網路學院路由器內部結構

① 計算機網路-網路層-路由器的構成

路由器是一種具有多個輸入埠和多個輸出埠的專用計算機，其任務是轉發分組。從路由器某個輸入埠收到的分組，按照分組要去的目的地（即目的網路），把該分組從路由器的某個合適的輸出埠轉發給下一跳路由器。下一跳路由器也按照這種方法處理分組，直到該分組到達終點為止。路由器的轉發分組正是網路層的主要工作。

整個的路由器結構可劃分為兩大部分：路由選擇部分和分組轉發部分。

路由選擇部分也叫做控制部分，其核心構件是路由選擇處理機。 路由選擇處理機的任務是根據所選定的路由選擇協議構造出路由表，同時經常或定期地和相鄰路由器交換路由信息而不斷地更新和維護路由表。 分組轉發部分由三部分組成：交換結構、一組輸入埠和一組輸出埠（請注意：這里的埠就是硬體介面）。

交換結構(switching fabric)又稱為交換組織 ，交換結構是路由器的關鍵構件，它的作用就是根據轉發表(forwarding table)對分組進行處理，將某個輸入埠進入的分組從一個合適的輸出埠轉發出去，交換結構本身就是一種網路，但這種網路完全包含在路由器之中，因此交換結構可看成是「在路由器中的網路」。實現這樣的交換有多種方法，以下這三種方法都是將輸入埠 I1收到的分組轉發到輸出埠O2。

圖4-45(a)的示意圖表示 分組通過存儲器進行交換 。目的地址的查找和分組在存儲器中的緩存都是在輸入埠中進行的。若存儲器的帶寬（讀或寫）為每秒M個分組，那麼路由器的交換速率（即分組從輸入埠傳送到輸出埠的速率）一定小於M2。這是因為存儲器對分組的讀和寫需要花費的時間是同一個數量級。

圖4-45(b)是 通過匯流排進行交換 的示意圖。採用這種方式時，數據報從輸入埠通過共享的匯流排直接傳送到合適的輸出埠，而不需要路由選擇處理機的干預。但是，由於匯流排是共享的，因此在同一時間只能有一個分組在匯流排上傳送。當分組到達輸入埠時若發現匯流排忙（因為匯流排正在傳送另一個分組），則被阻塞而不能通過交換結構，並在輸入埠排隊等待。因為每一個要轉發的分組都要通過這一條匯流排，因此路由器的轉發帶寬就受匯流排速率的限制。現代的技術已經可以將匯流排的帶寬提高到每秒吉比特的速率，因此許多的路由器產品都採用這種通過匯流排的交換方式。

圖4-45(c)是 通過縱橫交換結構(crossbar switch fabric)進行交換 。這種交換機構常稱為互連網路(interconnection network),它有2N條匯流排，可以使N個輸入埠和N個輸出埠相連接，這取決於相應的交叉結點是使水平匯流排和垂直匯流排接通還是斷開。當輸入埠收到一個分組時，就將它發送到與該輸入埠相連的水平匯流排上。若通向所要轉發的輸出埠的垂直匯流排是空閑的，則在這個結點將垂直匯流排與水平匯流排接通，然後將該分組轉發到這個輸出埠。但若該垂直匯流排已被佔用（有另一個分組正在轉發到同一個輸出埠），則後到達的分組就被阻塞，必須在輸入埠排隊。

在圖4-42中，路由器的輸入和輸出埠裡面都各有三個方框，用方框中的1,2和3分別代表物理層、數據鏈路層和網路層的處理模塊。物理層進行比特的接收。數據鏈路層則按照鏈路層協議接收傳送分組的核。在把航的首部和尾部去後，分組就被送入網路層的處理模塊。若接收到的分組是路由器之間交換路由信總的分組（如RIP或OSPF分組等），則把這種分組送交路由器的路由選擇部分中的路由選擇處理機。若接收到的是數據分組，則按照分組首部中的目的地址查找轉發表，根據得出的結果，分組就經過交換結構到達合適的輸出埠。 一個路由器的輸入埠和輸出埠就做在路由器的線路介面卡上。

輸入埠 中的查找和轉發功能在路由器的交換功能中是最重要的。為了使交換功能分散化，往往把復制的轉發表放在每一個輸入埠中（如圖4-42中的虛線箭頭所示）。路由遠擇處理機負責對各轉發表的副本進行更新。這些副本常稱為「影子副本」(shadow ),分散化交換可以避免在路由器中的某一點上出現瓶頸。

「但在具體的實現中還是會遇到不少困難。問題就在於路由器必須以很高的速率轉發分組。最理想的情況是 輸入埠的處理速率能夠跟上線路把分組傳送到路由器的速率。這種速率稱為線速 （line speed  或 wirc  peed)。可以粗略地估算一下。設線路是0C-48鏈路，即2.5 Gbit/s。若分組長度為256位元組，那麼線速就應當達到每秒能夠處理100萬以上的分組。現在常用Mpps(百萬分組每秒)為單位來說明一個路由器對收到的分組的處理速率有多高。」

當一個分組正在查找轉發表時，後面又緊跟著從這個輸入埠收到另一個分組。這個後到的分組就必須在隊列中排隊等待，因而產生了一定的時延。

輸出埠 從交換結構接收分組，然後把它們發送到路由器外面的線路上。在網路層的處理模塊中設有一個緩沖區，實際上它就是一個隊列。當交換結構傳送過來的分組的速率超過輸出鏈路的發送速率時，來不及發送的分組就必須暫時存放在這個隊列中。數據鏈路層處理模塊把分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層後發送到外部線路。

從以上可以看出，分組在路由器的輸入埠和輸出埠都可能會在隊列中排隊等候處理。若分組處理的速率趕不上分組進入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定減少到零，這就使後面再進入隊列的分組由於沒有存儲空間而只能被丟棄。分組丟失就是發生在路由器中的輸入或輸出隊列產生溢出的時候。當然，設備或線路出故障也可能使分組丟失。

「轉發」和「路由選擇」的區別 ：在互聯網中， 「轉發」 就是路由器根據轉發表把收到的IP數據報從路由器合適的埠轉發出去。「轉發」僅僅涉及到一個路由器。但 「路由選擇」 則涉及到很多路由器，路由表則是許多路由器協同工作的結果。這些路由器按照復雜的路由演算法，得出整個網銘的拓撲變化情況，因而能夠動態地改變所選擇的路由，並由此構造出整個的路由表，路由表一般僅包含從目的網路到下一跳（用P地址表示）的映射，而轉發表是從路由表得出的。轉發表必須包含完成轉發功能所必需的信息。這就是說，在轉發表的每一行必須包含從要到達的目的網路到輸出埠和某些MAC地址信息（如下跳的乙太網地址)的映射。將轉發表和路由表用不同的數據結構實現會帶來一些好處，這是因為在轉發分組時，轉發表的結構應當使查找過程最優化，但路由表則需要對網路拓撲變化的計算最優化。路由表總是用軟體實現的，但轉發表則甚至可用特殊的硬體來實現。請讀者注意，在討論路由選擇的原理時， 往往不去區分轉發表和路由表的區別，而可以籠統地都使用路由表這一名詞。

② 路由器由哪幾部分組成，簡要說明一下各部分的作用

路由器的組成大致可以分成兩部分：內部構件和外部構件皮兄

內部構件：

1、RAM（隨機存儲器）

功能：存放路由表；存放ARP告訴緩存；存放快速交換緩存；存放分組交換緩沖；存放解壓後的IOS；路由器加電後，存放running配置文件；

2、NVRAM（非易失性RAM）

功能：存儲路由器的startup配置文件；存儲路由器的備份。

3、FLASH（快速快閃記憶體）

功能：存放IOS和微代碼。

4、ROM(只讀存儲器)

功能：存放POST診斷所需的指令；存放mini-ios；存放ROM監控模式的代碼。

5、CPU（中央處理器）

衡量路由器性能的重要指標，負責路由計算，路由選擇等。

6、背板：

背板能力是一個重要參數，尤其在交換機中。

外部構件譽蠢就是各種接線的介面。燃虛襲

(2)網路學院路由器內部結構擴展閱讀：

路由器作用及功能

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。

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。但是與工作在網路數據鏈路層，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，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。

③ 什麼是路由器.原理是什麼結構

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的設備。 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。路由和交換之間的主要區別就是交換發生在OSI參考模型第二層（數據鏈路層），而路由發生在第三層，即網路層。這一區別決定了路由和交換在移動信息的過程中需使用不同的控制信息，所以兩者實現各自功能的方式是不同的。
原理：路由器（Router）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，可通過路由器來完成。因此，路由器具有判斷網路地址和選擇路徑的功能，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。它不關心各子網使用的硬體設備，但要求運行與網路層協議相一致的軟體。路由器分本地路由器和遠程路由器，本地路由器是用來連接網路傳輸介質的，如光纖、同軸電纜、雙絞線；遠程路由器是用來連接遠程傳輸介質，並要求相應的設備，如電話線要配數據機，無線要通過無線接收機、發射機。
結構：路由器具有四個要素：輸入埠、輸出埠、交換開關、路由處理器和其他埠

④ 路由器的內部是由什麼組成的

1，從體系結構上看，路由器可以分為第一代單匯流排單CPU結構路由器、第二代單匯流排主從CPU結構路由器、第三代單匯流排對稱式多CPU結構路由器；第四代多匯流排多CPU結構路由器、第五代共享內存式結構路由器、第六代交叉開關體系結構路由器和基於機群系統的路由器等多類。

2，路由器具有四個要素：輸入埠、輸出埠、交換開關、路由處理器和其他埠。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，為了提高QoS（服務質量），埠要對收到的包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。

3，交換開關可以使用多種不同的技術來實現。迄今為止使用最多的交換開關技術是匯流排、交叉開關和共享存貯器。最簡單的開關使用一條匯流排來連接所有輸入和輸出埠，匯流排開關的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。交叉開關通過開關提供多條數據通路，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。交叉點的閉合與打開由調度器來控制，因此，調度器限制了交換開關的速度。在共享存貯器路由器中，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，但是，開關的速度受限於存貯器的存取速度。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。

4，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順序等要求。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。

5，路由處理器計算轉發表實現路由協議，並運行對路由器進行配置和管理的軟體。同時，它還處理那些目的地址不在線卡轉發表中的包。

6，其他埠一般指控制埠，由於路由器本身不帶有輸入和終端顯示設備，但它需要進行必要的配置後才能正常使用，所以一般的路由器都帶有一個控制埠"Console"，用來與計算機或終端設備進行連接，通過特定的軟體來進行路由器的配置。所有路由器都安裝了控制台埠，使用戶或管理員能夠利用終端與路由器進行通信，完成路由器配置。該埠提供了一個EIA/TIA-232非同步串列介面，用於在本地對路由器進行配置（首次配置必須通過控制台埠進行）。

7，Console埠使用配置專用連線直接連接至計算機串口，利用終端模擬程序（如Windows下的"超級終端"）進行路由器本地配置。路由器的Console埠多為RJ-45埠。,