网络工程设计与实践(第三版)夏靖波章 (3)

第3章 路由器设置与互连
3.1.1 路由器的定义 路由是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目
标地点的活动。一般在路由过程中，信息会经过一个或多个中 间节点。普通用户通常容易将路由和交换概念混淆。其实，两 者之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层(数据 链路层)，而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了 路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所 以二者实现各自功能的方式是不同的。
第3章 路由器设置与互连
3.1.3 路由器的分类 从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU
型路由器、第二代单总线主从CPU型路由器、第三代单总线对 称式多CPU型路由器、第四代多总线多CPU型路由器、第五代共 享内存式路由器、第六代交叉开关体系路由器和基于机群系统 的路由器等多类。
从网络级别上看，路由器可以分为接入路由器、企业级 路由器、骨干网路由器和太比特路由器四种。接入路由器使得 家庭和小型企业可以连接到某个互联网服务提供商。
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(3) 输出端口在数据包被发送到输出链路之前存储数据包， 可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入端口一 样，输出端口同样要能支持数据链路层包的封装和解封装，以 及许多较高级协议。
(4) 路由处理器通过操作转发表以实现路由协议， 并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那些 目的地址不在线卡转发表中的数据包。
第3章 路由器设置与互连
第3章 路由器设置与互连
3.1 基本原理 3.2 路 由 器 构 成 3.3 WAN协议和技术 3.4 路由器的安装 3.5 路由器的设置
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3.1 基 本 原 理 构建各种规模计算机网络的主要设备是路由器(Router) 和交换机(Switch)。传统意义上的路由器是指利用IP地址信息 进行报文转发的互联设备。本书中如无特殊说明，路由器均指 IP路由器。
由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，输入端口具 有许多功能。第一个功能是进行数据链路层包的封装和解封装。 第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址并决定目的端口 (称为路由查找)，路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者 通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。
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第三，为了提供QoS(Quality of Service，服务质源自文库)， 端口要将收到的包分成几个预定义的服务级别。第四，端口可 能需要运行诸如HDLC和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协 议或者诸如PPTP(Point-to-Point Tunnel Protocol，点对点 隧道协议)这样的网络级协议。路由查找完成后，必须用交换 开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端队列型的，则 几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功 能则是公共资源(如交换开关)的仲裁协议。
第3章 路由器设置与互连
企业级路由器连接一个校园或企业内成千上万的计算机，不但 要求端口数目多、价格低廉，而且要求配置简单方便，并提供 QoS。骨干网路由器终端系统通常是不能直接访问的，它们连 接长距离骨干网上的ISP和企业网络，要求路由器能对少数链 路进行高速路由转发。在未来核心互联网使用的三种主要技术 中，光纤和DWDM技术已经发展得很成熟，如果没有与现有的光 纤技术和DWDM技术提供的原始带宽对应的路由器，新的网络基 础设施性能将无法从根本上得到改善，因此开发高性能的骨干 交换/路由器(太比特路由器)已经成为一项迫切的要求。太比 特路由器技术现在还主要处于开发实验阶段。
路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据帧寻找最 佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见， 选择最佳路径的策略，即路由算法，是路由器工作的关键所在。
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为完成这项工作，在路由器的路由表(Routing Table)中保存 着子网的标志信息、网上路由器的个数、下一个路由器的名字 等各种传输路径的相关数据。路由表可以是由系统管理员固定 设置好的，也可以由系统动态修改；可以由路由器自动调整， 也可以由主机控制。
(1) 静态路径表。由系统管理员事先设置好的固定路径 表称为静态(static)路径表，一般在系统安装时根据网络的配 置情况预先设定，不会随未来网络结构的改变而改变。
(2) 动态路径表。动态(Dynamic)路径表是路由器根据 网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选 择协议(Routing Protocol)提供的功能，自动学习和记忆网络 运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。
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3.1.4 路由器的功能 路由器的一个功能是连通不同的网络，另一个功能是选
择信息传送的线路。选择通畅快捷的路径，能大大提高通信速 度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系 统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益。
一般地，异种网络的互联与多个子网的互联由路由器完 成。
路由器是一种典型的网络层设备，它在两个局域网之间 按帧传输数据，转发帧时改变帧中的地址。路由器原理示意图 如图3.1所示。
第3章 路由器设置与互连 图3.1 路由器原理示意图
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3.1.2 路由器的构成 路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关
和路由处理器。 (1) 输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常
第3章 路由器设置与互连
第3章 路由器设置与互连
(2) 交换开关可以使用多种不同的技术来实现，使用最多 的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存储器。总线开关使 用一条总线连接所有的输入和输出端口，是最简单的开关，缺 点是其交换容量受限于总线的容量以及共享总线仲裁会带来额 外开销。交叉开关通过开关提供多条数据通路，具有N×N个交 叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉点闭 合，则输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。交 叉点的闭合与打开由调度器来控制，因此，调度器限制了交换 开关的速度。