路由器协议结构(路由器kvr协议)

路由器主要由四部分组成，分别是电源接口，是用来连接电源的。然后是复位键，这个按键可以还原路由器的出厂设置。其次是交换机与路由器连接口，此接口用一条网线与家用宽带调制解调器（或者与交换机）进行连接。最后是电脑与路由器连接口，这个接口用一条网线把电脑与路由器进行连接。扩展资料：作用及功能从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络数据链路层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。因此，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。但是，对于那些结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。总体上说，在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多。信息传输有的路由器仅支持单一协议，但大部分路由器可以支持多种协议的传输，即多协议路由器。由于每一种协议都有自己的规则，要在一个路由器中完成多种协议的算法，势必会降低路由器的性能。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，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的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－－路径表（Routing Table），供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的。静态路由表：由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（static）路径表。动态路由表：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。路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器属于O S I 模型的第三层--网络层。指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输。第一，网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；第二，数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；第三，网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。参考资料来源：百度百科-路由器
路由器的组成大致可以分成两部分：内部构件和外部构件内部构件：1、RAM（随机存储器）功能：存放路由表；存放ARP告诉缓存；存放快速交换缓存；存放分组交换缓冲；存放解压后的IOS；路由器加电后，存放running配置文件；2、NVRAM（非易失性RAM）功能：存储路由器的startup配置文件；存储路由器的备份。3、FLASH（快速闪存）功能：存放IOS和微代码。4、ROM(只读存储器)功能：存放POST诊断所需的指令；存放mini-ios；存放ROM监控模式的代码。5、CPU（中央处理器）衡量路由器性能的重要指标，负责路由计算，路由选择等。6、背板：背板能力是一个重要参数，尤其在交换机中。外部构件就是各种接线的接口。扩展资料：路由器作用及功能第一，网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；第二，数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；第三，网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络数据链路层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分，有的路由器仅支持单一协议，但大部分路由器可以支持多种协议的传输。参考资料来源：百度百科-路由器
路由器的组成大致可以分成两部分：内部构件和外部构件 内部构件：1、RAM（随机存储器）功能：存放路由表；存放ARP告诉缓存；存放快速交换缓存；存放分组交换缓冲；存放解压后的IOS；路由器加电后，存放running配置文件；特点：重启或者断电后，RAM中的内容丢失。2、NVRAM（非易失性RAM）功能：存储路由器的startup配置文件；存储路由器的备份。特点：重启或者断电后内容不丢失。3、FLASH（快速闪存）功能：存放IOS和微代码。特点：重启或者断电后内容不丢失；可存放多个IOS版本（在容量许可的前提下）；允许软件升级不需替换CPU中的芯片。4、ROM(只读存储器)功能：存放POST诊断所需的指令；存放mini-ios；存放ROM监控模式的代码。特点：ROM中的软件升级需要更换CPU的芯片（还好这种情况比较少遇到）5、CPU（中央处理器）衡量路由器性能的重要指标，负责路由计算，路由选择等。6、背板：背板能力是一个重要参数，尤其在交换机中。外部构件：各种接口：主要有以太口（10M），快速以太口（100M），只适应以太口（10M/100M）,光纤口（1000M），console口），辅助口（AUX口） 还有就是开关和电源接口。
硬件模块： 电源：供电 SDRAM：路由器的内存 程序的运行空间 FLASH：相当于硬盘 储存固件的地方 CPU：处理器 交换机：LAN口 WAN口 wifi模块 串口软件部分

路由器交换结构的交换方式有电报交换、分组交换、报文交换。1、电报交换（面向连接）：从通信资源的分配角度来看，交换是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。要经过“建立连接（占用通信资源）-->通话（一直占用资源）-->释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换特点：整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像是一个管道中传送。优点：实时性好。缺点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。资源利用率低。2、分组交换：分组交换则采用存储转发技术。 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。每一个数据段前面添加上首部构成分组(packet)。分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。分组首部：每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。每个分组在互联网中独立地选择传输路径。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。接收端收到分组后剥去首部还原成报文。最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。特点：（1）高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。（2）灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。（3）迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。（4）可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。缺点：（1）分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延.（2）分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。3、报文交换：利用存储转发原理，整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来之后查找转发表，转发到下一个结点。若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。扩展资料：路由器体系构成：路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关、路由处理器和其他端口。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，为了提高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。其他端口一般指控制端口，由于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。所有路由器都安装了控制台端口，使用户或管理员能够利用终端与路由器进行通信，完成路由器配置。该端口提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口，用于在本地对路由器进行配置（首次配置必须通过控制台端口进行）。参考资料来源：百度百科-电报交换参考资料来源：百度百科-分组交换参考资料来源：百度百科-报文交换参考资料来源：百度百科-路由器
高性能路由器交换结构的设计需要考虑的因素包括：吞吐量，报文丢失率，报文延时，缓冲空间和实现的复杂性等。1.交换结构的实现从实现手段来看，交换芯片一般有两种实现方式：Crossbar方式和共享内存方式。Crossbar方式相当于一个开关阵列，入口数据通过自寻路方式到达出口，当然还需要周边的控制部件对寻路方式进行设置。而共享内存芯片则像一个功能单一的CPU，有控制部件和寄存器部件，控制部件可以灵活地实现各种控制算法来操作寄存器。相对来说，共享内存方式实现起来更为复杂。交换芯片对于外部接口的处理方式也有两种：不包括接口功能，或者将接口功能集成在交换芯片内。2.构造大型路由器交换结构共享存储和共享介质的方法受访存时间的影响，吞吐量受限。空分结构对吞吐量没有特殊的制约，影响规模扩展的是一些物理因素，例如引脚的数目，电路的密度等。但是随之出现的互连复杂性，功耗以及可靠性，可维护性等问题复杂。为了提高Crossbar结构的吞吐量，需要解决HOL阻塞问题，从而进一步增加了实现的复杂性。一般认为，实现T比特及其以上的交换性能只靠扩大规模和增大尺寸是很难做到的。比较有效的方法是将一组交换模块互连，通过小型的交换模块互连实现更高性能的交换结构。3.容错和可靠性通过对关键部件的冗余备份来实现，在路由器中，报文路由和缓冲结构是关键部件。除了冗余，还要考虑故障的检测，隔离和恢复。4.多播的支持新闻，商业数据，音频，视频信息的分发和多方会议等新型应用或服务具有多播特性，要求路由器支持多播。在基于共享介质和分布式输出缓冲交换结构中，多播支持非常自然，可以通过广播发送和输出接口过滤的方法实现。但是需要附加的控制逻辑，有两种方法，一是对报文进行复制，这样需要更多存储空间；而是从同一个存储位置多次读取一个报文，这要求控制逻辑将报文在存储体内保存较长时间，直到送到所有多播接口。在Crossbar交换结构中实现多播并不复杂。但是会带来问题。在基于输入缓冲的Crossbar交换结构中，将到达的报文从一个接口广播到多个接口非常简单，但是会加剧输入缓冲区的HOL阻塞问题。缓解此问题要增加缓冲控制的复杂性。但是，如果采用报文复制方法，会降低交换结构的有效吞吐量。还有其他一些方法，提高多播转发性能，这是业界研究的一个热点问题。5.缓冲区管理和QoSIP电话，视频会议以及其他一些关键应用要求路由器交换结构提供优先级支持。这些应用对绝对时延和延迟变化（即抖动）非常敏感。这可以通过划分优先级来实现。例如，在输出缓冲交换结构中，每个输出端口一般有多个缓冲区，每个缓冲区与一个QoS级别的数据相对应。这些缓冲区可以是物理上彼此分离的缓冲区，也可能是一个物理缓冲区逻辑划分的结果。缓冲区管理包括输入端口的报文丢弃策略和输出端口的报文调度策略。IP路由器中的缓冲区管理涉及时间（报文调度）和空间（报文丢弃）两个方面。不同QoS级别的报文在时空二维的差异分别表现为转发时延和丢弃优先级。6.定长和变长报文报文通过背板进行交换时可以作为长度可变报文，或者分割为定长的信元，到输出端口再重新组装。由于变长会影响交换性能，所以高性能路由器一般都采用信元模式进行交换。原因：如果将时间均分成一个个时槽，在每个时槽结束的时候，所有的输出和输入会同时空闲，调度器将检查那些等待通过交换开关的报文。然后，选择一种配置，决定在下一个时槽哪些输入和哪些输出互连。这种做法很容易在连接间实现公平性，不会饿死输入或输出，维持Crossbar交换开关的高效利用。7.报文延时控制 输入阻塞和输出阻塞都会造成报文延时不可预测。有两种方法可以克服这个问题：优先级方法和提高加速比的方法。8.大容量交换芯片的实现对于CPU，Intel已经有了2GHz以上的微处理器。在交换芯片产品方面，Vitesse也推出了160G容量的芯片。杰尔系统面向城域和核心网络推出了OC-768C的交换芯片。2003年9月，Vitesse推出业界首个时隙交换的340G交换芯片VSC9195。9.波长交换和IP路由的综合

应用层：Telnet FTP TFTP SMTP POP SMTP 主机到主机层：TCP UDP英特网曾：ICMP ARP IP 网络接入层：以太网 令牌环
路由器理论上就是三层设备，用的自然都是三层协议。你要真想知道TCP/IP各层协议可参考下图（好吧，七层协议还包含ISO、VOIP、IBM等，只是用的相对较少）。

IS-IS PDU 头结构：8 16bitIntradomain routing protocol discriminator Length indicatorVersion/protocol ID extension ID lengthR R R PDU type VersionReserved Maximum area addressesIntradomain Routing Protocol Discriminator ― 分配给该协议的网络层协议标识符。Length Indicator ― 固定头长（octet）。Version/protocol ID Extension ― 值为1。ID Length ― 指 NSAP 地址以及该路由域中使用的 NET 的 ID 字段长。R ― 预留位。PDU Type ― PDU 类型。位6、位7和位8作为预留位。Version ― 值为1。Maximum Area Addresses ― 该中间系统区域所许可的区域地址号。IS-IS 中的 NSAP 格式：<- IDP -> <- DSP -><- HO-DSP ->AFI IDI Contents assigned by authority identified in IDI field<- Area Address -> <- ID -> <- SEL ->IDP ― 初始域部分（Initial Domain Part）。AFI ― 权限格式标识符（Authority and Format Identifier ，1字节）。提供 IDI 和 DSP 字段的结构和内容等信息。IDI ― 初始域标识符（Initial Domain Identifier，可变长）。DSP ― 域特定部分（Domain Specific Part）HO-DSP ― 高级-特定域部分（High Order Domain Specific Part）。区域地址（Area Address，可变长)。ID ― 系统 ID （1- 8 字节）。NSEL ― 选择器（1字节，其功能等同于网际协议中的端口号）。组织来源 IS-IS 定义在 ISO文档10589中，校订于 IETF 文档的 RFC 1629中。关于IS-IS的术语1.ES（End System）：终端系统，其实就是（具有路由选择功能）主机 （ 双网卡主机）　　2.IS（Intermediate System）：中间系统，其实就是路由器　　3.Area：一组路由器和主机，以及连接这些路由器和主机之间的链路构成ISIS网络的一个区域　　4.Domain：一组连续的area就构成了domain集成IS-IS的LSP操作　　　　　　1.集成IS-IS中路由器分为L1,L2和L1/L2:　　· L1路由器使用LSP建立本地区域的拓扑信息.　　· L2路由器使用LSP建立区域间的拓扑信息.　　· L1/L2路由器做为L1和L2路由的边界路由器.　　2.工作原理：49.0001.0000.0000.0001.00　　1.本区域：　　首先查看：49这一位，如果不一样，则属于L3的路由　　如果一样，查看area 号，如果区域一样，　　查看system id号，别且路由发送给对方。　　2.不通区域：　　49这一位，如果不一样，则属于L3的路由　　如果一样，查看area 号，如果不一样，L1的路由器通过缺省路由，把路由丢给L12的设备去处理。边界路由器去查看自己的路由表如何到达，其他区域，并且路由。到其他区域后，由其他区域的边界路由器，查看发过来的SYStem ID号，并且路由。

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），端口要对收到的数据包进行业务分类，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。普通路由器中该部分的功能完全由路由器的中央处理器来执行，制约了数据包的转发速率（每秒几千到几万个数据包）。高端路由器中普遍实现了分布式硬件处理，接口部分有强大的CPU处理器和大容量的高速缓存，使接口数据速率达到10Gbps，满足了高速骨干网络的传输要求。 路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其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。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，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，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，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。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，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。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。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等级要求。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。一般而言，路由器对一个数据包的交换要经过一系列的复杂处理，主要有以下几个方面：1）压缩和解压缩2）加密和解密3）用输入/输出访问列表进行报文过滤4）输入速率限制5）进行网络地址翻译（NAT）6）处理影响本报文的任何策略路由7）应用防火墙特性对包进行检查8）处理Web页缓冲的重定向9）物理广播处理，如帮助性地址（ip help address）10）利用启用的QoS机制对数据包排队11）TTL值的处理12）处理IP头部中的任选项 13）检查数据包的完整性
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），端口要对收到的数据包进行业务分类，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。普通路由器中该部分的功能完全由路由器的中央处理器来执行，制约了数据包的转发速率（每秒几千到几万个数据包）。高端路由器中普遍实现了分布式硬件处理，接口部分有强大的CPU处理器和大容量的高速缓存，使接口数据速率达到10Gbps，满足了高速骨干网络的传输要求。 路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其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。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，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，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，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。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，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。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。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等级要求。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。一般而言，路由器对一个数据包的交换要经过一系列的复杂处理，主要有以下几个方面：1）压缩和解压缩2）加密和解密3）用输入/输出访问列表进行报文过滤4）输入速率限制5）进行网络地址翻译（NAT）6）处理影响本报文的任何策略路由7）应用防火墙特性对包进行检查8）处理Web页缓冲的重定向9）物理广播处理，如帮助性地址（ip help address）10）利用启用的QoS机制对数据包排队11）TTL值的处理12）处理IP头部中的任选项13）检查数据包的完整性二、路由器的软件体系路由器是在软件控制下进行工作的，与普通操作系统相比，其软件系统是比较简洁、全部驻留在存储器当中且受限于原始平台的一种操作系统。在商用实时操作系统的内核基础上开发一个包含TCP/IP协议栈的接口平台，辅以各种功能模块，形成完整的软件系统。为最大限度地提高路由器快速交换报文的能力，该操作系统被设计为具有最小的操作性开销，同时允许CPU使用最大的带宽进行报文交换。其体系结构如图所示。图2路由器软件体系结构路由器的软件系统主要有五个组成部分：1、进程：由执行特定任务的独立线程和相关的数据组成，如系统配置维护的telnet守护进程、客户端进程，FTP进程、TFTP进程，SNMP进程，各种协议进程：IP、TCP、UDP、RIP、OSPF、BGP、ARP、ICMP、IGMP，其它有加解密进程、报文过滤进程、NAT进程等。2、内核：为系统的其它部分提供基本的系统服务，如存储器管理、进程调度、定时器和时钟管理。它为进程提供了硬件（CPU和存储器）资源的管理。3、报文缓冲：用来存放将要被交换的报文。4、设备驱动程序：控制网络接口硬件设备及其它外围设备（如Flash）。设备驱动程序接口位于进程、内核、硬件之间，同时与交换控制软件有接口。5、交换控制软件：根据转发方式控制报文的交换，在高端线速路由器中该部分功能由硬件实现。三、网络层的几个基本概念路由器工作在OSI参考模型第三层——网络层，是一种实现网络服务的设备，它以不同的速度为大量链路和子网提供接口。路由器是有源的且具有智能的网络节点，从而能够参与网络管理。1、被动路由协议与路由选择协议被动路由协议（routed protocols）：指任何在网络层地址中提供了足够信息的网络协议，该网络协议允许将数据包从一个主机转发到以寻址方案为基础的另一个主机。被动路由协议定义了数据包内各字段的格式和用途。数据包一般都从一个端系统传动到另一个端系统。IP协议就是一个被动路由协议。路由选择协议（routing protocol）：通过提供共享路由选择信息机制来支持被动路由协议。路由选择协议消息在路由器之间传送。路由选择协议允许路由器与其他路由器通信来修改和维护路由选择表。路由选择协议有：RIP、OSPF、IGRP等。如图4-3说明了被动路由协议和路由选择协议的关系。图3 被动路由协议用于引导信息，路由选择协议用在路由器之间维护路由表2、网络层协议的工作当一台主机上的应用需要向另一个网络上的目的主机发送数据包时，路由器的一个接口会收到一个数据链路帧。网络层进程通过检查数据包报头来确定目的网络，然后查询与网络出口的接口相联系的路由表，如图4。数据包重新封装在选定接口的数据链路帧中，排队等待分发到路径的下一站路由器（hop）。在数据包通过另一个路由器交换时都要发生这个过程，在与包含目的主机的网络相连接的路由器中，数据包再次封装成目的LAN数据链路帧的类型并被发送到目的主机。图4每个路由器都为其上层功能提供其各种服务3、静态路由、动态路由、缺省路由由系统管理员事先设置好固定的路由称之为静态（static）路由，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络拓扑结构的改变而改变。此时网络的可达性不依赖于网络自身的存在和状态，不管目的网络存在或不存在，静态路由都会保存在路由转发表中，IP业务量仍然向着目的地发送。静态路由允许互联网管理员指定在有限的划分中哪些是可以公开的。当一个网络只能通过一个路径到达时，对这个网络用静态路由就足够了，这种划分称为存根（stub）网络。对一个存根网络配置静态路由选择，避免了动态路由选择的开销。如图5显示了静态路由的用途图5 静态路由动态（Dynamic）路由是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由。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。此时网络可达性依赖于网络的存在和状态。如果一个目的地不存在，则路由会从路由转发表中消失，IP包业务量不会向该目的地发送。使用动态路由可以很好的适应拓扑结构的变化。它可以在网络的不同路径间改变流量方向。缺省路由是一个路由表入口，用来指明一些在下一跳没有明确地列于路由表中的帧。缺省路由可以说是管理员的静态配置的结果。如图6显示了缺省路由的用途图6缺省路由4、用度量表示距离当一个路由选择算法改变路由表时，它的首要目标时确定要包含在表中的最佳信息。每个选路算法以自己的方式解释最佳路径。算法为通过网络的每条路径生成了一个数字，称为度量值（metric）。其典型意义是该度量值越小，这条路径就越好。（如图7示）图7用于选择最佳路由路径的各种度量度量的计算可以基于路径的一个特征，或是将几个特征结合起来计算出更复杂的度量。如图所示，用于度量计算的几个路径特征。路由器中最常用的度量如下：1）跳数（hop count）：数据包到达目的必须通过的路由器数。跳数越少，该路由越好。路径长被用于描述到达目的的跳数；2）带宽（Bandwidth）：链路的数据能力。如：一个10Mb/s的T1链路优于64kb/s的专线；3）时延（delay）：把数据包从源送到目的地所需的时间；4）负荷（load）：网络资源如路由器和链路上的活动数量；5）可靠性（reliability）：指每条网络链路上的差错率；6）滴答数（Ticks）：用IBM PC的时钟滴答（大约55ms）计数的数据链路延迟； 7）开销（cost）：是一个变化的值，通常基于带宽、花费的钱数或其他由网络管理员指定的单位。
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），端口要对收到的数据包进行业务分类，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。普通路由器中该部分的功能完全由路由器的中央处理器来执行，制约了数据包的转发速率（每秒几千到几万个数据包）。高端路由器中普遍实现了分布式硬件处理，接口部分有强大的CPU处理器和大容量的高速缓存，使接口数据速率达到10Gbps，满足了高速骨干网络的传输要求。 路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其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。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，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，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，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。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，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。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。 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等级要求。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。
路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。路由器英文名Router，路由器是互联网络的枢纽、"交通警察"。目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已经成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。 处理器和其他计算机一样，运行着10S的路由器也包含了一个“中央处理器”(CPU)。不同系列和型号的路由器，CPU也不尽相同。路由器的处理器负责执行处理数据包所需的工作，比如维护路由和桥接所需的各种表格以及作出路由决定等等。路由器处理数据包的速度在很大程度上取决于处理器的类型。内存所有计算机都安装丁某些形式的内存。路由器主要采用了四种类型：只读内存(ROM)。闪存随机存取内存(RAM)。非易失性RAM(NVRAM)。在所有类型的内存中，RAM是会在路由器启动或供电间隙时丢失其内容的唯一一种内存，在下面的介绍中，我们将简单说明路由器的每种内存的主要用途。ROM保存着路由器的引导(启动)软件。这是路由器运行的第一个软件，负责让路由器进入正常工作状态。有些路由器将一套完整的IOS保存在ROM中，以便在另——个IOS不能使用时。作救急之用。ROM通常做在一个或多个芯片上，焊接在路由器的主机板上。闪存的主要用途是保存10S软件，维持路由器的正常工作。若路由器安装了闪存，它便是用来引导路由器的10S软件的默认位置。只要闪存容量足够，使可保存多个IOS映像，以提供多重启动选项。闪存要么做在主机板的SIMM上，要么做成一张PCMCIA卡。RAM的作用很广泛，在此不可能一一列出。但有两样东西值得一提，即IOS系统表与缓冲。IOS通过RAM满足其所有的常规存储需要，NVRAM的主要作用是保存IOS在路由器启动时读入的路由器配置数据。这种路由器配置称为“启动配置”。接口所有路由器都有“接口”(Interface)。在前面，我们已列出了路由器支持的部分接口类型。在采用I0S的路由器中，每个接口都有自己的名字和编号。一个接口的全名由它的类型标识以及至少一个数字构成。编号自零0开始。对那些接口已固定下来的路由器，或采用模块化接口，只有关闭主机才可变动的路由器，在接口的全名中，就只有一个数字，而且根据它们在路由器中物理顺序进行编号。例如，Ethernet0是第一个以太网接口的名称;而Serial2是第三个串口的名称。 若路由器支持“在线插入和删除”，或具有动态〔不关闭路由器)更改物理接口路由器配置的能力(卡的热插拔)，那么一个接口的全名至少应包含两个数字、中间用一个正斜杠分隔(/)。其中，第一个数字代表插槽编号，接口处理器卡将安装在这个插槽上;第二个数字代表接口处理器的端口编号。比如在一个7507路由器中，Ethernet5/0代表的便是位于5号槽上的第一个以太网接口——假定5号槽插接了一张以太网接口处理器卡。有的路由器还支持“万用接口处理器”(VIP)。VIP上的某个接口名由三个数字组成，中间也用一个正斜杠分隔(/)。接口编号的形式是“插槽/端口适配器/端口”。例如，Ethemet4/0/1是指4号槽上第一个端口适配器的第二个以太网接口。初次接触这些编号方式，也许会觉得有些迷惑。但不要担心，有办法可以让路由器告诉我们它的所有接口的全名。
路由器的组成大致可以分成两部分：内部构件和外部构件　　内部构件： 1、RAM（随机存储器）　　功能：存放路由表；存放ARP告诉缓存；存放快速交换缓存；存放分组交换缓冲；存放解压后的IOS；路由器加电后，存放running配置文件；　　特点：重启或者断电后，RAM中的内容丢失。2、NVRAM（非易失性RAM）　　功能：存储路由器的startup配置文件；存储路由器的备份。　　特点：重启或者断电后内容不丢失。3、FLASH（快速闪存）　　功能：存放IOS和微代码。　　特点：重启或者断电后内容不丢失；可存放多个IOS版本（在容量许可的前提下）；允许软件升级不需替换CPU中的芯片。4、ROM(只读存储器)　　功能：存放POST诊断所需的指令；存放mini-ios；存放ROM监控模式的代码。　　特点：ROM中的软件升级需要更换CPU的芯片（还好这种情况比较少遇到）5、CPU（中央处理器）　　衡量路由器性能的重要指标，负责路由计算，路由选择等。 6、背板：　　背板能力是一个重要参数，尤其在交换机中。　　　　外部构件：　　各种接口：主要有以太口（10M），快速以太口（100M），只适应以太口（10M/100M）,光纤口（1000M），console口），辅助口（AUX口）　　还有就是开关和电源接口。