在了解了路由器的基础知识后，从本篇开始就要正式介入路由器的使用了。本篇所要介绍的就是使用前的基础工作——路由器的硬件连接。
因为路由器属于一种用于网络之间互联的高档网络接入设备，因其连接的网络可能多种多样，所以其接口类型也就比较多。为此，在正式介绍路由器的连接方法之前我们有必要对路由器的一些基本接口进行认识。
一、路由器接口
路由器具有非常强大的网络连接和路由功能，它可以与各种各样的不同网络进行物理连接，这就决定了路由器的接口技术非常复杂，越是高档的路由器其接口种类也就越多。路由器既可以对不同局域网段进行连接，也要以对不同类型的广域网络进行连接，所以路由器的接口类型也就一般可以分为局域网接口和广域网接口两种。另外，因为路由器本身不带有输入和终端显示设备，但它需要进行必要的配置后才能正常使用，所以一般的路由器都带有一个控制端口"Console"，用来与计算机或终端设备进行连接，通过特定的软件来进行路由器的配置。下面我们先就来看看路由器的局域网和广域网连接端口。
1. 局域网接口
根据其接口的名字我们可看出这些接口主要是用于路由器与局域网进行连接，因局域网类型也是多种多样的，所以这也就决定了路由器的局域网接口类型也可能是多样的。不同的网络有不同的接口类型，常见的以太网接口主要有AUI、BNC和RJ-45接口，还有FDDI、ATM、光纤接口，这些网络都有相应的网络接口，下面分别介绍主要的几种局域网接口。
（1） AUI端口
AUI端口是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种"D"型15针接口，这在令牌环网或总线型网络中是一种比较常见的端口之一。路由器可通过粗同轴电缆收发器实现与10Base-5网络的连接，但更多的是借助于外接的收发转发器（AUI-to-RJ-45），实现与10Base-T以太网络的连接。当然也可借助于其他类型的收发转发器实现与细同轴电缆（10Base-2）或光缆（10Base-F）的连接。这里所讲的路由器AUI接口主要是用粗同轴电缆作为传输介质的网络进行连接用的，AUI接口示意图如图1所示。
图1
（2）RJ-45端口
RJ-45端口是我们最常见的端口了，它是我们常见的双绞线以太网端口，因为在快速以太网中也主要采用双绞线作为传输介质，所以根据端口的通信速率不同RJ-45端口又可分为10Base-T网RJ-45端口和100Base-TX网RJ-45端口两类。其中，10Base-T网的RJ-45 端口在路由器中通常是标识为"ETH"，而100Base-TX 网的RJ-45端口则通常标识为"10/100bTX"，这主要是现在快速成以太网路由器产品多数还是采用10Mbps/100Mbps带宽自适应的。如图2左图所示为10Base-T 网RJ-45端口，而右图所示的为10/100Base-TX网RJ-45端口。其实这两种RJ-45端口仅就端口本身而言是完全一样的，但端口中对应的网络电路结构是不同的，所以也不能随便接。
图2
（3）SC端口
SC端口也就是我们常说的光纤端口，它是用于与光纤的连接，一般来说这种光纤端口是不太可能直接用光纤连接至工作站，一般是通过光纤连接到快速以太网或千兆以太网等具有光纤端口的交换机。这种端口一般在高档路由器才具有，都以"100b FX"标注，如图3所示。
图3
2. 广域网接口
在上面就讲过，路由器不仅能实现局域网之间连接，更重要的应用还是在于局域网与广域网、广域网与广域网之间的互连。但因为广域网规模大，网络环境复杂，所以也就决定了路由器用于连接广域网的端口的速率要求非常高，在以太网中一般都要求在100Mbps快速以太网以上。下面介绍几种常见的广域网接口。
（1）RJ-45端口
利用RJ-45端口也可以建立广域网与局域网之间的VLAN之间，以及与远程网络或Internet的连接。如果使用路由器为不同VLAN提供路由时，可以直接利用双绞线连接至不同的VLAN端口。但要注意这里的RJ-45端口所连接的网络一般不太可是10Base-T，而是100Mbps快速以太网以上。如果必须通过光纤连接至远程网络，或连接的是其他类型的端口时，则需要借助于收发转发器才能实现彼此之间的连接。如图4所示为快速以太网（Fast Ethernet）端口。
图4
（2）AUI端口
AUI端口我们在局域网中也讲过，它是用于与粗同轴电缆连接的网络接口，其实AUI端口也被常用于与广域网的连接，但是这种接口类型在广域网应用得比较少。在Cisco 2600系列路由器上，提供了AUI与RJ-45两个广域网连接端口，用户可以根据自己的需要选择适当的类型，如图5所示。
图5
（3）高速同步串口
在路由器的广域网连接中，应用最多的端口还要算"高速同步串口"（SERIAL）了，这种端口主要是用于连接目前应用非常广泛的DDN、帧中继（Frame Relay）、X.25、PSTN（模拟电话线路）等网络连接模式。在企业网之间有时也通过DDN或X.25等广域网连接技术进行专线连接。这种同步端口一般要求速率非常高，因为一般来说通过这种端口所连接的网络的两端都要求实时同步。如图6所示为高速同步串口。
图6
（4）异步串口
异步串口（ASYNC）主要是应用于Modem或Modem池的连接，用于实现远程计算机通过公用电话网拨入网络。这种异步端口相对于上面介绍的同步端口来说在速率上要求宽松许多，因为它并不要求网络的两端保持实时同步，只要求能连续即可。所以我们在上网时所看到的并不一定就是网站上实时的内容，但这并不重要，因为毕竟这种延时是非常小的，重要的是在浏览网页时能够保持网页正常的下载。如图7所示为异步串口。
图7
（5）ISDN BRI端口
因ISDN这种互联网接入方式连接速度上有它独特的一面，所以在当时ISDN刚兴起时在互联网的连接方式上还得到了充分的应用。ISDN BRI端口用于ISDN线路通过路由器实现与Internet或其他远程网络的连接，可实现128Kbps的通信速率。ISDN有两种速率连接端口，一种是ISDN BRI（基本速率接口），另一种是ISDN PRI（基群速率接口），ISDN BRI端口是采用RJ-45标准，与ISDN NT1的连接使用RJ-45-to-RJ-45直通线。如图8所示为ISDN BRI端口。
图8
3. 路由器配置接口
路由器的配置端口其实有两个，分别是"Console"和"AUX"，"Console"通常是用来进行路由器的基本配置时通过专用连线与计算机连用的，而"AUX"是用于路由器的远程配置连接用的。
（1）Console端口
Console端口使用配置专用连线直接连接至计算机的串口，利用终端仿真程序（如Windows下的"超级终端"）进行路由器本地配置。路由器的Console端口多为RJ-45端口。如图9就包含了一个Console配置端口。
图9
（2）AUX端口
AUX端口为异步端口，主要用于远程配置，也可用于拔号连接，还可通过收发器与MODEM进行连接。支持硬件流控制（Hardware Flow Control）。AUX端口与Console端口通常被放置在一起，因为它们各自所适用的配置环境不一样。仍参见上述图9。
二、路由器的硬件连接
路由器的应用非常广泛，它所具有的端口类型一般也是比较多的，它们用于各自不同的网络连接，如果不能明白各自端口的作用的话就很可能进行错误的连接，导致网络连接不正确，网络不通。下面我们通过对路由器的几种网络连接形式来进一步理解各端口的连接应用环境。路由器的硬件连接主要包括与局域网设备之间的连接、与广域网设备之间的连接以及与配置设备之间的连接。
1. 路由器与局域网接入设备之间的连接
局域网设备主要是指集线器与交换机，交换机通常使用的端口只有RJ-45和SC，而集线器使用的端口则通常为AUI、BNC和RJ-45。下面，我们简单介绍一下路由器和集线设备各种端口之间是如何进行连接。
（1）RJ-45-to-RJ-45
这种连接方式就是路由器所连接的两端都是RJ-45接口的，如果路由器和集线设备均提供RJ-45端口，那么，可以使用双绞线将集线设备和路由器的两个端口连接在一起。需要注意的是，与集线设备之间的连接不同，路由器和集线设备之间的连接不使用交叉线，而是使用直通线，也就是说，跳线两端的线序完全相同，但也不是说只要线序相同就行，对于100Mbps的网络来说就采用100Mbps交换法，具体参照本教程前面篇章介绍。再一个要注意的是集线器设备之间的级联通常是通过级联端口进行的，而路由器与集线器或交换机之间的互联是通过普通端口进行的。另外，路由器和集线设备端口通信速率应当尽量匹配，否则，宁可使集线设备的端口速率高于路由器的速率，并且最好将路由器直接连接至交换机。
（2）AUI-to-RJ-45
这种情况主要出现在路由器与集线器相连，如果路由器仅拥有AUI端口，而集线设备提供的是RJ-45端口，那么，必须借助于AUI-to-RJ-45收发器才可实现两者之间的连接。当然，收发器与集线设备之间的双绞线跳线也必须使用直通线，连接示意图如图10所示。
图10
（3）SC-to-RJ-45或SC-to-AUI
这种情况一般是路由器与交换机之间的连接，如交换机只拥有光纤端口，而路由设备提供的是RJ-45端口或AUI端口，那么必须借助于SC-to-RJ-45或SC-to-AUI收发器才可实现两者之间的连接。收发器与交换机设备之间的双绞线跳线同样必须使用直通线。但是实际上出现交换机为纯光纤接口的情况非常少见。
2. 路由器与Internet接入设备的连接
我们在上面就已经知道，路由器的更主要应用是与互联网的连接，这种情况在个、事业单位局域网互联网接入的情况下用得最多，而且是必不可少的一种设备。路由器与互联网接入设备的连接情况主要有以下几种：
（1）通过异步串行口连接
这种异步串口我们在前面已有介绍，它主要是用来与Modem设连接，用于实现远程计算机通过公用电话网拨入局域网络。除此之外，也可用于连接其他终端。当路由器通过电缆与Modem连接时，必须使用AYSNC-to-DB25或AYSNC-to-DB9适配器来连接。路由器与Modem或终端的连接如图11所示。
图11
（2）同步串行口
在路由器中所能支持的同步串行端口类型比较多，如Cisco系统就可以支持5种不同类型的接口，分别是：EIA/TIA-232接口、EIA/TIA-449接口、V.35接口、X.21串行电缆总成和EIA-530接口，所对应的适配器图示分别如图12、图13、图14、图15、图16所示。要注意的一点就是，一般来说适配器连线的两端是采用不同的外形（一般称带插针的一端称之为"公头"，而带有孔的一端通常称之为"母头"），但也有例外，"EIA-530"接口两端都是一样的接口类型，这主要是考虑到连接的紧密性，参见图16。其余各类接口的"公头"为DTE（数据终端设备，Data Terminal Equipment）连接适配器，"母头"为DCE（数据通信设备，Data Communications Equipment）连接适配器。
图12
图13
图14
图15
图16
如图17所示的为同步串行口与Internet接入设备连接的示意图，在连接时只需要对应看一下连接用线与设备端接口类型就可以知道正确选择了。
图17
（3）ISDN BRI端口
我们在前面已经介绍ISDN在互联网接入方面在也确实带来了一些可行的解决方案，所在路由器的开发设计中也特定为了与ISDN设备之间的连接准备了相应的模块，并预留了特殊的端口。Cisco路由器的ISDN BRI模块一般可分为两类，一是ISDN BRI S/T模块，二是ISDN BRI U模块，前者必须与ISDN 的NT1终端设备一起才能实现与Internet的连接，因为S/T端口只能接数字电话设备，不适用通过NT1连接现有的模拟电话设备了，连接图如图18所示。而后者由于内置有NT1模块，我们称之为"NT1+"终端设备，它的"U"端口可以直接连接模拟电话外线，因此，无需再外接ISDN NT1，可以直接连接至电话线墙板插座，如图19所示。
图18
图19
3. 配置端口
与前面讲的一样，路由器的配置端口依据配置的方式的不同，所采用的端口也不一样，主要仍有两种：一种是本地配置所采用的"Console"端口；另一种是远程配置时采用的"AUX"端口，下面分别讲一下各自的连接方式。
（1）Console端口的连接方式
当使用计算机配置路由器时，必须使用翻转线将路由器的Console口与计算机的串口/并口连接在一起，这种连接线一般来说需要特制，根据计算机端所使用的是串口还是并口，选择制作RJ-45-to-DB-9或RJ-45-to-DB-25转换用适配器，如图20所示。
图20
（2）AUX端口的连接方式
当需要通过远程访问的方式实现对路由器的配置时，就需要采用AUX端口进行了。AUX接口在外观上其实与上面所介绍的RJ-45结构一样，只是里面所对应的电路不同，实现的功能也不同而已。根据Modem所使用的端口情况不同，来确定通过AUX端口与Modem进行连接所也必须借助于RJ-45 to DB9或RJ-45 to DB25的收发器的选择。路由器的AUX端口与Modem的连接方式如图21所示。
图21
好了，路由器的各种连接方法就介绍至此，下一篇将介绍路由器的配置。
2008年8月7日星期四
网络学堂十八：主要路由器技术
路由器我们知道是一个相当复杂的设备，它的复杂性并不在于它的硬件如何庞大，而在于它的软件技术相当复杂。目前全球能生产出中、高档路由器的也只有少数的那么几家，国内就更少了。为了对路由器技术有一个较全面的了解，本节就路由器技术的几个重要方面作如下介绍。
一、主要路由协议
路由协议是路由器软件中重要的组成部分。路由器的路由功能就是通过这些路由协议来实现的，路由协议的作用是用来建立以及维护路由表。路由表是记录一些转发数据到已知目的节点的最佳路径，有了它，只需直接按路径转发数据包即可，可大大提高数据转发的速度和效率。
典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由。静态路由是在路由器中设置的固定的路由表，除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。而动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明发生了网络变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。
静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此在网络中动态路由通常作为静态路由的补充。当一个分组在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。
1. 路由协议种类
根据是否在一个自治域（AS）内部使用，动态路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。这里的自治域指一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。自治域内部采用的路由选择协议称为内部网关协议，常用的有RIP、OSPF；外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择，常用的是BGP和BGP-4。下面分别进行简要介绍。
（1）RIP路由协议
RIP协议最初是为Xerox网络系统的Xerox parc通用协议而设计的，是Internet中常用的路由协议。RIP采用距离向量算法，即路由器根据距离选择路由，所以也称为距离向量协议。路由器收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网。
RIP使用非常广泛，它简单、可靠，便于配置，但RIP只适用于小型的同构网络，因为它允许的最大站点数为15，任何超过15个站点的目的地均被标记为不可达。而且RIP每隔30s一次的路由信息广播也是造成网络的广播风暴的重要原因之一。
（2）OSPF路由协议
80年代中期，RIP已不能适应大规模异构网络的互连，0SPF随之产生。它是网间工程任务组织（1ETF）的内部网关协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议。
0SPF是一种基于链路状态的路由协议，需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些变量。利用0SPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息，并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。而基于距离向量的路由协议仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息。与RIP不同，OSPF将一个自治域再划分为区，相应地即有两种类型的路由选择方式：当源和目的地在同一区时，采用区内路由选择；当源和目的地在不同区时，则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销，并增加了网络的稳定性。当一个区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其它区路由器的正常工作，这也给网络的管理、维护带来方便。
（3）BGP和BGP-4路由协议
BGP是为TCP／IP互联网设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。它既不是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其它自治域的BGP交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。BGP更新信息包括网络号／自治域路径的成对信息。自治域路径包括到达某个特定网络须经过的自治域串，这些更新信息通过TCP传送出去，以保证传输的可靠性。
为了满足Internet日益扩大的需要，BGP还在不断地发展。在最新的BGp4中，还可以将相似路由合并为一条路由。
在一个路由器中，可同时配置静态路由和一种或多种动态路由，它们各自维护的路由表都提供给转发程序。但这些路由表的表项间可能会发生冲突，这种冲突可通过配置各路由表的优先级来解决。通常静态路由具有默认的最高优先级，当其它路由表表项与它矛盾时，均按静态路由转发。
2. 路由算法
路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的寻径结果，因此选择路由算法一定要仔细。通常需要综合考虑以下几个设计目标：
（1）最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。
（2）简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。
（3）坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。由于路由器分布在网络联接点上，所以在它们出故障时会产生严重后果。最好的路由器算法通常能经受时间的考验，并在各种网络环境下被证实是可靠的。
（4）快速收敛：收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。路由更新信息遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。
（5）灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。例如，某个网段发生故障，路由算法要能很快发现故障，并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径。
二、主要路由器技术
路由器技术是融合现代通信技术、计算机技术、网络技术、微电子芯片技术、大规模集成电路技术，光电子技术及光通信技术的核心技术，是衡量一个国家科学技术水平的重要标志。 IP路由技术主要体现在以下几方面：
1. 硬件体系结构
高速IP路由器通常借鉴ATM方法，采用交叉开关方式实现各端口之间的线速 无阻塞互连。高速交叉开关技术已经十分成熟，在ATM交换机和高速交行计算机中广泛应用，市场上可直接买到高速交叉开关速率就高达50Gbps的设备。
2. ASIC技术
由于厂商需要降低成本，ASIC技术在路由器中得到了越来越广泛的应用。在路由 器中，要极大地提高速度，首先想到的是ASIC，有的用ASIC做包转发，有的用ASIC查 路由，并且已经有专门用来查找IPv4路由的ASIC芯片商用。一般来说，ASIC只用于已 完全标准化的处理，而网络的结构和协议变化频繁，因此相应地在网络设备这一领域 ，出现了"可编程ASIC"。目前，有两种类型的"可编程ASIC"，一种以3Com公司为 主的FIRE（Flexible Intelligent Routing Engine）芯片为代表。另一种以Vertex Networks的HISC专用芯片为代表，这颗芯片是一颗专门为通信协议处理而设计的CPU， 通过改写微码，可使这颗专用芯片具有同协议的能力。
3. 三层交换
自从 Ipsilon在1994年推出一次路由再交换IP Switching技术之后，各大公司纷纷推出了 各自专有的三层交换技术，在综合所有三层交换技术优势之后，IETF终于在1998年推 出了性能优越的多协议标记交换（MPLS）。与"一次路由再交换"技术相比，MPLS多 网络结构这一更高层次来考虑三层交换技术，力图一举解决三层交换网络流量管理问 题，目前这一技术的研究仍在进行中。
以上所介绍的是路由器硬件方面所采取的技术，在软件方面同样具有许多先进技术，具体如下：
1. VPN技术
VPN的英文全称就是"Virtual Private Network"，中文名为"虚拟专用网"，它是路由器具有的重要技术之一。VPN是指在公用网络上建立虚拟私有网，可以从不同的角度对VPN进行分类：
（1）按接入方式划分：VPN可以分为"专线VPN"和"拨号VPN"以下两类，专线VPN是为已经通过专线接入ISP边缘路由器的用户提供的VPN实现方案。拨号VPN(又称VPDN)是指为利用拨号PSTN或ISDN接入 ISP的用户提供的VPN业务。
（2）按协议类型划分：VPN又可以分为"第二层隧道协议"和"第三层隧道协议"两类。第二层隧道协议包括：点到点隧道协议(PPTP)、第二层转发协议(L2F)、第二层隧道协议(L2TP)。 而第三层隧道协议包括：通用路由封装协议(GRE)、IP安全(IPSec)协议。MPLS隧道协议可以看成在第二层和第三层之间。
（3）按VPN的发起方式划分：VPN可分为"客户发起VPN"和"服务器发起VPN"两种，客户发起(也称基于客户的)它是VPN服务提供的起始点和终止点是面向客户的，其内部技术构成、实施和管理对VPN客户可见。而服务器发起(也称客户透明方式或基于网络的)是在公司中心部门和ISP处(称为POP)安装VPN软件，客户无须安装任何特殊软件。
（4）按目前运营商所开展的类型划分：VPN可分为"拨号VPN"和"虚拟租用线"两类。拨号VPN业务(VPDN)就是第一种划分方式中的VPDN。虚拟租用线(VLL)：是对传统的租用线业务的仿真，以IP网络对租用线进行模拟，而这样一条虚拟租用线两端的用户看来，该虚拟租用线等价于过去的租用线。
虚拟专用路由网（VPRN）业务包括两类：一是使用传统的VPN协议，如 IPSec、GRE等实现的VPRN。另外一种是MPLS方式的VPN。路由器的VPN技术解决方案措施主要有以下几种：
（1）访问控制的设定
路由器的访问控制的设定一般是通过PAP（口令认证协议）和CHAP（高级口令认证协议）两种协议来实现的。PAP要求登录者向目标路由器提供用户名和口令，与其访问列表（Access List）中的信息相符才允许其登录。它虽然提供了一定的安全保障，但用户登录信息在网上无加密传递，易被人窃取。CHAP便应运而生，它把一随机初始值与用户原始登录信息（用户名和口令）经Hash算法翻译后形成新的登录信息。这样在网上传递的用户登录信息对黑客来说是不透明的，且由于随机初始值每次不同，用户每次的最终登录信息也会不同，即使某一次用户登录信息被窃取，黑客也不能重复使用。需要注意的是，由于各厂商采取各自不同的Hash算法，所以CHAP无互操作性可言。要建立VPN需要VPN两端放置相同品牌路由器。
（2）通信数据加密
我们知道数据加密过程中加密位数是一个很重要的参数，它直接关系到解密的难易程度，所以路由器所采用的数据加密技术在加密位数方面非常注重，如其中Intel 9000系列路由器表现最为优异，为一百多位加密，一般都有56位或64位。
（3）NAT技术
NAT的英文全称为"Network Address Translation"，中文名就叫做"网络地址转换协议"。如同用户登录信息一样，IP和MAC地址在网上无加密传递也很不安全。NAT可把合法IP地址和MAC地址翻译成非法IP地址和MAC地址在网上传递，到达目标路由器后反翻译成合法IP与MAC地址，翻译算法厂商各自有不同标准，不能实现互操作。
2. QoS技术
QoS的英文全称为"Quality of Service"，中文名为"服务质量"。QoS原来只是在ATM（Asynchronous Transmit Mode）中专用，但利用IP传VOD等多媒体信息的应用越来越多，IP作为一个打包的协议显得有点力不从心。主要体现在：延迟长且不为定值，丢包造成信号不连续且失真大。为解决这些问题，厂商提供了若干解决方案：第一种方案是基于不同对象的优先级，某些设备（多为多媒体应用）发送的数据包可以后到先传。第二种方案基于协议的优先级，用户可定义哪种协议优先级高，可后到先传，Intel和Cisco都支持。第三种方案是做链路整合MLPPP（Multi Link Point to Point Protocol），Cisco支持可通过将连接两点的多条线路做带宽汇聚，从而提高带宽。第四种方案是做资源预留RSVP（Resource Reservation Protocol），它将一部分带宽固定的分给多媒体信号，其它协议无论如何拥挤，也不得占用这部分带宽。这几种解决方案都能有效的提高传输质量。
路由器上的QoS可以通过下面几种手段获得：
·通过大带宽得到
在路由器上除增加接口带宽以外不作任何额外工作来保障QoS。由于数据通信没有相应公认的数学模型作保障，该方法只能粗略地使用经验值作估计。通常认为当带宽利用率到达50％以后就应当扩容，保证接口带宽利用率小于50％。
·通过端到端带宽预留实现
该方法通过使用RSVP或者类似协议在全网范围内通信的节点间端到端预留带宽。该方法能保证QoS，但是代价太高，通常只在企业网或者私网上运行，在大网公网上无法实现。
·通过接入控制、拥塞控制和区分服务等方式得到
该方式无法完全保证QoS。这能与增加接口带宽等方式结合使用，在一定程度上提供相对的CoS。
·通过MPLS流量工程得到。
3. Ipv6技术
迅速发展中的互联网将不再是仅仅连接计算机的网络，它将发展成能同电话网、有线电视网类似的信息通信基础设施。因此，正在使用的IP（互联网协议）已经难以胜任，人们迫切希望下一代 IP即IPv6的出现。
IPv6是IP的一种版本，在互联网通信协议TCP/IP中，是OSI模型第3层（网络层）的传输协议。它同目前广泛使用的、1974年便提出的IPv4相比，地址由32位扩充到128位。从理论上说，地址的数量由原先的4.3×109个增加到4.3×1038个。
4. 路由器队列管理机制
由于路由器是基于分组交换的设备，在每个端口上带宽统计复用，所以路由器必须在端口上维护一个或多个队列，否则路由器无法处理多个数据包同时向同一端口转发以及端口上QoS能力等问题。队列管理算法的好坏直接影响路由器性能、QoS能力以及拥塞管理能力。通常队列管理算法分为基于时标算法、基于轮转算法以及基于优先级队列等。
下一篇将介绍路由器硬件的安装与连接，这是非常重要一部分。
一、主要路由协议
路由协议是路由器软件中重要的组成部分。路由器的路由功能就是通过这些路由协议来实现的，路由协议的作用是用来建立以及维护路由表。路由表是记录一些转发数据到已知目的节点的最佳路径，有了它，只需直接按路径转发数据包即可，可大大提高数据转发的速度和效率。
典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由。静态路由是在路由器中设置的固定的路由表，除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。而动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明发生了网络变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。
静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此在网络中动态路由通常作为静态路由的补充。当一个分组在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。
1. 路由协议种类
根据是否在一个自治域（AS）内部使用，动态路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。这里的自治域指一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。自治域内部采用的路由选择协议称为内部网关协议，常用的有RIP、OSPF；外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择，常用的是BGP和BGP-4。下面分别进行简要介绍。
（1）RIP路由协议
RIP协议最初是为Xerox网络系统的Xerox parc通用协议而设计的，是Internet中常用的路由协议。RIP采用距离向量算法，即路由器根据距离选择路由，所以也称为距离向量协议。路由器收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网。
RIP使用非常广泛，它简单、可靠，便于配置，但RIP只适用于小型的同构网络，因为它允许的最大站点数为15，任何超过15个站点的目的地均被标记为不可达。而且RIP每隔30s一次的路由信息广播也是造成网络的广播风暴的重要原因之一。
（2）OSPF路由协议
80年代中期，RIP已不能适应大规模异构网络的互连，0SPF随之产生。它是网间工程任务组织（1ETF）的内部网关协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议。
0SPF是一种基于链路状态的路由协议，需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些变量。利用0SPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息，并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。而基于距离向量的路由协议仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息。与RIP不同，OSPF将一个自治域再划分为区，相应地即有两种类型的路由选择方式：当源和目的地在同一区时，采用区内路由选择；当源和目的地在不同区时，则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销，并增加了网络的稳定性。当一个区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其它区路由器的正常工作，这也给网络的管理、维护带来方便。
（3）BGP和BGP-4路由协议
BGP是为TCP／IP互联网设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。它既不是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其它自治域的BGP交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。BGP更新信息包括网络号／自治域路径的成对信息。自治域路径包括到达某个特定网络须经过的自治域串，这些更新信息通过TCP传送出去，以保证传输的可靠性。
为了满足Internet日益扩大的需要，BGP还在不断地发展。在最新的BGp4中，还可以将相似路由合并为一条路由。
在一个路由器中，可同时配置静态路由和一种或多种动态路由，它们各自维护的路由表都提供给转发程序。但这些路由表的表项间可能会发生冲突，这种冲突可通过配置各路由表的优先级来解决。通常静态路由具有默认的最高优先级，当其它路由表表项与它矛盾时，均按静态路由转发。
2. 路由算法
路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的寻径结果，因此选择路由算法一定要仔细。通常需要综合考虑以下几个设计目标：
（1）最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。
（2）简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。
（3）坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。由于路由器分布在网络联接点上，所以在它们出故障时会产生严重后果。最好的路由器算法通常能经受时间的考验，并在各种网络环境下被证实是可靠的。
（4）快速收敛：收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。路由更新信息遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。
（5）灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。例如，某个网段发生故障，路由算法要能很快发现故障，并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径。
二、主要路由器技术
路由器技术是融合现代通信技术、计算机技术、网络技术、微电子芯片技术、大规模集成电路技术，光电子技术及光通信技术的核心技术，是衡量一个国家科学技术水平的重要标志。 IP路由技术主要体现在以下几方面：
1. 硬件体系结构
高速IP路由器通常借鉴ATM方法，采用交叉开关方式实现各端口之间的线速 无阻塞互连。高速交叉开关技术已经十分成熟，在ATM交换机和高速交行计算机中广泛应用，市场上可直接买到高速交叉开关速率就高达50Gbps的设备。
2. ASIC技术
由于厂商需要降低成本，ASIC技术在路由器中得到了越来越广泛的应用。在路由 器中，要极大地提高速度，首先想到的是ASIC，有的用ASIC做包转发，有的用ASIC查 路由，并且已经有专门用来查找IPv4路由的ASIC芯片商用。一般来说，ASIC只用于已 完全标准化的处理，而网络的结构和协议变化频繁，因此相应地在网络设备这一领域 ，出现了"可编程ASIC"。目前，有两种类型的"可编程ASIC"，一种以3Com公司为 主的FIRE（Flexible Intelligent Routing Engine）芯片为代表。另一种以Vertex Networks的HISC专用芯片为代表，这颗芯片是一颗专门为通信协议处理而设计的CPU， 通过改写微码，可使这颗专用芯片具有同协议的能力。
3. 三层交换
自从 Ipsilon在1994年推出一次路由再交换IP Switching技术之后，各大公司纷纷推出了 各自专有的三层交换技术，在综合所有三层交换技术优势之后，IETF终于在1998年推 出了性能优越的多协议标记交换（MPLS）。与"一次路由再交换"技术相比，MPLS多 网络结构这一更高层次来考虑三层交换技术，力图一举解决三层交换网络流量管理问 题，目前这一技术的研究仍在进行中。
以上所介绍的是路由器硬件方面所采取的技术，在软件方面同样具有许多先进技术，具体如下：
1. VPN技术
VPN的英文全称就是"Virtual Private Network"，中文名为"虚拟专用网"，它是路由器具有的重要技术之一。VPN是指在公用网络上建立虚拟私有网，可以从不同的角度对VPN进行分类：
（1）按接入方式划分：VPN可以分为"专线VPN"和"拨号VPN"以下两类，专线VPN是为已经通过专线接入ISP边缘路由器的用户提供的VPN实现方案。拨号VPN(又称VPDN)是指为利用拨号PSTN或ISDN接入 ISP的用户提供的VPN业务。
（2）按协议类型划分：VPN又可以分为"第二层隧道协议"和"第三层隧道协议"两类。第二层隧道协议包括：点到点隧道协议(PPTP)、第二层转发协议(L2F)、第二层隧道协议(L2TP)。 而第三层隧道协议包括：通用路由封装协议(GRE)、IP安全(IPSec)协议。MPLS隧道协议可以看成在第二层和第三层之间。
（3）按VPN的发起方式划分：VPN可分为"客户发起VPN"和"服务器发起VPN"两种，客户发起(也称基于客户的)它是VPN服务提供的起始点和终止点是面向客户的，其内部技术构成、实施和管理对VPN客户可见。而服务器发起(也称客户透明方式或基于网络的)是在公司中心部门和ISP处(称为POP)安装VPN软件，客户无须安装任何特殊软件。
（4）按目前运营商所开展的类型划分：VPN可分为"拨号VPN"和"虚拟租用线"两类。拨号VPN业务(VPDN)就是第一种划分方式中的VPDN。虚拟租用线(VLL)：是对传统的租用线业务的仿真，以IP网络对租用线进行模拟，而这样一条虚拟租用线两端的用户看来，该虚拟租用线等价于过去的租用线。
虚拟专用路由网（VPRN）业务包括两类：一是使用传统的VPN协议，如 IPSec、GRE等实现的VPRN。另外一种是MPLS方式的VPN。路由器的VPN技术解决方案措施主要有以下几种：
（1）访问控制的设定
路由器的访问控制的设定一般是通过PAP（口令认证协议）和CHAP（高级口令认证协议）两种协议来实现的。PAP要求登录者向目标路由器提供用户名和口令，与其访问列表（Access List）中的信息相符才允许其登录。它虽然提供了一定的安全保障，但用户登录信息在网上无加密传递，易被人窃取。CHAP便应运而生，它把一随机初始值与用户原始登录信息（用户名和口令）经Hash算法翻译后形成新的登录信息。这样在网上传递的用户登录信息对黑客来说是不透明的，且由于随机初始值每次不同，用户每次的最终登录信息也会不同，即使某一次用户登录信息被窃取，黑客也不能重复使用。需要注意的是，由于各厂商采取各自不同的Hash算法，所以CHAP无互操作性可言。要建立VPN需要VPN两端放置相同品牌路由器。
（2）通信数据加密
我们知道数据加密过程中加密位数是一个很重要的参数，它直接关系到解密的难易程度，所以路由器所采用的数据加密技术在加密位数方面非常注重，如其中Intel 9000系列路由器表现最为优异，为一百多位加密，一般都有56位或64位。
（3）NAT技术
NAT的英文全称为"Network Address Translation"，中文名就叫做"网络地址转换协议"。如同用户登录信息一样，IP和MAC地址在网上无加密传递也很不安全。NAT可把合法IP地址和MAC地址翻译成非法IP地址和MAC地址在网上传递，到达目标路由器后反翻译成合法IP与MAC地址，翻译算法厂商各自有不同标准，不能实现互操作。
2. QoS技术
QoS的英文全称为"Quality of Service"，中文名为"服务质量"。QoS原来只是在ATM（Asynchronous Transmit Mode）中专用，但利用IP传VOD等多媒体信息的应用越来越多，IP作为一个打包的协议显得有点力不从心。主要体现在：延迟长且不为定值，丢包造成信号不连续且失真大。为解决这些问题，厂商提供了若干解决方案：第一种方案是基于不同对象的优先级，某些设备（多为多媒体应用）发送的数据包可以后到先传。第二种方案基于协议的优先级，用户可定义哪种协议优先级高，可后到先传，Intel和Cisco都支持。第三种方案是做链路整合MLPPP（Multi Link Point to Point Protocol），Cisco支持可通过将连接两点的多条线路做带宽汇聚，从而提高带宽。第四种方案是做资源预留RSVP（Resource Reservation Protocol），它将一部分带宽固定的分给多媒体信号，其它协议无论如何拥挤，也不得占用这部分带宽。这几种解决方案都能有效的提高传输质量。
路由器上的QoS可以通过下面几种手段获得：
·通过大带宽得到
在路由器上除增加接口带宽以外不作任何额外工作来保障QoS。由于数据通信没有相应公认的数学模型作保障，该方法只能粗略地使用经验值作估计。通常认为当带宽利用率到达50％以后就应当扩容，保证接口带宽利用率小于50％。
·通过端到端带宽预留实现
该方法通过使用RSVP或者类似协议在全网范围内通信的节点间端到端预留带宽。该方法能保证QoS，但是代价太高，通常只在企业网或者私网上运行，在大网公网上无法实现。
·通过接入控制、拥塞控制和区分服务等方式得到
该方式无法完全保证QoS。这能与增加接口带宽等方式结合使用，在一定程度上提供相对的CoS。
·通过MPLS流量工程得到。
3. Ipv6技术
迅速发展中的互联网将不再是仅仅连接计算机的网络，它将发展成能同电话网、有线电视网类似的信息通信基础设施。因此，正在使用的IP（互联网协议）已经难以胜任，人们迫切希望下一代 IP即IPv6的出现。
IPv6是IP的一种版本，在互联网通信协议TCP/IP中，是OSI模型第3层（网络层）的传输协议。它同目前广泛使用的、1974年便提出的IPv4相比，地址由32位扩充到128位。从理论上说，地址的数量由原先的4.3×109个增加到4.3×1038个。
4. 路由器队列管理机制
由于路由器是基于分组交换的设备，在每个端口上带宽统计复用，所以路由器必须在端口上维护一个或多个队列，否则路由器无法处理多个数据包同时向同一端口转发以及端口上QoS能力等问题。队列管理算法的好坏直接影响路由器性能、QoS能力以及拥塞管理能力。通常队列管理算法分为基于时标算法、基于轮转算法以及基于优先级队列等。
下一篇将介绍路由器硬件的安装与连接，这是非常重要一部分。
网络学堂十七：路由器原理、分类和选购
上一篇我们已对路由器的基础方面有一个全面的了解，本篇要继续介绍路由器的其它几个方面。首先要介绍的是路由器的工作原理，只有在充分理解了路由器工作原理基础上，才能正确理解路由器的主要作用。
一、路由器的工作原理
我们知道路由器是用来连接不同网段或网络的，在一个局域网中，如果不需与外界网络进行通信的话，内部网络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发送，根本用不上路由器来记忆局域网的各节点MAC地址。路由器识别不同网络的方法是通过识别不同网络的网络ID号进行的，所以为了保证路由成功，每个网络都必须有一个唯一的网络编号。路由器要识别另一个网络，首先要识别的就是对方网络的路由器IP地址的网络ID，看是不是与目的节点地址中的网络ID号相一致。如果是当然就向这个网络的路由器发送了，接收网络的路由器在接收到源网络发来的报文后，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，然后再直接发送。
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络。假设其中一个网段网络ID号为"A"，在同一网段中有4台终端设备连接在一起，这个网段的每个设备的IP地址分别假设为：A1、A2、A3和A4。连接在这个网段上的一台路由器是用来连接其它网段的，路由器连接于A网段的那个端口IP地址为A5。同样路由器连接另一网段为B网段，这个网段的网络ID号为"B"，那连接在B网段的另几台工作站设备设的IP地址我们设为：B1、B2、B3、B4，同样连接与B网段的路由器端口的IP地址我们设为B5，结构如图1所示。
图1
在这样一个简单的网络中同时存在着两个不同的网段，现如果A网段中的A1用户想发送一个数据给B网段的B2用户，有了路由器就非常简单了。
首先A1用户把所发送的数据及发送报文准备好，以数据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发送的数据帧后，分析目的节点的IP地址信息（路由器在得到数据包后总是要先进行分析）。得知不是本网段的，就把数据帧接收下来，进一步根据其路由表分析得知接收节点的网络ID号与B5端口的网络ID号相同，这时路由器的A5端口就直接把数据帧发给路由器B5端口。B5端口再根据数据帧中的目的节点IP地址信息中的主机ID号来确定最终目的节点为B2，然后再发送数据到节点B2。这样一个完整的数据帧的路由转发过程就完成了，数据也正确、顺利地到达目的节点。
当然实际上像以上这样的网络算是非常简单的，路由器的功能还不能从根本上体现出来，一般一个网络都会同时连接其它多个网段或网络，就像图2所示的一样，A、B、C、D四个网络通过路由器连接在一起。
图2
现在我们来看一下在如图2所示网络环境下路由器又是如何发挥其路由、数据转发作用的。我们同样需要假设，各网络用户的IP地址分配就不多讲了，图2已有标注。现假设网络A中一个用户A1要向C网络中的C3用户发送一个请求信号时，信号传递的步骤如下：
第1步：用户A1将目的用户C3的地址C3，连同数据信息以数据帧的形式通过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的所有节点，当路由器A5端口侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，需要路由转发，就把数据帧接收下来。
第2步：路由器A5端口接收到用户A1的数据帧后，先从报头中取出目的用户C3的IP地址，并根据路由表计算出发往用户C3的最佳路径。因为从分析得知到C3的网络ID号与路由器的C5网络ID号相同，所以由路由器的A5端口直接发向路由器的C5端口应是信号传递的最佳途经。
第3步：路由器的C5端口再次取出目的用户C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主机ID号，如果在网络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络节点位置；如果没有交换机设备则根据其IP地址中的主机ID直接把数据帧发送给用户C3，这样一个完整的数据通信转发过程也完成了。
从上面可以看出，不管网络有多么复杂，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。当然在实际的网络中还远比上图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。
二、路由器的分类
路由器发展到今天，为了满足各种应用需求，也出现过各式各样的路由器。下面我们就简单地来对整个路由器市场作一个综合分类。
1. 按性能档次分
任何商品都好像有一个默认的划分标准，那就大家通常所说的高、中、低档。路由器也一样可分高、中和低档路由器，不过各厂家划分并不完全一致。通常将背板交换能力大于40Gbps的路由器称为高档路由器，背板交换能力在25Gbps~40Gbps之间的路由器称为中档路由器，低于25Gbps的当然就是低档路由器了。当然这只是一种宏观上的划分标准，实际上路由器档次的划分不仅是背板带宽为依据的，是有一个综合指标的。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。图3的左、中、右图分别为Cisco的高、中、低三种档次的路由器产品示意图。
图3
2. 按结构分
从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构。模块化结构可以灵活地配置路由器，以适应企业不断增加的业务需求，非模块化的就只能提供固定的端口。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。图4所示的左、右图分别为非模块化结构和模块化结构路由器产品示意图。
图4
3. 从功能上划分
从功能上划分，可将路由器分为核心层（骨干级）路由器，分发层（企业级）路由器和访问层（接入级）路由器。
·骨干级路由器：骨干级路由器是实现企业级网络互连的关键设备，它数据吞坦量较大，非常重要。对骨干级路由器的基本性能要求是高速度和高可靠性。为了获得高可靠性，网络系统普遍采用诸如热备份、双电源、双数据通路等传统冗余技术，从而使得骨干路由器的可靠性一般不成问题。骨干级路由器的瓶在转发表中查找某个路由器中，常将一些访问频率较高的目的端口放到Cache中，从而达到提高路由查找效率的目的。
·企业级路由器：企业或校园级路由器连接许多终端系统，连接对象较多，但系统相对简单，且数据流量较小，对这类路由器的要求是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，同时还要求能够支持不同的服务质量。路由器连接的网络系统因能够将机器分成多个碰撞域，所以可以方便的控制一个网络的大小。此外，路由器还可以支持一定的服务等级，至少允许将网络分成多个优先级别。当然，路由器的每端口造价要贵些，在使用之前要求用户进行大量的配置工作。因此，企业级路由器的成败就在于是否可提供大量端口且每端口造价很低，是否容易配置，是否支持QoS，是否支持广播和组播等多项功能。
·接入级路由器：接入级路由器主要应用于连接家庭或ISP内的小型企业客户群体。 接入路由器在不久的将来不得不支持许多异构和高速端口，并能在各个端口运行多种协议。
5. 从应用划分
从功能上划分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。一般所说的路由器皆为通用路由器。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路由器用于为远程VPN访问用户提供路由，它需要在隧道处理能力以及硬件加密等方面具备特定的能力；宽带接入路由器则强调接口带宽及种类。
6. 按所处网络位置划分
如果按路由器所处的网络位置划分，则通常把路由器划分为"边界路由器"和"中间节点路由器"两类。很明显"边界路由器"是处于网络边缘，用于不同网络路由器的连接；而"中间节点路由器"则处于网络的中间，通常用于连接不同网络，起到一个数据转发的桥梁作用。由于各自所处的网络位置有所不同，其主要性能也就有相应的侧重，如中间节点路由器因为要面对各种各样的网络。如何识别这些网络中的各节点呢？靠的就是这些中间节点路由器的MAC地址记忆功能。基于上述原因，选择中间节点路由器时就需要在MAC地址记忆功能更加注重，也就是要求选择缓存更大，MAC地址记忆能力较强的路由器。但是边界路由器由于它可能要同时接受来自许多不同网络路由器发来的数据，所以这就要求这种边界路由器的背板带宽要足够宽，当然这也要与边界路由器所处的网络环境而定。虽然这两种路由器在性能上各有侧重，但所发挥的作用却是一样的，都是起到网络路由、数据转发功能。
7. 从性能上划分
从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。所谓"线速路由器"就是完全可以按传输介质带宽进行通畅传输，基本上没有间断和延时。通常线速路由器是高端路由器，具有非常高的端口带宽和数据转发能力，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。
三、路由器的选购
路由器因为它的价格昂贵，且配置复杂，所以绝大多数用户对路由器的选购显得非常茫然，大多数系统管理员都对此也是一无所知。为此我在此就路由器的选购方面作一个简单的说明，希望对那些朋友有所帮助。路由器的选购主要从以下几个方面加以考虑：
1、路由器的管理方式
路由器最基本的管理方式是利用终端（如Windows 系统所提供的超级终端）通过专用配置线连接到路由器的"Console"端口（配置端口）直接进行配置。因为新购买的由器配置文件是空的，所以用户购买路由器以后一般都是先使用此方式对路由器进行基本的配置（具体方法参照前面的介绍）。但仅仅通过这种配置方法还不能对路由器进行全面的配置，以实现路由器的管理功能，我们只有在基本的配置完成后再进行有针对性的项目配置（如通信协议、路由协议配置等），这样我们才可以更加全面地实现路由器的网络管理功能。还有一种情况，就是有时我们可能需要改变路由器的许多设置，而自己并不在路由器旁边，无法连接专用配置线，这时就需要路由器提供远程Telnet程序进行远程访问配置，或者MODEM拨号来进行远程登录配置，还可以通过Web的方式来实现路由器的远程配置。现在一般的路由器都可能具有一种或几种这种远程配置管理方式。
2、路由器所支持的路由协议
因为路由器所连接的网络可能存在根本不同类型的网络，这些网络所支持的网络通信、路由协议也就有可能不一样，这时对于在网络之间起到连接桥梁作用的路由器来说，如果不支持一方的协议，那就无法实现它在网络之间的路由功能，为此在选购路由器时也就要注意所选路由器所能支持的网络路由协议有哪些，特别是在广域网中的路由器。因为广域网路由协议非常多，网络也是相当复杂，如目前电信局提供的广域网线路主要有X.25、帧中继、DDN等多种。但是作为用于局域网之间的路由器来说相对就较为简单些，因此选购的路由器要考虑路由器目前及将来的企业实际需求，来决定所选路由器要支持何种协议。
3、路由器的安全性保障
现在网络安全也是越来越受到用户的高度重视了，无论是个人还是单位用户，而路由器作为个、事业单位内部网和外部进行连接的设备，能否提供高要求的安全保障就极其重要了。目前许多厂家的路由器可以设置访问权限列表，达到控制哪些数据才可以进出路由器，实现防火墙的功能，防止非法用户的入侵。另外一个就是路由器的NAT（网络地址转换）功能，使用路由器的这种功能，就能够屏蔽公司内部局域网的网络地址，利用地址转换功统一转换成电信局提供的广域网地址，这样网络上的外部用户就无法了解到公司内部网的网络地址，进一步防止了非法的用户入侵稳定性。
4、丢包率
路由器作为数据转发的网络设备就存在一个丢包率的概念。丢包率就是在一定的数据流量下路由器不能正确进行数据转发的数据包在总的数据包中所占的比例。丢包率的大小会影响到路由器线路的实际工作速度，严重时甚至会使线路中断。小型企业一般来说网络流量不会很大，所以出现丢包现象的机会也很小，在此方面小型企业不必作太多考虑，而且一般来说路由器在此方面都还是可以接受的。
5、背板能力
背板能力通常是指路由器背板容量或者总线带宽能力，这个性能对于保证整个网络之间的连接速度是非常重要的。如果所连接的两个网络速率都较快，而由于路由器的带宽限制，这将直接影响了整个网络之间的通信速度。所以一般来说如果是连接两个较大的网络，网络流量较大时应格外注意一下路由器的背板容量，但是如果在小型企业网之间一般来说这个参数也是不用特别在意的，因为一般来说路由器在这方面都能满足小型企业网之间的通信带宽要求。
6、吞吐量
路由器的吞吐量是指路由器对数据包的转发能力，如较高档的路由器可以对较大的数据包进行正确快速转发；而较低档的路由器则只能转发小的数据包，对于较大的数据包需要拆分成许多小的数据包来分开转发，这种路由器的数据包转发能力就差了，其实这与上面所讲的背板容量是有非常紧密的关系的。
7、转发时延
指需转发的数据包最后一比特进入路由器端口到该数据包第一比特出现在端口链路上的时间间隔，这与上面的背板容量、吞吐量参数也是紧密相关的。
8、路由表容量
路由表容量是指路由器运行中可以容纳的路由数量。一般来说越是高档的路由器路由表容量越大，因为它可能要面对非常庞大的网络。这一参数是受路由器自身所带的缓存大小有关，一般的路由器也不需太注重这一参数，因为一般来说都能满足网络需求。
9、可靠性
可靠性是指路由器的可用性、无故障工作时间和故障恢复时间等指标，当然这一指标只能凭开发商自己吹了，新买的路由器暂时无法验证。不过这可以从选购信誉较好、技术先进的品牌作保障。
下一篇将介绍路由器的主要技术。
一、路由器的工作原理
我们知道路由器是用来连接不同网段或网络的，在一个局域网中，如果不需与外界网络进行通信的话，内部网络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发送，根本用不上路由器来记忆局域网的各节点MAC地址。路由器识别不同网络的方法是通过识别不同网络的网络ID号进行的，所以为了保证路由成功，每个网络都必须有一个唯一的网络编号。路由器要识别另一个网络，首先要识别的就是对方网络的路由器IP地址的网络ID，看是不是与目的节点地址中的网络ID号相一致。如果是当然就向这个网络的路由器发送了，接收网络的路由器在接收到源网络发来的报文后，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，然后再直接发送。
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络。假设其中一个网段网络ID号为"A"，在同一网段中有4台终端设备连接在一起，这个网段的每个设备的IP地址分别假设为：A1、A2、A3和A4。连接在这个网段上的一台路由器是用来连接其它网段的，路由器连接于A网段的那个端口IP地址为A5。同样路由器连接另一网段为B网段，这个网段的网络ID号为"B"，那连接在B网段的另几台工作站设备设的IP地址我们设为：B1、B2、B3、B4，同样连接与B网段的路由器端口的IP地址我们设为B5，结构如图1所示。
图1
在这样一个简单的网络中同时存在着两个不同的网段，现如果A网段中的A1用户想发送一个数据给B网段的B2用户，有了路由器就非常简单了。
首先A1用户把所发送的数据及发送报文准备好，以数据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发送的数据帧后，分析目的节点的IP地址信息（路由器在得到数据包后总是要先进行分析）。得知不是本网段的，就把数据帧接收下来，进一步根据其路由表分析得知接收节点的网络ID号与B5端口的网络ID号相同，这时路由器的A5端口就直接把数据帧发给路由器B5端口。B5端口再根据数据帧中的目的节点IP地址信息中的主机ID号来确定最终目的节点为B2，然后再发送数据到节点B2。这样一个完整的数据帧的路由转发过程就完成了，数据也正确、顺利地到达目的节点。
当然实际上像以上这样的网络算是非常简单的，路由器的功能还不能从根本上体现出来，一般一个网络都会同时连接其它多个网段或网络，就像图2所示的一样，A、B、C、D四个网络通过路由器连接在一起。
图2
现在我们来看一下在如图2所示网络环境下路由器又是如何发挥其路由、数据转发作用的。我们同样需要假设，各网络用户的IP地址分配就不多讲了，图2已有标注。现假设网络A中一个用户A1要向C网络中的C3用户发送一个请求信号时，信号传递的步骤如下：
第1步：用户A1将目的用户C3的地址C3，连同数据信息以数据帧的形式通过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的所有节点，当路由器A5端口侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，需要路由转发，就把数据帧接收下来。
第2步：路由器A5端口接收到用户A1的数据帧后，先从报头中取出目的用户C3的IP地址，并根据路由表计算出发往用户C3的最佳路径。因为从分析得知到C3的网络ID号与路由器的C5网络ID号相同，所以由路由器的A5端口直接发向路由器的C5端口应是信号传递的最佳途经。
第3步：路由器的C5端口再次取出目的用户C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主机ID号，如果在网络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络节点位置；如果没有交换机设备则根据其IP地址中的主机ID直接把数据帧发送给用户C3，这样一个完整的数据通信转发过程也完成了。
从上面可以看出，不管网络有多么复杂，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。当然在实际的网络中还远比上图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。
二、路由器的分类
路由器发展到今天，为了满足各种应用需求，也出现过各式各样的路由器。下面我们就简单地来对整个路由器市场作一个综合分类。
1. 按性能档次分
任何商品都好像有一个默认的划分标准，那就大家通常所说的高、中、低档。路由器也一样可分高、中和低档路由器，不过各厂家划分并不完全一致。通常将背板交换能力大于40Gbps的路由器称为高档路由器，背板交换能力在25Gbps~40Gbps之间的路由器称为中档路由器，低于25Gbps的当然就是低档路由器了。当然这只是一种宏观上的划分标准，实际上路由器档次的划分不仅是背板带宽为依据的，是有一个综合指标的。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。图3的左、中、右图分别为Cisco的高、中、低三种档次的路由器产品示意图。
图3
2. 按结构分
从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构。模块化结构可以灵活地配置路由器，以适应企业不断增加的业务需求，非模块化的就只能提供固定的端口。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。图4所示的左、右图分别为非模块化结构和模块化结构路由器产品示意图。
图4
3. 从功能上划分
从功能上划分，可将路由器分为核心层（骨干级）路由器，分发层（企业级）路由器和访问层（接入级）路由器。
·骨干级路由器：骨干级路由器是实现企业级网络互连的关键设备，它数据吞坦量较大，非常重要。对骨干级路由器的基本性能要求是高速度和高可靠性。为了获得高可靠性，网络系统普遍采用诸如热备份、双电源、双数据通路等传统冗余技术，从而使得骨干路由器的可靠性一般不成问题。骨干级路由器的瓶在转发表中查找某个路由器中，常将一些访问频率较高的目的端口放到Cache中，从而达到提高路由查找效率的目的。
·企业级路由器：企业或校园级路由器连接许多终端系统，连接对象较多，但系统相对简单，且数据流量较小，对这类路由器的要求是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，同时还要求能够支持不同的服务质量。路由器连接的网络系统因能够将机器分成多个碰撞域，所以可以方便的控制一个网络的大小。此外，路由器还可以支持一定的服务等级，至少允许将网络分成多个优先级别。当然，路由器的每端口造价要贵些，在使用之前要求用户进行大量的配置工作。因此，企业级路由器的成败就在于是否可提供大量端口且每端口造价很低，是否容易配置，是否支持QoS，是否支持广播和组播等多项功能。
·接入级路由器：接入级路由器主要应用于连接家庭或ISP内的小型企业客户群体。 接入路由器在不久的将来不得不支持许多异构和高速端口，并能在各个端口运行多种协议。
5. 从应用划分
从功能上划分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。一般所说的路由器皆为通用路由器。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路由器用于为远程VPN访问用户提供路由，它需要在隧道处理能力以及硬件加密等方面具备特定的能力；宽带接入路由器则强调接口带宽及种类。
6. 按所处网络位置划分
如果按路由器所处的网络位置划分，则通常把路由器划分为"边界路由器"和"中间节点路由器"两类。很明显"边界路由器"是处于网络边缘，用于不同网络路由器的连接；而"中间节点路由器"则处于网络的中间，通常用于连接不同网络，起到一个数据转发的桥梁作用。由于各自所处的网络位置有所不同，其主要性能也就有相应的侧重，如中间节点路由器因为要面对各种各样的网络。如何识别这些网络中的各节点呢？靠的就是这些中间节点路由器的MAC地址记忆功能。基于上述原因，选择中间节点路由器时就需要在MAC地址记忆功能更加注重，也就是要求选择缓存更大，MAC地址记忆能力较强的路由器。但是边界路由器由于它可能要同时接受来自许多不同网络路由器发来的数据，所以这就要求这种边界路由器的背板带宽要足够宽，当然这也要与边界路由器所处的网络环境而定。虽然这两种路由器在性能上各有侧重，但所发挥的作用却是一样的，都是起到网络路由、数据转发功能。
7. 从性能上划分
从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。所谓"线速路由器"就是完全可以按传输介质带宽进行通畅传输，基本上没有间断和延时。通常线速路由器是高端路由器，具有非常高的端口带宽和数据转发能力，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。
三、路由器的选购
路由器因为它的价格昂贵，且配置复杂，所以绝大多数用户对路由器的选购显得非常茫然，大多数系统管理员都对此也是一无所知。为此我在此就路由器的选购方面作一个简单的说明，希望对那些朋友有所帮助。路由器的选购主要从以下几个方面加以考虑：
1、路由器的管理方式
路由器最基本的管理方式是利用终端（如Windows 系统所提供的超级终端）通过专用配置线连接到路由器的"Console"端口（配置端口）直接进行配置。因为新购买的由器配置文件是空的，所以用户购买路由器以后一般都是先使用此方式对路由器进行基本的配置（具体方法参照前面的介绍）。但仅仅通过这种配置方法还不能对路由器进行全面的配置，以实现路由器的管理功能，我们只有在基本的配置完成后再进行有针对性的项目配置（如通信协议、路由协议配置等），这样我们才可以更加全面地实现路由器的网络管理功能。还有一种情况，就是有时我们可能需要改变路由器的许多设置，而自己并不在路由器旁边，无法连接专用配置线，这时就需要路由器提供远程Telnet程序进行远程访问配置，或者MODEM拨号来进行远程登录配置，还可以通过Web的方式来实现路由器的远程配置。现在一般的路由器都可能具有一种或几种这种远程配置管理方式。
2、路由器所支持的路由协议
因为路由器所连接的网络可能存在根本不同类型的网络，这些网络所支持的网络通信、路由协议也就有可能不一样，这时对于在网络之间起到连接桥梁作用的路由器来说，如果不支持一方的协议，那就无法实现它在网络之间的路由功能，为此在选购路由器时也就要注意所选路由器所能支持的网络路由协议有哪些，特别是在广域网中的路由器。因为广域网路由协议非常多，网络也是相当复杂，如目前电信局提供的广域网线路主要有X.25、帧中继、DDN等多种。但是作为用于局域网之间的路由器来说相对就较为简单些，因此选购的路由器要考虑路由器目前及将来的企业实际需求，来决定所选路由器要支持何种协议。
3、路由器的安全性保障
现在网络安全也是越来越受到用户的高度重视了，无论是个人还是单位用户，而路由器作为个、事业单位内部网和外部进行连接的设备，能否提供高要求的安全保障就极其重要了。目前许多厂家的路由器可以设置访问权限列表，达到控制哪些数据才可以进出路由器，实现防火墙的功能，防止非法用户的入侵。另外一个就是路由器的NAT（网络地址转换）功能，使用路由器的这种功能，就能够屏蔽公司内部局域网的网络地址，利用地址转换功统一转换成电信局提供的广域网地址，这样网络上的外部用户就无法了解到公司内部网的网络地址，进一步防止了非法的用户入侵稳定性。
4、丢包率
路由器作为数据转发的网络设备就存在一个丢包率的概念。丢包率就是在一定的数据流量下路由器不能正确进行数据转发的数据包在总的数据包中所占的比例。丢包率的大小会影响到路由器线路的实际工作速度，严重时甚至会使线路中断。小型企业一般来说网络流量不会很大，所以出现丢包现象的机会也很小，在此方面小型企业不必作太多考虑，而且一般来说路由器在此方面都还是可以接受的。
5、背板能力
背板能力通常是指路由器背板容量或者总线带宽能力，这个性能对于保证整个网络之间的连接速度是非常重要的。如果所连接的两个网络速率都较快，而由于路由器的带宽限制，这将直接影响了整个网络之间的通信速度。所以一般来说如果是连接两个较大的网络，网络流量较大时应格外注意一下路由器的背板容量，但是如果在小型企业网之间一般来说这个参数也是不用特别在意的，因为一般来说路由器在这方面都能满足小型企业网之间的通信带宽要求。
6、吞吐量
路由器的吞吐量是指路由器对数据包的转发能力，如较高档的路由器可以对较大的数据包进行正确快速转发；而较低档的路由器则只能转发小的数据包，对于较大的数据包需要拆分成许多小的数据包来分开转发，这种路由器的数据包转发能力就差了，其实这与上面所讲的背板容量是有非常紧密的关系的。
7、转发时延
指需转发的数据包最后一比特进入路由器端口到该数据包第一比特出现在端口链路上的时间间隔，这与上面的背板容量、吞吐量参数也是紧密相关的。
8、路由表容量
路由表容量是指路由器运行中可以容纳的路由数量。一般来说越是高档的路由器路由表容量越大，因为它可能要面对非常庞大的网络。这一参数是受路由器自身所带的缓存大小有关，一般的路由器也不需太注重这一参数，因为一般来说都能满足网络需求。
9、可靠性
可靠性是指路由器的可用性、无故障工作时间和故障恢复时间等指标，当然这一指标只能凭开发商自己吹了，新买的路由器暂时无法验证。不过这可以从选购信誉较好、技术先进的品牌作保障。
下一篇将介绍路由器的主要技术。
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