?? 路由器原理及路由協(xié)議.htm
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<P class=bodytitle>路由器原理及路由協(xié)議
<P class=centertitle01 align=center>來(lái)源：中國(guó)電信網(wǎng)站
<P
class=bodytext>本文通過(guò)闡述TCP／IP網(wǎng)絡(luò)中路由器的基本工作原理，介紹了IP路由器的幾大功能，給出了靜態(tài)路由協(xié)議和動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，以及內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的概念，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了目前最常見的RIP、OSPF、BGP和BGP-4這幾種路由協(xié)議，然后描述了路由算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)和種類，著重介紹了鏈路狀態(tài)法和距離向量法。在文章的最后，扼要講述了新一代路由器的特征。
<P
class=bodytext>——近十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（如Internet）的迅猛發(fā)展，路由技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中已逐漸成為關(guān)鍵部分，路由器也隨之成為最重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。用戶的需求推動(dòng)著路由技術(shù)的發(fā)展和路由器的普及，人們已經(jīng)不滿足于僅在本地網(wǎng)絡(luò)上共享信息，而希望最大限度地利用全球各個(gè)地區(qū)、各種類型的網(wǎng)絡(luò)資源。而在目前的情況下，任何一個(gè)有一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（如企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)、智能大廈等），無(wú)論采用的是快速以大網(wǎng)技術(shù)、FDDI技術(shù)，還是ATM技術(shù)，都離不開路由器，否則就無(wú)法正常運(yùn)作和管理。
<P class=bodytext>1 網(wǎng)絡(luò)互連
<P
class=bodytext>——把自己的網(wǎng)絡(luò)同其它的網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，從網(wǎng)絡(luò)中獲取更多的信息和向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自己的消息，是網(wǎng)絡(luò)互連的最主要的動(dòng)力。網(wǎng)絡(luò)的互連有多種方式，其中使用最多的是網(wǎng)橋互連和路由器互連。
<P class=bodytext>1.1 網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡(luò)
<P
class=bodytext>——網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀（frame）的轉(zhuǎn)發(fā)，主要目的是在連接的網(wǎng)絡(luò)間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來(lái)判斷一個(gè)幀是否應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是網(wǎng)卡所帶的地址。
<P
class=bodytext>——網(wǎng)橋的作用是把兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，提供透明的通信。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備看不到網(wǎng)橋的存在，設(shè)備之間的通信就如同在一個(gè)網(wǎng)上一樣方便。由于網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)幀上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡(luò)（相同或相似結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀），如以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)與令牌環(huán)（token
ring）之間的互連，對(duì)于不同類型的網(wǎng)絡(luò)（數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)不同），如以太網(wǎng)與X.25之間，網(wǎng)橋就無(wú)能為力了。
<P
class=bodytext>——網(wǎng)橋擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能，給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來(lái)了方便，在以前的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)橋的應(yīng)用較為廣泛。但網(wǎng)橋互連也帶來(lái)了不少問(wèn)題：一個(gè)是廣播風(fēng)暴，網(wǎng)橋不阻擋網(wǎng)絡(luò)中廣播消息，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大時(shí)（幾個(gè)網(wǎng)橋，多個(gè)以太網(wǎng)段），有可能引起廣播風(fēng)暴（broadcasting
storm），導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。第二個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)與外部網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，網(wǎng)橋會(huì)把內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)合二為一，成為一個(gè)網(wǎng)，雙方都自動(dòng)向?qū)Ψ酵耆_放自己的網(wǎng)絡(luò)資源。這種互連方式在與外部網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)顯然是難以接受的。問(wèn)題的主要根源是網(wǎng)橋只是最大限度地把網(wǎng)絡(luò)溝通，而不管傳送的信息是什么。
<P class=bodytext>1.2 路由器互連網(wǎng)絡(luò)
<P class=bodytext>——路由器互連與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議有關(guān)，我們討論限于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)的情況。
<P
class=bodytext>——路由器工作在OSI模型中的第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層定義的“邏輯”上的網(wǎng)絡(luò)地址（即IP地址）來(lái)區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連和隔離，保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)茵先被送到路由器，再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)出去。
<P
class=bodytext>——IP路由器只轉(zhuǎn)發(fā)IP分組，把其余的部分擋在網(wǎng)內(nèi)（包括廣播），從而保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有相對(duì)的獨(dú)立性，這樣可以組成具有許多網(wǎng)絡(luò)（子網(wǎng)）互連的大型的網(wǎng)絡(luò)。由于是在網(wǎng)絡(luò)層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，只要網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)行的是IP協(xié)議，通過(guò)路由器就可互連起來(lái)。
<P
class=bodytext>——網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備用它們的網(wǎng)絡(luò)地址（TCP／IP網(wǎng)絡(luò)中為IP地址）互相通信。IP地址是與硬件地址無(wú)關(guān)的“邏輯”地址。路由器只根據(jù)IP地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。IP地址的結(jié)構(gòu)有兩部分，一部分定義網(wǎng)絡(luò)號(hào)，另一部分定義網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)號(hào)。目前，在Internet網(wǎng)絡(luò)中采用子網(wǎng)掩碼來(lái)確定IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。子網(wǎng)掩碼與IP地址一樣也是32bit，并且兩者是一一對(duì)應(yīng)的，并規(guī)定，子網(wǎng)掩碼中數(shù)字為“1”所對(duì)應(yīng)的IP地址中的部分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，為“0”所對(duì)應(yīng)的則為主機(jī)號(hào)。網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)合起來(lái)，才構(gòu)成一個(gè)完整的IP地址。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是相同的，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱為IP子網(wǎng)。
<P
class=bodytext>——通信只能在具有相同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址之間進(jìn)行，要與其它IP子網(wǎng)的主機(jī)進(jìn)行通信，則必須經(jīng)過(guò)同一網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器或網(wǎng)關(guān)（gateway）出去。不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。
<P
class=bodytext>——路由器有多個(gè)端口，用于連接多個(gè)IP子網(wǎng)。每個(gè)端口的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)要求與所連接的IP子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)相同。不同的端口為不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，對(duì)應(yīng)不同的IP子網(wǎng)，這樣才能使各子網(wǎng)中的主機(jī)通過(guò)自己子網(wǎng)的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。
<P class=bodytext>2 路由原理
<P
class=bodytext>——當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)方就能收到。而要送給不同IP于網(wǎng)上的主機(jī)時(shí)，它要選擇一個(gè)能到達(dá)目的子網(wǎng)上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負(fù)責(zé)把IP分組送到目的地。如果沒(méi)有找到這樣的路由器，主機(jī)就把IP分組送給一個(gè)稱為“缺省網(wǎng)關(guān)（default
gateway）”的路由器上。“缺省網(wǎng)關(guān)”是每臺(tái)主機(jī)上的一個(gè)配置參數(shù)，它是接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器端口的IP地址。
<P
class=bodytext>——路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP分組時(shí)，只根據(jù)IP分組目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分，選擇合適的端口，把IP分組送出去。同主機(jī)一樣，路由器也要判定端口所接的是否是目的子網(wǎng)，如果是，就直接把分組通過(guò)端口送到網(wǎng)絡(luò)上，否則，也要選擇下一個(gè)路由器來(lái)傳送分組。路由器也有它的缺省網(wǎng)關(guān)，用來(lái)傳送不知道往哪兒送的IP分組。這樣，通過(guò)路由器把知道如何傳送的IP分組正確轉(zhuǎn)發(fā)出去，不知道的IP分組送給“缺省網(wǎng)關(guān)”路由器，這樣一級(jí)級(jí)地傳送，IP分組最終將送到目的地，送不到目的地的IP分組則被網(wǎng)絡(luò)丟棄了。
<P
class=bodytext>——目前TCP／IP網(wǎng)絡(luò)，全部是通過(guò)路由器互連起來(lái)的，Internet就是成千上萬(wàn)個(gè)IP子網(wǎng)通過(guò)路由器互連起來(lái)的國(guó)際性網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)稱為以路由器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)（router
based
network），形成了以路由器為節(jié)點(diǎn)的“網(wǎng)間網(wǎng)”。在“網(wǎng)間網(wǎng)”中，路由器不僅負(fù)責(zé)對(duì)IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)，還要負(fù)責(zé)與別的路由器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，共同確定“網(wǎng)間網(wǎng)”的路由選擇和維護(hù)路由表。
<P
class=bodytext>——路由動(dòng)作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容：尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)。尋徑即判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于涉及到不同的路由選擇協(xié)議和路由選擇算法，要相對(duì)復(fù)雜一些。為了判定最佳路徑，路由選擇算法必須啟動(dòng)并維護(hù)包含路由信息的路由表，其中路由信息依賴于所用的路由選擇算法而不盡相同。路由選擇算法將收集到的不同信息填入路由表中，根據(jù)路由表可將目的網(wǎng)絡(luò)與下一站（nexthop）的關(guān)系告訴路由器。路由器間互通信息進(jìn)行路由更新，更新維護(hù)路由表使之正確反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓⒂陕酚善鞲鶕?jù)量度來(lái)決定最佳路徑。這就是路由選擇協(xié)議（routing
protocol），例如路由信息協(xié)議（RIP）、開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）等。
<P
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