《网络基础学习之十六》路由器基础(二)

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　　（2）数据转发所依据的对象不同

　　交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络，有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。

　　（3）传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域。由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。

　　虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。

　　（4）路由器提供了防火墙的服务，它仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。

　　四、路由器的发展过程及趋势

　　虽然路由器本质上还是一台特殊的专门执行协议处理的计算机，但从功能上看，路由器与计算机还是有较大的区别。这种区别虽然大多在低档路由器或在路由器的初期发展阶段表现得并不突出，但到了网络系统的规模、速度、种类、应用都已发生巨大变化的今天，这些网络系统本身的变化当然要导致作为网络核心的路由器的体系结构发生巨大变化。
　
　　目前，路由器主要有三种发展趋势：一是越来越多的功能以硬件方式来实现，具体表现为ASIC芯片使用得越来越广泛；二是放弃使用共享总线，而使用交换背板，即开始普遍采用交换式路由技术；三是并行处理技术在路由器中运行，极大地提高了路由器的路由处理能力和速度。 下面是路由器的总体发展过程：

　　·第一代单总线单CPU结构路由器

　　最初的路由器采用了传统计算机体系结构，包括共享中央总线、中央CPU、内存及 挂在共享总线上的多个网络物理接口。如Cisco2501路由器就是第一代路由器的典型代表，其中CPU是Motorola的68302处理器，具有一个AUI以太网接口和两个广域网接口。
　
　　中央CPU完成除所有物理接口之外的其他所有功能，数据包从一个物理接口接收进 来，经总线送到中央CPU中做到转发决定处理，然后又经总线送到另一个物理接口发送 出去。这种单总线单CPU的主要局限是处理速度慢，一个CPU完成所有的任务，从而限制了系统的吞吐量。另外，系统容错性也不好，CPU若出现故障容易导致系统完全瘫痪 。但该结构的优点是系统价格低。目前的边缘路由器基本上都是这种结构。　

　　·第二代单总线主从CPU结构路由器

　　采用主从两个CPU代替了原来仅一个CPU结构，因而较大地降低了CPU的负荷，提高 了处理速度。第二代路由器的两个CPU为非对称主从式关系结构，其中一个CPU负责通 信链路层的协议处理，另一个CPU则作为主CPU负责网络层以上的处理，主要包括转发决　定、路由算法和配置控制等计算工作。
　
　　总体上来说，第二代体系结构实际上是第一代体系结构的简单延伸，对系统的容错性能没 有多大提高，速度的提高也非常有限。像这种单总线主从CPU结构的典型设备有3Com公 司的NetBuilder2路由器等。　

　　·第三代单总线对称式多CPU结构路由器

　　第三代路由器可以说改善了在第二代体系结构中主要限制，因为它开始采用了简单 的并行处理技术，即做到在每个接口处都有一个独立CPU，专门单独负责接收和发送本 接口数据包，管理接收发送队列、查询路由表做到出转发决定等。而主控CPU仅完成路　由器配置控制管理等非实时功能。
　
　　这种体系结构的优点是本地转发／过滤数据包的决定由每个接口处理的专用CPU来完 成，对数据包的处理被分散到每块接口卡上。第三代路由器的主要代表有北电的Bay BCN系列，其中大部分接口CPU采用的是性能并不算高的Motorola 60MHz的MC68060或 33MHz的MC68040。　

　　·第四代多总线多CPU结构路由器

　　第四代路由器至少包括三类以上总线和三类以上CPU。显然，这种路由器的结构非常 复杂，性能和功能也非常强大。这完全可以从该类路由器的典型之作Cisco7000系列中看 出。在Cisco7000中共有3类CPU和3条总线，分别是接口CPU、交换CPU、路由CPU、CxBUS 、dBUS、SxBUS。　

　　·第五代共享内存式结构路由器

　　在共享存储器结构路由器中，使用了大量的高速RAM来存储输入数据，并可实现向输　出端的转发。在这种体系结构中，由于数据首先从输入端口存入共享存储器，再从共享 存储器结构路由器的交换带宽主要由存储器的带宽决定。为了提高带宽，必须增大存储　器的带宽，并采用较多存储模块。
　
　　显然，当规模较小时，这类结构还比较容易实现，但当系统升级扩展时，设备所需　要的连线将会大量增加，控制也会变得越来越复杂。这种结构不适应向更高水平发展。　

　　·第六代交叉开关体系结构路由器

　　与共享内存式结构路由器相比，基于交叉开关设计则有更好的可扩展性能，并且省　去了控制大量存储模块的复杂性和高成本。在交叉开关体系结构路由器中，数据直接从　输入端经过交叉开关流向输出端。它采用交叉开关结构替代共享总线，这样就允许多个　数据包同时通过不同的线路进行传送，从而极大地提高了系统的吞吐量，使得系统性能 得到了显著提高。系统的最终交换带宽仅取决于中央交叉阵列和各模块的能力，而不是　取决于互连线自身。就目前来看，这种方案是高速核心路由器的最佳方案。　
　　新一代路由器普遍采用交换方法来充分利用公共通信链路设备，不但有效地提高 了整个链路的利用率，其交换还为各结点间通信的并行传输提供了可能性，这类路由　器也就是具有交换功能的路由器。一个性能和功能优秀的路由器，不但要有科学的路由计算法则，有足够的传输带宽和高速率，还要有较强的信息流量控制能力。

　　下一篇将介绍路由器的其它几个方面，如路由器的工作原理和分类等，敬请关注！