
知道如何將分組發送到下一個站點（路由器或主機），如果路由器不知道如何發送分組
，通常將該分組丟棄；否則就根據路由表的相應表項將分組發送到下一個站點，如果目
的網路直接與路由器相連，路由器就把分組直接送到相應的埠上。這就是路由轉發協
議（routed protocol）。

路由轉發協議和路由選擇協議是相互配合又相互獨立的概念，前者使用後者維護的
路由表，同時後者要利用前者提供的功能來發布路由協議數據分組。下文中提到的路由
協議，除非特別說明，都是指路由選擇協議，這也是普遍的習慣。

3 路由協議

典型的路由選擇方式有兩種：靜態路由和動態路由。

靜態路由是在路由器中設置的固定的路由表。除非網路管理員干預，否則靜態路由
不會發生變化。由於靜態路由不能對網路的改變作出反映，一般用於網路規模不大、拓
撲結構固定的網路中。靜態路由的優點是簡單、高效、可靠。在所有的路由中，靜態路
由優先順序最高。當動態路由與靜態路由發生沖突時，以靜態路由為准。

動態路由是網路中的路由器之間相互通信，傳遞路由信息，利用收到的路由信息更
新路由器表的過程。它能實時地適應網路結構的變化。如果路由更新信息表明發生了網
絡變化，路由選擇軟體就會重新計算路由，並發出新的路由更新信息。這些信息通過各
個網路，引起各路由器重新啟動其路由演算法，並更新各自的路由表以動態地反映網路拓
撲變化。動態路由適用於網路規模大、網路拓撲復雜的網路。當然，各種動態路由協議
會不同程度地佔用網路帶寬和CPU資源。

靜態路由和動態路由有各自的特點和適用范圍，因此在網路中動態路由通常作為靜
態路由的補充。當一個分組在路由器中進行尋徑時，路由器首先查找靜態路由，如果查
到則根據相應的靜態路由轉發分組；否則再查找動態路由。

根據是否在一個自治域內部使用，動態路由協議分為內部網關協議（IGP）和外部
網關協議（EGP）。這里的自治域指一個具有統一管理機構、統一路由策略的網路。自
治域內部採用的路由選擇協議稱為內部網關協議，常用的有RIP、OSPF；外部網關協議
主要用於多個自治域之間的路由選擇，常用的是BGP和BGP-4。下面分別進行簡要介紹。

3.1 RIP路由協議

RIP協議最初是為Xerox網路系統的Xerox parc通用協議而設計的，是Internet中常
用的路由協議。RIP採用距離向量演算法，即路由器根據距離選擇路由，所以也稱為距離
向量協議。路由器收集所有可到達目的地的不同路徑，並且保存有關到達每個目的地的
最少站點數的路徑信息，除到達目的地的最佳路徑外，任何其它信息均予以丟棄。同時
路由器也把所收集的路由信息用RIP協議通知相鄰的其它路由器。這樣，正確的路由信
息逐漸擴散到了全網。

RIP使用非常廣泛，它簡單、可靠，便於配置。但是RIP只適用於小型的同構網路，
因為它允許的最大站點數為15，任何超過15個站點的目的地均被標記為不可達。而且
RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網路的廣播風暴的重要原因之一。

3.2 OSPF路由協議

80年代中期，RIP已不能適應大規模異構網路的互連，0SPF隨之產生。它是網間工
程任務組織（IETF）的內部網關協議工作組為IP網路而開發的一種路由協議。

0SPF是一種基於鏈路狀態的路由協議，需要每個路由器向其同一管理域的所有其它
路由器發送鏈路狀態廣播信息。在OSPF的鏈路狀態廣播中包括所有介面信息、所有的量
度和其它一些變數。利用0SPF的路由器首先必須收集有關的鏈路狀態信息，並根據一定
的演算法計算出到每個節點的最短路徑。而基於距離向量的路由協議僅向其鄰接路由器發
送有關路由更新信息。

與RIP不同，OSPF將一個自治域再劃分為區，相應地即有兩種類型的路由選擇方式
：當源和目的地在同一區時，採用區內路由選擇；當源和目的地在不同區時，則採用區
間路由選擇。這就大大減少了網路開銷，並增加了網路的穩定性。當一個區內的路由器
出了故障時並不影響自治域內其它區路由器的正常工作，這也給網路的管理、維護帶來
方便。

3.3 BGP和BGP-4路由協議

BGP是為TCP／IP互聯網設計的外部網關協議，用於多個自治域之間。它既不是基於
純粹的鏈路狀態演算法，也不是基於純粹的距離向量演算法。它的主要功能是與其它自治域
的BGP交換網路可達信息。各個自治域可以運行不同的內部網關協議。BGP更新信息包括
網路號／自治域路徑的成對信息。自治域路徑包括到達某個特定網路須經過的自治域串
，這些更新信息通過TCP傳送出去，以保證傳輸的可靠性。

為了滿足Internet日益擴大的需要，BGP還在不斷地發展。在最新的BGp4中，還可
以將相似路由合並為一條路由。

3.4 路由表項的優先問題

在一個路由器中，可同時配置靜態路由和一種或多種動態路由。它們各自維護的路
由表都提供給轉發程序，但這些路由表的表項間可能會發生沖突。這種沖突可通過配置
各路由表的優先順序來解決。通常靜態路由具有默認的最高優先順序，當其它路由表表項與
它矛盾時，均按靜態路由轉發。

4 路由演算法

路由演算法在路由協議中起著至關重要的作用，採用何種演算法往往決定了最終的尋徑
結果，因此選擇路由演算法一定要仔細。通常需要綜合考慮以下幾個設計目標：

（1）最優化：指路由演算法選擇最佳路徑的能力。

（2）簡潔性：演算法設計簡潔，利用最少的軟體和開銷，提供最有效的功能。

（3）堅固性：路由演算法處於非正常或不可預料的環境時，如硬體故障、負載過高
或*作失誤時，都能正確運行。由於路由器分布在網路聯接點上，所以在它們出故障時
會產生嚴重後果。最好的路由器演算法通常能經受時間的考驗，並在各種網路環境下被證
實是可靠的。

（4）快速收斂：收斂是在最佳路徑的判斷上所有路由器達到一致的過程。當某個
網路事件引起路由可用或不可用時，路由器就發出更新信息。路由更新信息遍及整個網
絡，引發重新計算最佳路徑，最終達到所有路由器一致公認的最佳路徑。收斂慢的路由
演算法會造成路徑循環或網路中斷。

（5）靈活性：路由演算法可以快速、准確地適應各種網路環境。例如，某個網段發
生故障，路由演算法要能很快發現故障，並為使用該網段的所有路由選擇另一條最佳路
徑。

路由演算法按照種類可分為以下幾種：靜態和動態、單路和多路、平等和分級、源路
由和透明路由、域內和域間、鏈路狀態和距離向量。前面幾種的特點與字面意思基本一
致，下面著重介紹鏈路狀態和距離向量演算法。

鏈路狀態演算法（也稱最短路徑演算法）發送路由信息到互聯網上所有的結點，然而對
於每個路由器，僅發送它的路由表中描述了其自身鏈路狀態的那一部分。距離向量演算法
（也稱為Bellman-Ford演算法）則要求每個路由器發送其路由表全部或部分信息，但僅發
送到鄰近結點上。從本質上來說，鏈路狀態演算法將少量更新信息發送至網路各處，而距
離向量演算法發送大量更新信息至鄰接路由器。

由於鏈路狀態演算法收斂更快，因此它在一定程度上比距離向量演算法更不易產生路由
循環。但另一方面，鏈路狀態演算法要求比距離向量演算法有更強的CPU能力和更多的內存
空間，因此鏈路狀態演算法將會在實現時顯得更昂貴一些。除了這些區別，兩種演算法在大
多數環境下都能很好地運行。

最後需要指出的是，路由演算法使用了許多種不同的度量標准去決定最佳路徑。復雜
的路由演算法可能採用多種度量來選擇路由，通過一定的加權運算，將它們合並為單個的
復合度量、再填入路由表中，作為尋徑的標准。通常所使用的度量有：路徑長度、可靠
性、時延、帶寬、負載、通信成本等。

5 新一代路由器

由於多媒體等應用在網路中的發展，以及ATM、快速乙太網等新技術的不斷採用，
網路的帶寬與速率飛速提高，傳統的路由器已不能滿足人們對路由器的性能要求。因為
傳統路由器的分組轉發的設計與實現均基於軟體，在轉發過程中對分組的處理要經過許
多環節，轉發過程復雜，使得分組轉發的速率較慢。另外，由於路由器是網路互連的關
鍵設備，是網路與其它網路進行通信的一個「關口」，對其安全性有很高的要求，因此
路由器中各種附加的安全措施增加了CPU的負擔，這樣就使得路由器成為整個互聯網上
的「瓶頸」。

傳統的路由器在轉發每一個分組時，都要進行一系列的復雜*作，包括路由查找、
訪問控製表匹配、地址解析、優先順序管理以及其它的附加操作。這一系列的操作大大影響
了路由器的性能與效率，降低了分組轉發速率和轉發的吞吐量，增加了CPU的負擔。而
經過路由器的前後分組間的相關性很大，具有相同目的地址和源地址的分組往往連續到
達，這為分組的快速轉發提供了實現的可能與依據。新一代路由器，如IP Switch、
Tag Switch等，就是採用這一設計思想用硬體來實現快速轉發，大大提高了路由器的性
能與效率。

新一代路由器使用轉發緩存來簡化分組的轉發操作。在快速轉發過程中，只需對一
組具有相同目的地址和源地址的分組的前幾個分組進行傳統的路由轉發處理，並把成功
轉發的分組的目的地址、源地址和下一網關地址（下一路由器地址）放人轉發緩存中。
當其後的分組要進行轉發時，應先查看轉發緩存，如果該分組的目的地址和源地址與轉
發緩存中的匹配，則直接根據轉發緩存中的下一網關地址進行轉發，而無須經過傳統的
復雜操作，大大減輕了路由器的負擔，達到了提高路由器吞吐量的目標。

『肆』 什麼是網路層

網路層是OSI參考模型中的第三層， 它建立在數據鏈路層所提供的兩個相鄰端點之間的數據幀的傳送功能之上，將數據從源端經過若干中間 節點傳送到目的端，從而向運輸層提供最基本的端到端的數據傳送服務。 網路層是處理端到端數據傳輸 的最低層，體現了網路應用環境中資源子網訪問通信子網的方式。 概括起來分為以下四種方式:
路由選擇 將分組從源端機器經選定的路由送到目的端機器。
擁塞控制 當到達通信子網中某一部分的分組數高於一定的水平，使得該部分網路來不及處理這些分組時，就會使這部分以至整個網路的性能下降。
流量控制 用來保證發送端不會以高於接收者能承受的速率傳輸數據，一般涉及到接收者向發送者發送反饋。
差錯控制 要求每幀傳送後接收方向發送方提供是否已正確接收的反饋信息，從而發送方可以據此決定是否要重發。

『伍』 如何靜態路由配置

一、路由

路由：路由器作用就是路由！

路由：路由器對數據包選擇最佳路徑得過程！

路由器工作在網路層（3層）

交換機工作在數據鏈路層（2層）

再回顧一下幀結構：路由器接收到一個IP數據包，會根據包中得目標IP地址，來進行選擇路徑並轉發。

二、路由原理

2.1 路由原理

1）路由器是依據路由表來轉發數據得！

2）如果成功匹配路由表，則根據表的方向來轉發數據！

3）如果沒有匹配路由表，則丟棄數據！4）匹配路由表時，優先匹配直連，然後是S，最後是S*

2.2 路由表

如果把路由器當作十字路口，路由表相當於路標！

2.3 路由表形成

1）直連路由條目：當把介面得IP配置完畢，並開啟，會自動形成直連路由條目

2）非直連條目：需要工程師手工靜態或動態為路由器進行配置！

2.4 路由條目的類型

1）直連條目：C

2）靜態配置條目：S

3）默認路由條目：S*

以上3中類型的優先順序：C>S>S*

三、路由命令

3.1 靜態路由命令

conf t

ip route 目標網段 子網掩碼 下一跳IP地址

3.2 默認路由命令

conf t

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳IP地址

注釋：0.0.0.0 0.0.0.0代表所有網段

3.3 查看路由表命令

show ip route

3.4 查看介面基本信息

show ip int brief

注釋：做實驗排除時，要善用show命令！

四、路由環路

兩個直連路由器，不要互指默認路由，否則會發生路由環路 。

『陸』 路由器結構

輸入埠是物理鏈路和輸入包的進口處。埠通常由線卡提供，一塊線卡一般支持4、8或16個埠，一個輸入埠具有許多功能。第一個功能是進行數據鏈路層的封裝和解封裝。第二個功能是在轉發表中查找輸入包目的地址從而決定目的埠（稱為路由查找），路由查找可以使用一般的硬體來實現，或者通過在每塊線卡上嵌入一個微處理器來完成。第三，為了提供QoS（服務質量），埠要對收到的數據包進行業務分類，分成幾個預定義的服務級別。第四，埠可能需要運行諸如SLIP（串列線網際協議）和PPP（點對點協議）這樣的數據鏈路級協議或者諸如PPTP（點對點隧道協議）這樣的網路級協議。一旦路由查找完成，必須用交換開關將包送到其輸出埠。如果路由器是輸入端加隊列的，則有幾個輸入端共享同一個交換開關。這樣輸入埠的最後一項功能是參加對公共資源（如交換開關）的仲裁協議。普通路由器中該部分的功能完全由路由器的中央處理器來執行，制約了數據包的轉發速率（每秒幾千到幾萬個數據包）。高端路由器中普遍實現了分布式硬體處理，介面部分有強大的CPU處理器和大容量的高速緩存，使介面數據速率達到10Gbps，滿足了高速骨幹網路的傳輸要求。

路由器的轉發機制對路由器的性能影響很大，常見的轉發方式有：進程轉發、快速轉發、優化轉發、分布式快速轉發。進程轉發將數據包從介面緩存拷貝到處理器的緩存中進行處理，先查看路由表再查看ARP表，重新封裝數據包後將數據包拷貝到介面緩存中准備傳送出去，兩次查表和拷貝數據極大的佔用CPU的處理時間，所以這是最慢的交換方式，只在低檔路由器中使用。快速交換將兩次查表的結果作了緩存，無需拷貝數據，所以CPU處理數據包的時間縮短了。優化交換在快速交換的基礎上略作改進，將緩存表的數據結構作了改變，用深度為4的256叉樹代替了深度為32的2叉樹或哈希表（hash），CPU的查找時間進一步縮短。這兩種轉發方式在中高檔路由器中普遍加以應用。在骨幹路由器中由於路由表條目的成倍增加，路由表或ARP表的任何變化都會引起大部分路由緩沖失效，以前的交換方式都不再適用，最新的交換方式是分布式快速交換，它在每個介面處理板上構建一個鏡像（mirror）路由表和MAC地址表相結合的轉發表，該表是深度為4的256叉樹，但每個節點的數據部分是指向另一個稱為鄰接表的指針，鄰接表中含有路由器成幀所需要的全部信息。這種結構使得轉發表完全由路由表和ARP表來同步更新，本身不再需要額外的老化進程，克服了其它交換方式需要不斷對緩存表進行老化的缺陷。

交換結構最常見的有匯流排型、共享內存型、Cross-bar空分結構型。匯流排型結構最簡單，所有輸入和輸出介面掛在一個匯流排上，同一時間只有兩個介面通過匯流排交換數據。其缺點是其交換容量受限於匯流排的容量以及為共享匯流排仲裁所帶來的額外開銷。在調度共享數據傳輸通道上必須花費一定的開銷，而且匯流排帶寬的擴展受到限制，制約了交換容量的擴張，一般在中檔路由器中使用這種結構。共享內存型結構中，進來的包被存貯在共享存貯器中，所交換的僅是包的指針，這提高了交換容量，但它受限於內存的訪問速度和存儲器的管理效率，盡管存貯器容量每18個月能夠翻一番，但存貯器的存取時間每年僅降低5%，這是共享存貯器交換開關的一個固有限制。共享內存型結構在早期的中低檔路由器中普遍應用。Cross-bar空分結構相當於多條並行工作的匯流排，具有N×N個交叉點的交叉開關可以被認為具有2N條匯流排。如果一個交叉是閉合，輸入匯流排上的數據在輸出匯流排上可用，否則不可用。對流經它的數據不斷進行開關切換，可見開關速度決定了交換容量，隨著各種高速器件的不斷涌現，這種結構的交換容量普遍達到幾十Gbps以上，成為目前高端路由器和交換機的首選交換結構。

路由計算或處理部分主要是運行動態路由協議。接收和發送路由信息，計算出路由表，為數據包的轉發提供依據。各種檔次的路由器的路由表條目的大小存在很大差異，從幾千條到幾百萬條不等，因此高端路由器的路由表的構造對路由查找速度影響很大，其路由表的數據結構常採用二叉樹的形式，查找與更新的速度都比較快。

輸出埠在包被發送到輸出鏈路之前對包存貯，可以實現復雜的調度演算法以支持優先等級要求。與輸入埠一樣，輸出埠同樣要能支持數據鏈路層的封裝和解封裝，以及許多較高級協議。

一般而言，路由器對一個數據包的交換要經過一系列的復雜處理，主要有以下幾個方面：

1）壓縮和解壓縮

2）加密和解密

3）用輸入/輸出訪問列表進行報文過濾

4）輸入速率限制

5）進行網路地址翻譯（NAT）

6）處理影響本報文的任何策略路由

7）應用防火牆特性對包進行檢查

8）處理Web頁緩沖的重定向

9）物理廣播處理，如幫助性地址（ip help address）

10）利用啟用的QoS機制對數據包排隊

11）TTL值的處理

12）處理IP頭部中的任選項

13）檢查數據包的完整性

『柒』 網路層的概念是什麼

網路層是OSI參考模型中的第三層，介於運輸層和數據鏈路層之間，它在數據鏈路層提供的兩個相鄰端點之間的數據幀的傳送功能上，進一步管理網路中的數據通信，將數據設法從源端經過若直干個中間節點傳送到目的端，從而向運輸層提供最基本的端到端的數據傳送服務。主要內容有：虛電路分組交換和數據報分組交換、路由選擇演算法、阻塞控制方法、X.25協議、綜合業務數據網（ISDN）、非同步傳輸模式（ATM）及網際互連原理與實現。

網路層的產生也是網路發展的結果.在聯機系統和線路交換的環境中，網路層的功能沒有太大意義.當數據終端增多時.它們之間有中繼設備相連.此時會出現一台終端要求不只是與唯一的一台而是能和多台終端通信的情況，這就是產生了把任意兩台數據終端設備的數據鏈接起來的問題，也就是路由或者叫尋徑.另外，當一條物理信道建立之後，被一對用戶使用，往往有許多空閑時間被浪費掉.人們自然會希望讓多對用戶共用一條鏈路，為解決這一問題就出現了邏輯信道技術和虛擬電路技術.
⑴網路層主要功能
網路層為建立網路連接和為上層提供服務，應具備以下主要功能.
1． 路由選擇和中繼.
2． 激活，終止網路連接.
3． 在一條數據鏈路上復用多條網路連接，多採取分時復用技術.
4． 差錯檢測
5． 排序，流量控制.
6． 服務選擇.
7． 網路層管理.
8．分段和合段
9．流量控制
10．加速數據傳送
11．復位
⑵網路層標准簡介
網路層的一些主要標准如下.
ISO.DIS8208:稱為"DTE用的X.25分組級協議".
ISO.DIS8348:稱為"CO 網路服務定義"(面向連接).
ISO.DIS8349:稱為"CL 網路服務定義"(面向無連接).
ISO.DIS8473:稱為"CL 網路協議".
ISO.DIS8348:稱為"網路層定址".
除上述標准外，還有許多標准。這些標准都只是解決網路層的部分功能，所以往往需要在網路
層中同時使用幾個標准才能完成整個網路層的功能.由於面對的網路不同，網路層將會採用不同的
標准組合.
在具有開放特性的網路中的數據終端設備，都要配置網路層的功能.現在市場上銷售的網路硬
設備主要有網關和路由器.
1. 網路層功能概述
網路層是OSI參考模型中的第三層，是通信子網的最高層。網路層關繫到通信子網的運行控制，體現了網路應用環境中資源子網訪問通信子網的方式。
網路層的主要任務是設法將源結點出的數據包傳送到目的結點，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數據傳送服務。概括地說，網路層應該具有以下功能：
(1) 為傳輸層提供服務
網路層提供的服務有兩類：面向連接的網路服務和無連接的網路服務。
虛電路服務是網路層向傳輸層提供的一種使所有數據包按順序到達目的結點的可靠的數據傳送方式，進行數據交換的兩個結點之間存在著一條為它們服務的虛電路；而數據報服務是不可靠的數據傳送方式，源結點發送的每個數據包都要附加地址、序號等信息，目的結點收到的數據包不一定按序到達，還可能出現數據包的丟失現象。
典型的網路層協議是X.25，它是由ITU-T（國際電信聯盟電信標准部）提出的一種面向連接的分組交換協議。
(2) 組包和拆包
在網路層，數據傳輸的基本單位是數據包（也稱為分組）。在發送方，傳輸層的報文到達網路層時被分為多個數據塊，在這些數據塊的頭部和尾部加上一些相關控制信息後，即組成了數據包（組包）。數據包的頭部包含源結點和目標結點的網路地址（邏輯地址）。在接收方，數據從低層到達網路層時，要將各數據包原來加上的包頭和包尾等控制信息去掉（拆包），然後組合成報文，送給傳輸層。
(3) 路由選擇
路由選擇也叫做路徑選擇，是根據一定的原則和路由選擇演算法在多結點的通信子網中選擇一條最佳路徑。確定路由選擇的策略稱為路由演算法。
在數據報方式中，網路結點要為每個數據包做出路由選擇；而在虛電路方式中，只需在建立連接時確定路由。
(4) 流量控制
流量控制的作用是控制阻塞，避免死鎖。
網路的吞吐量（數據包數量/秒)與通信子網負荷（即通信子網中正在傳輸的數據包數量）有著密切的關系。
對防止出現阻賽和死鎖，需進行流量控制，通常可採用滑動窗口、預約緩沖區、許可證和分組丟棄四種方法。
2. 路由選擇演算法簡介
路由演算法很多，大致可分為靜態路由演算法和動態路由演算法兩類。
(1) 靜態路由演算法
靜態路由演算法又稱為非自適應演算法，是按某種固定規則進行的路由選擇。其特點是演算法簡單、容易實現，但效率和性能較差。屬於靜態路由演算法的有以下幾種：
☆ 最短路由選擇：
☆ 擴散式路由選擇：
☆ 隨機路由選擇：
☆ 集中路由選擇：
(2) 動態路由演算法
動態路由演算法又稱為自適應演算法，是一種依靠網路的當前狀態信息來決定路由的策略。這種策略能較好地適應網路流量、拓撲結構的變化，有利於改善網路的性能；但演算法復雜，實現開銷大。屬於動態路由演算法的有以下幾種：
☆ 分布式路由選擇策略：
☆ 集中路由選擇策略：
3. 網路層的網路連接設備
(1) 路由器（Router）
在互聯網中，兩台主機之間傳送數據的通路會有很多條，數據包從一台主機出發，中途要經過多個站點才能到達另一台主機。這些中間站點通常由稱為路由器的設備擔當，其作用就是為數據包選擇一條合適的傳送路徑。
路由器工作在OSI模型的網路層，是根據數據包中的邏輯地址（網路地址）而不是MAC地址來轉發數據包的。
路由器的主要工作是為經過路由器的每個數據包尋找一條最佳傳輸路徑，並將該數據包有效地傳送到目的站點。
路由器不僅有網橋的全部功能，還具有路徑的選擇功能，可根據網路的擁塞程度，自動選擇適當的路徑傳送數據。
路由器與網橋不同之處在於，它並不是使用路由表來找到其他網路中指定設備的地址，而是依靠其它的路由器來完成任務。也就是說，網橋是根據路由表來轉發或過濾數據包，而路由器是使用它的信息來為每一個數據包選擇最佳路徑。
路由器有靜態和動態之分。靜態路由器需要管理員來修改所有的網路路由表，一般只用於小型的網間互連；而動態路由器能根據指定的路由協議來完成修改路由器信息。
(2) 第三層交換機
隨著技術的發展，有些交換機也具備了路由的功能。這些具有路由功能的交換機要在網路層對數據包進行操作，因此被稱為第三層交換機。