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路由器体系结构详解:如何构建高效网络核心

路由器作为计算机网络中的核心设备,其内部结构工作原理对于理解网络通信至关重要。它就像一个智能的指挥中心,负责将数据包从发送者传送到接收者。那么,路由器的内部构造是怎样的呢?
首先,从体系结构来看,路由器可以分为多代结构。早期的第一代路由器采用单总线单CPU结构,第二代则是单总线主从CPU结构,第三代则是单总线对称式多CPU结构。随着技术的进步,第四代多总线多CPU结构、第五代共享内存式结构、第六代交叉开关体系结构以及基于机群系统的路由器等多类结构相继出现。
路由器主要由四个要素构成:输入端口、输出端口、交换开关和路由处理器。输入端口是数据包进入路由器的入口,它通常由线卡提供,每个端口可以进行数据链路层的封装和解封装。此外,端口还具有查找目标地址、进行服务质量控制、运行数据链路级和网络级协议等功能。当查找完成后,数据包需要通过交换开关被送至输出端口。
交换开关是路由器内部的数据传输枢纽,它可以使用多种技术实现,如总线、交叉开关和共享存储器等。总线开关简单易行,但交换容量受限于总线容量;交叉开关提供多条数据通路,但交换速度受限于调度器;共享存储器路由器通过存储指针提高交换容量,但速度受限于存储器存取速度。
输出端口在数据包发送到输出链路之前对数据包进行存储,支持复杂调度算法,确保数据包优先级等要求得到满足。与输入端口类似,输出端口也要支持数据链路层的封装和解封装,以及各种高级协议。
最后,路由处理器负责计算转发表、实现路由协议,并运行配置和管理软件。当数据包的目标地址不在线卡转发表中时,路由处理器会进行处理。
总之,路由器内部结构复杂而精密,各个组件协同工作,确保了网络通信的顺畅进行。了解路由器的工作原理,有助于我们更好地优化网络配置,提高网络性能

路由器的内部对我来说就象一个黑匣子,完全不知道它是怎么构成的,可不可以简单给我说一说呢? 

路由器体系结构详解:如何构建高效网络核心


答:从体系结构上看,路由器可以分为第一代单总线单CPU结构路由器、第二代单总线主从CPU结构路由器、第三代单总线对称式多CPU结构路由器;第四代多总线多CPU结构路由器、第五代共享内存式结构路由器、第六代交叉开关体系结构路由器和基于机群系统的路由器等多类。 

  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。  

  输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供,一块线卡一般支持4、8或16个端口,一个输入端口具有许多功能。第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口(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。第三,为了提供QoS(服务质量),端口要对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SLIP(串行线网际协议)和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协议或者诸如PPTP(点对点隧道协议)这样的网络级协议。一旦路由查找完成,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加队列的,则有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是参加对公共资源(如交换开关)的仲裁协议。 


  交换开关可以使用多种不同的技术来实现。迄今为止使用最多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。最简单的开关使用一条总线来连接所有输入和输出端口,总线开关的缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。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。如果一个交叉是闭合,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。在共享存贮器路由器中,进来的包被存贮在共享存贮器中,所交换的仅是包的指针,这提高了交换容量,但是,开关的速度受限于存贮器的存取速度。尽管存贮器容量每18个月能够翻一番,但存贮器的存取时间每年仅降低5%,这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。  

  输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮,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的封装和解封装,以及许多较高级协议。 


  路由处理器计算转发表实现路由协议,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包。

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