二層交換機(jī)技術(shù)和路由器技術(shù)的特性介紹

路由器技術(shù)發(fā)展的五大時(shí)代 隨著我國(guó)路由行業(yè)的發(fā)展，路由器技術(shù)也在不斷的革新和升級(jí)，從第一代到第五代，路由技術(shù)正在一步步想智能化邁進(jìn)，在通信網(wǎng)絡(luò)中的作用更加的重要，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性和高性能的有機(jī)結(jié)合。 這里我們主要講解了路由器技術(shù)與二層交換機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用深化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模和速度方向都在急劇發(fā)展，局域網(wǎng)的速度已從最初的10Mbit/s 提高到100Mbit/s,目前千兆以太網(wǎng)技術(shù)已得到普遍應(yīng)用。

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面也從早期的共享介質(zhì)的局域網(wǎng)發(fā)展到目前的交換式局域網(wǎng)。交換式局域網(wǎng)技術(shù)使專(zhuān)用的帶寬為用戶(hù)所獨(dú)享，極大的提高了局域網(wǎng)傳輸?shù)男??？梢哉f(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的技術(shù)中，直接面向用戶(hù)的第一層接口和第二層交換技術(shù)方面已得到令人滿(mǎn)意的答案。但是，作為網(wǎng)絡(luò)核心、起到網(wǎng)間互連作用的路由器技術(shù)卻沒(méi)有質(zhì)的突破。在這種情況下，一種新的路由器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是第三層交換技術(shù)：說(shuō)它是路由器，因?yàn)樗刹僮髟诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的第三層，是一種路由理解設(shè)備并可起到路由決定的作用；說(shuō)它是交換器，是因?yàn)樗乃俣葮O快，幾乎達(dá)到第二層交換的速度。二層交換機(jī)、三層交換機(jī)和路由器這三種技術(shù)究竟誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣，它們各自適用在什么環(huán)境？為了解答這問(wèn)題，我們先從這三種技術(shù)的工作原理入手：

1.二層交換技術(shù)

二層交換技術(shù)是發(fā)展比較成熟，二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識(shí)別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對(duì)應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個(gè)地址表中。它能夠讀取數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息并根據(jù)MAC地址來(lái)進(jìn)行交換。交換機(jī)內(nèi)部有一個(gè)地址表，這個(gè)地址表標(biāo)明了MAC地址和交換機(jī)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它首先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的，它再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口，如果表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，則把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上，如果在表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。

二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。由于二層交換機(jī)一般具有很寬的交換總線帶寬，所以可以同時(shí)為很多端口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如果二層交換機(jī)有N個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是M,而它的交換機(jī)總線帶寬超過(guò)N×M,那么這交換機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)線速交換。二層交換機(jī)對(duì)廣播包是不做限制的，把廣播包復(fù)制到所有端口上。二層交換機(jī)一般都含有專(zhuān)門(mén)用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非?？臁?/p>

工作流程

（1） 當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的；

（2） 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口；

（3） 如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上；

（4） 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。 不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。

2.路由器技術(shù)

所謂路由就是指通過(guò)相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點(diǎn)移動(dòng)到目標(biāo)地點(diǎn)的活動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，在路由過(guò)程中，信息至少會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。通常，人們會(huì)把路由和交換機(jī)進(jìn)行對(duì)比，這主要是因?yàn)樵谄胀ㄓ脩?hù)看來(lái)兩者所實(shí)現(xiàn)的功能是完全一樣的。其實(shí)，路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。這一區(qū)別決定了路由和交換在移動(dòng)信息的過(guò)程中需要使用不同的控制信息，所以?xún)烧邔?shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。 路由器是在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層--網(wǎng)絡(luò)層操作的。路由器內(nèi)部有一個(gè)路由表，這表標(biāo)明了如果要去某個(gè)地方，下一步應(yīng)該往哪走。路由器從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它首先把鏈路層的包頭去掉（拆包），讀取目的IP地址，然后查找路由表，若能確定下一步往哪送，則再加上鏈路層的包頭（打包），把該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果不能確定下一步的地址，則向源地址返回一個(gè)信息，并把這個(gè)數(shù)據(jù)包丟掉。

路由器技術(shù)和二層交換看起來(lái)有點(diǎn)相似，其實(shí)路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層。這一區(qū)別決定了路由和交換在傳送數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要使用不同的控制信息，所以?xún)烧邔?shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。

路由技術(shù)其實(shí)是由兩項(xiàng)最基本的活動(dòng)組成，即決定最優(yōu)路徑和傳輸數(shù)據(jù)包。其中，數(shù)據(jù)包的傳輸相對(duì)較為簡(jiǎn)單和直接，而路由的確定則更加復(fù)雜一些。路由算法在路由表中寫(xiě)入各種不同的信息，路由器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包所要到達(dá)的目的地選擇最佳路徑把數(shù)據(jù)包發(fā)送到可以到達(dá)該目的地的下一臺(tái)路由器處。當(dāng)下一臺(tái)路由器接收到該數(shù)據(jù)包時(shí)，也會(huì)查看其目標(biāo)地址，并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給后面的路由器。依次類(lèi)推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)最終目的地。

路由器之間可以進(jìn)行相互通訊，而且可以通過(guò)傳送不同類(lèi)型的信息維護(hù)各自的路由表。路由更新信息主是這樣一種信息，一般是由部分或全部路由表組成。通過(guò)分析其它路由器發(fā)出的路由更新信息，路由器可以掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鏈路狀態(tài)廣播是另外一種在路由器技術(shù)之間傳遞的信息，它可以把信息發(fā)送方的鏈路狀態(tài)及進(jìn)的通知給其它路由器。

路由器技術(shù)發(fā)展的五大時(shí)代 隨著我國(guó)路由行業(yè)的發(fā)展，路由器技術(shù)也在不斷的革新和升級(jí)，從第一代到第五代，路由技術(shù)正在一步步想智能化邁進(jìn)，在通信網(wǎng)絡(luò)中的作用更加的重要，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性和高性能的有機(jī)結(jié)合。 這里我們主要講解了路由器技術(shù)與二層交換機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用深化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模和速度方向都在急劇發(fā)展，局域網(wǎng)的速度已從最初的10Mbit/s 提高到100Mbit/s,目前千兆以太網(wǎng)技術(shù)已得到普遍應(yīng)用。

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面也從早期的共享介質(zhì)的局域網(wǎng)發(fā)展到目前的交換式局域網(wǎng)。交換式局域網(wǎng)技術(shù)使專(zhuān)用的帶寬為用戶(hù)所獨(dú)享，極大的提高了局域網(wǎng)傳輸?shù)男??？梢哉f(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的技術(shù)中，直接面向用戶(hù)的第一層接口和第二層交換技術(shù)方面已得到令人滿(mǎn)意的答案。但是，作為網(wǎng)絡(luò)核心、起到網(wǎng)間互連作用的路由器技術(shù)卻沒(méi)有質(zhì)的突破。在這種情況下，一種新的路由器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是第三層交換技術(shù)：說(shuō)它是路由器，因?yàn)樗刹僮髟诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的第三層，是一種路由理解設(shè)備并可起到路由決定的作用；說(shuō)它是交換器，是因?yàn)樗乃俣葮O快，幾乎達(dá)到第二層交換的速度。二層交換機(jī)、三層交換機(jī)和路由器這三種技術(shù)究竟誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣，它們各自適用在什么環(huán)境？為了解答這問(wèn)題，我們先從這三種技術(shù)的工作原理入手：

所謂路由就是指通過(guò)相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點(diǎn)移動(dòng)到目標(biāo)地點(diǎn)的活動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，在路由過(guò)程中，信息至少會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。通常，人們會(huì)把路由和交換機(jī)進(jìn)行對(duì)比，這主要是因?yàn)樵谄胀ㄓ脩?hù)看來(lái)兩者所實(shí)現(xiàn)的功能是完全一樣的。其實(shí)，路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。這一區(qū)別決定了路由和交換在移動(dòng)信息的過(guò)程中需要使用不同的控制信息，所以?xún)烧邔?shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。 路由器是在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層--網(wǎng)絡(luò)層操作的。路由器內(nèi)部有一個(gè)路由表，這表標(biāo)明了如果要去某個(gè)地方，下一步應(yīng)該往哪走。路由器從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它首先把鏈路層的包頭去掉（拆包），讀取目的IP地址，然后查找路由表，若能確定下一步往哪送，則再加上鏈路層的包頭（打包），把該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果不能確定下一步的地址，則向源地址返回一個(gè)信息，并把這個(gè)數(shù)據(jù)包丟掉。

1、路由器軟件

路由器技術(shù)中最核心的技術(shù)是軟件技術(shù)。路由軟件是最復(fù)雜的軟件之一。有些路由軟件運(yùn)行在UNIX操作系統(tǒng)上，有些路由軟件運(yùn)行在嵌入式操作系統(tǒng)上，甚至有些軟件為提高效率，本身就是操作系統(tǒng)。全球最大的路由器生產(chǎn)廠家Cisco公司曾一度宣稱(chēng)是一個(gè)軟件公司，可見(jiàn)路由器軟件在路由器技術(shù)中所占的重要地位。

路由器軟件一般實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議功能、查表轉(zhuǎn)發(fā)功能和管理維護(hù)等其他功能。由于互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模龐大，運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上路由器中的路由表非常巨大，可能包含幾十萬(wàn)條路由。查表轉(zhuǎn)發(fā)工作可想而知非常繁重。在高端路由器中上述功能通常由ASIC芯片硬件實(shí)現(xiàn)。

路由軟件的高復(fù)雜性另一方面體現(xiàn)在高可靠性、高可用性以及魯棒性。實(shí)現(xiàn)路由軟件的功能并不復(fù)雜，在免費(fèi)共享軟件中我們甚至可以得到路由協(xié)議和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)現(xiàn)源碼。但是難點(diǎn)在于需要該軟件每年365天，每天24小時(shí)高效可靠地運(yùn)行。

在路由器研制過(guò)程中，可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)商用源碼等形式迅速實(shí)現(xiàn)路由器。但是通常認(rèn)為路由器軟件需要一年甚至兩年的時(shí)間來(lái)穩(wěn)定。

2、可編程ASIC

ASIC芯片是專(zhuān)用集成電路，是當(dāng)前路由器實(shí)現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的的核心技術(shù)?？删幊藺SIC將多項(xiàng)功能集中到一個(gè)芯片上，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高、電源消耗少等優(yōu)點(diǎn)，能使設(shè)備得到更高的性能和更低的成本。

通過(guò)ASIC芯片的使用，還可以增加設(shè)備端口密度。使用ASIC芯片的端口密度是使用通用芯片時(shí)端口密度的數(shù)倍。

可編程ASIC芯片的設(shè)計(jì)是當(dāng)前高性能路由器實(shí)現(xiàn)的硬件保證。

3、路由器接口

路由器接口用作將路由器連接到網(wǎng)絡(luò)，可以分為局域網(wǎng)接口及廣域網(wǎng)接口兩種。局域網(wǎng)接口主要包括以太網(wǎng)（10M、100M和1000M以太網(wǎng)）、令牌環(huán)、令牌總線、FDDI等網(wǎng)絡(luò)接口。廣域網(wǎng)主要包括E1/T1、E3/T3、DS3、通用串行口（可轉(zhuǎn)換成X.21 DTE/DCE、V.35 DTE/DCE、RS232 DTE/DCE、RS449 DTE/DCE、EIA530 DTE）ATM接口、POS接口等網(wǎng)絡(luò)接口。

當(dāng)前路由器接口技術(shù)較成熟，難點(diǎn)在于高密度接口板的設(shè)計(jì)與制作和高速接口（大于/等于2.5Gbps）的實(shí)現(xiàn)。

路由器技術(shù)和二層交換看起來(lái)有點(diǎn)相似，其實(shí)路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層。這一區(qū)別決定了路由和交換在傳送數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要使用不同的控制信息，所以?xún)烧邔?shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。

路由技術(shù)其實(shí)是由兩項(xiàng)最基本的活動(dòng)組成，即決定最優(yōu)路徑和傳輸數(shù)據(jù)包。其中，數(shù)據(jù)包的傳輸相對(duì)較為簡(jiǎn)單和直接，而路由的確定則更加復(fù)雜一些。路由算法在路由表中寫(xiě)入各種不同的信息，路由器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包所要到達(dá)的目的地選擇最佳路徑把數(shù)據(jù)包發(fā)送到可以到達(dá)該目的地的下一臺(tái)路由器處。當(dāng)下一臺(tái)路由器接收到該數(shù)據(jù)包時(shí)，也會(huì)查看其目標(biāo)地址，并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給后面的路由器。依次類(lèi)推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)最終目的地。

路由器之間可以進(jìn)行相互通訊，而且可以通過(guò)傳送不同類(lèi)型的信息維護(hù)各自的路由表。路由更新信息主是這樣一種信息，一般是由部分或全部路由表組成。通過(guò)分析其它路由器發(fā)出的路由更新信息，路由器可以掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鏈路狀態(tài)廣播是另外一種在路由器技術(shù)之間傳遞的信息，它可以把信息發(fā)送方的鏈路狀態(tài)及進(jìn)的通知給其它路由器。