詳解路由器的工作原理
很多人都知道路由器是現(xiàn)在很重要的上網(wǎng)連接設備，但可能都不太了解路由器的工作原理，下面是學習啦小編整理的一些關于路由器的相關資料，供你參考。
詳解路由器的工作原理
我們知道路由器是用來連接不同網(wǎng)段或網(wǎng)絡的，在一個局域網(wǎng)中，如果不需與外界網(wǎng)絡進行通信的話，內(nèi)部網(wǎng)絡的各工作站都能識別其它各節(jié)點，完全可以通過交換機就可以實現(xiàn)目的發(fā)送，根本用不上路由器來記憶局域網(wǎng)的各節(jié)點MAC地址。路由器識別不同網(wǎng)絡的方法是通過識別不同網(wǎng)絡的網(wǎng)絡ID號進行的，所以為了保證路由成功，每個網(wǎng)絡都必須有一個唯一的網(wǎng)絡編號。路由器要識別另一個網(wǎng)絡，首先要識別的就是對方網(wǎng)絡的路由器IP地址的網(wǎng)絡ID，看是不是與目的節(jié)點地址中的網(wǎng)絡ID號相一致。如果是當然就向這個網(wǎng)絡的路由器發(fā)送了，接收網(wǎng)絡的路由器在接收到源網(wǎng)絡發(fā)來的報文后，根據(jù)報文中所包括的目的節(jié)點IP地址中的主機ID號來識別是發(fā)給哪一個節(jié)點的，然后再直接發(fā)送。
為了更清楚地說明路由器的工作原理，現(xiàn)在我們假設有這樣一個簡單的網(wǎng)絡。假設其中一個網(wǎng)段網(wǎng)絡ID號為"A"，在同一網(wǎng)段中有4臺終端設備連接在一起，這個網(wǎng)段的每個設備的IP地址分別假設為：A1、A2、A3和A4。連接在這個網(wǎng)段上的一臺路由器是用來連接其它網(wǎng)段的，路由器連接于A網(wǎng)段的那個端口IP地址為A5。同樣路由器連接另一網(wǎng)段為B網(wǎng)段，這個網(wǎng)段的網(wǎng)絡ID號為"B"，那連接在B網(wǎng)段的另幾臺工作站設備設的IP地址我們設為：B1、B2、B3、B4，同樣連接與B網(wǎng)段的路由器端口的IP地址我們設為B5。
在這樣一個簡單的網(wǎng)絡中同時存在著兩個不同的網(wǎng)段，現(xiàn)如果A網(wǎng)段中的A1用戶想發(fā)送一個數(shù)據(jù)給B網(wǎng)段的B2用戶，有了路由器就非常簡單了。
首先A1用戶把所發(fā)送的數(shù)據(jù)及發(fā)送報文準備好，以數(shù)據(jù)幀的形式通過集線器或交換機廣播發(fā)給同一網(wǎng)段的所有節(jié)點(集線器都是采取廣播方式，而交換機因為不能識別這個地址，也采取廣播方式)，路由器在偵聽到A1發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后，分析目的節(jié)點的IP地址信息(路由器在得到數(shù)據(jù)包后總是要先進行分析)。得知不是本網(wǎng)段的，就把數(shù)據(jù)幀接收下來，進一步根據(jù)其路由表分析得知接收節(jié)點的網(wǎng)絡ID號與B5端口的網(wǎng)絡ID號相同，這時路由器的A5端口就直接把數(shù)據(jù)幀發(fā)給路由器B5端口。B5端口再根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的節(jié)點IP地址信息中的主機ID號來確定最終目的節(jié)點為B2，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)到節(jié)點B2。這樣一個完整的數(shù)據(jù)幀的路由轉發(fā)過程就完成了，數(shù)據(jù)也正確、順利地到達目的節(jié)點。
當然實際上像以上這樣的網(wǎng)絡算是非常簡單的，路由器的功能還不能從根本上體現(xiàn)出來，一般一個網(wǎng)絡都會同時連接其它多個網(wǎng)段或網(wǎng)絡，就像圖2所示的一樣，A、B、C、D四個網(wǎng)絡通過路由器連接在一起。
現(xiàn)在我們來看一下在如圖2所示網(wǎng)絡環(huán)境下路由器又是如何發(fā)揮其路由、數(shù)據(jù)轉發(fā)作用的。我們同樣需要假設，各網(wǎng)絡用戶的IP地址分配就不多講了，圖2已有標注?，F(xiàn)假設網(wǎng)絡A中一個用戶A1要向C網(wǎng)絡中的C3用戶發(fā)送一個請求信號時，信號傳遞的步驟如下：
第1步：用戶A1將目的用戶C3的地址C3，連同數(shù)據(jù)信息以數(shù)據(jù)幀的形式通過集線器或交換機以廣播的形式發(fā)送給同一網(wǎng)絡中的所有節(jié)點，當路由器A5端口偵聽到這個地址后，分析得知所發(fā)目的節(jié)點不是本網(wǎng)段的，需要路由轉發(fā)，就把數(shù)據(jù)幀接收下來。
第2步：路由器A5端口接收到用戶A1的數(shù)據(jù)幀后，先從報頭中取出目的用戶C3的IP地址，并根據(jù)路由表計算出發(fā)往用戶C3的最佳路徑。因為從分析得知到C3的網(wǎng)絡ID號與路由器的C5網(wǎng)絡ID號相同，所以由路由器的A5端口直接發(fā)向路由器的C5端口應是信號傳遞的最佳途經(jīng)。
第3步：路由器的C5端口再次取出目的用戶C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主機ID號，如果在網(wǎng)絡中有交換機則可先發(fā)給交換機，由交換機根據(jù)MAC地址表找出具體的網(wǎng)絡節(jié)點位置;如果沒有交換機設備則根據(jù)其IP地址中的主機ID直接把數(shù)據(jù)幀發(fā)送給用戶C3，這樣一個完整的數(shù)據(jù)通信轉發(fā)過程也完成了。
從上面可以看出，不管網(wǎng)絡有多么復雜，路由器其實所作的工作就是這么幾步，所以整個路由器的工作原理都差不多。當然在實際的網(wǎng)絡中還遠比上圖2所示的要復雜許多，實際的步驟也不會像上述那么簡單，但總的過程是這樣的。
路由器使用分類
互聯(lián)網(wǎng)各種級別的網(wǎng)絡中隨處都可見到路由器。接入網(wǎng)絡使得家庭和小型企業(yè)可以連接到某個互聯(lián)網(wǎng)服務提供商;企業(yè)網(wǎng)中的路由器連接一個校園或企業(yè)內(nèi)成千上萬的計算機;骨干網(wǎng)上的路由器終端系統(tǒng)通常是不能直接訪問的，它們連接長距離骨干網(wǎng)上的ISP和企業(yè)網(wǎng)絡?；ヂ?lián)網(wǎng)的快速發(fā)展無論是對骨干網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)還是接入網(wǎng)都帶來了不同的挑戰(zhàn)。骨干網(wǎng)要求路由器能對少數(shù)鏈路進行高速路由轉發(fā)。企業(yè)級路由器不但要求端口數(shù)目多、價格低廉，而且要求配置起來簡單方便，并提供QoS，像飛魚星的企業(yè)級路由器就提供SmartQoSIII。
接入
接入路由器連接家庭或ISP內(nèi)的小型企業(yè)客戶。接入路由器已經(jīng)開始不只是提供SLIP或PPP連接。諸如ADSL等技術將很快提高各家庭的可用帶寬，這將進一步增加接入路由器的負擔。由于這些趨勢，接入路由器將來會支持許多異構和高速端口，并在各個端口能夠運行多種協(xié)議，同時還要避開電話交換網(wǎng)。
企業(yè)級
企業(yè)或校園級路由器連接許多終端系統(tǒng)，其主要目標是以盡量便宜的方法實現(xiàn)盡可能多的端點互連，并且進一步要求支持不同的服務質量。許多現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡都是由Hub或網(wǎng)橋連接起來的以太網(wǎng)段。盡管這些設備價格便宜、易于安裝、無需配置，但是它們不支持服務等級。相反，有路由器參與的網(wǎng)絡能夠將機器分成多個碰撞域，并因此能夠控制一個網(wǎng)絡的大小。此外，路由器還支持一定的服務等級，至少允許分成多個優(yōu)先級別。但是路由器的每端口造價要貴些，并且在能夠使用之前要進行大量的配置工作。因此，企業(yè)路由器的成敗就在于是否提供大量端口且每端口的造價很低，是否容易配置，是否支持QoS。另外‘還要求企業(yè)級路由器有效地支持廣播和組播。企業(yè)網(wǎng)絡還要處理歷史遺留的各種LAN技術，支持多種協(xié)議，包括IP、IPX和Vine。它們還要支持防火墻、包過濾以及大量的管理和安全策略以及VLAN。
骨干級
骨干級路由器實現(xiàn)企業(yè)級網(wǎng)絡的互聯(lián)。對它的要求是速度和可靠性，而代價則處于次要地位。
硬件可靠性可以采用電話交換網(wǎng)中使用的技術，如熱備份、雙電源、雙數(shù)據(jù)通路等來獲得。這些技術對所有骨干路由器而言差不多是標準的。骨干IP路由器的主要性能瓶頸是在轉發(fā)表中查找某個路由所耗的時間。當收到一個包時，輸入端口在轉發(fā)表中查找該包的目的地址以確定其目的端口，當包越短或者當包要發(fā)往許多目的端口時，勢必增加路由查找的代價。因此，將一些常訪問的目的端口放到緩存中能夠提高路由查找的效率。不管是輸入緩沖還是輸出緩沖路由器，都存在路由查找的瓶頸問題。除了性能瓶頸問題，路由器的穩(wěn)定性也是一個常被忽視的問題。
太比特
在未來核心互聯(lián)網(wǎng)使用的三種主要技術中，光纖和DWDM都已經(jīng)是很成熟的并且是現(xiàn)成的。如果沒有與現(xiàn)有的光纖技術和DWDM技術提供的原始帶寬對應的路由器，新的網(wǎng)絡基礎設施將無法從根本上得到性能的改善，因此開發(fā)高性能的骨干交換/路由器(太比特路由器)已經(jīng)成為一項迫切的要求。太比特路由器技術還主要處于開發(fā)實驗階段。
多WAN
雙WAN路由器具有物理上的2個WAN口作為外網(wǎng)接入，這樣內(nèi)網(wǎng)電腦就可以經(jīng)過雙WAN路由器的負載均衡功能同時使用2條外網(wǎng)接入線路，大幅提高了網(wǎng)絡帶寬。當前雙WAN路由器主要有“帶寬匯聚”和“一網(wǎng)雙線”的應用優(yōu)勢，這是傳統(tǒng)單WAN路由器做不到的。
3G無線
3G無線路由器采用32位高性能工業(yè)級ARM9通信處理器，以嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS為軟件支撐平臺，系統(tǒng)集成了全系列從邏輯鏈路層到應用層通信協(xié)議，支持靜態(tài)及動態(tài)路由、PPP server及PPP client、(包括、PPTP和IPSEC)、DHCP server及DHCP client、DDNS、防火墻、NAT、DMZ主機等功能。為用戶提供安全、高速、穩(wěn)定可靠，各種協(xié)議路由轉發(fā)的無線路由網(wǎng)絡。
隨著3G無線網(wǎng)絡的發(fā)展，人們越來越享受無線網(wǎng)絡給人們帶來的價值，市場上有多種類的3G無線路由器，其中有小黑A8 系列，小黑華為e5等。3G無線路由器在改變?nèi)藗兊纳睢?/p>
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