什么是路由器(什么是路由器？)

路由器(英文:Router，又称路由器)是一种电信网络设备，提供路由和转发两种重要机制，可以决定数据包从源到目的地所经过的路由路径(主机与主机之间的传输路径)。这个过程称为路由。将数据包从路由器输入端传输到适当的路由器输出端(路由器内部)称为转发。道路工作在OSI模型的第三层——网络层，如互联网协议(IP)。

路由器的结构

路由器是一种特殊的计算机，有多个输入端口和多个输出端口。它的任务是转发数据包。也就是说，在路由器的输入端口接收的分组根据分组要去的目的地(即目的地网络)从路由器的适当输出端口转发到下一跳的路由器。

下一跳的路由器也按照这种方法处理数据包，直到数据包到达目的地。

从上图可以看出，整个路由器的结构可以分为两部分:

路由部分

分组转发部分

路由部分

路由部分也叫控制部分，其核心构造是路由处理器。

路由处理器

路由处理器的主要任务是根据所选的路由协议(RIP/OSPF)构建、更新和维护路由表。如何根据路由协议构建和更新路由表将在后面讨论。

分组转发部分

包转发部分分为:

交换结构

进口

输出端

交换结构

交换结构:

交换结构是一种网络拓扑，其中网络节点通过一个或多个网络交换机(尤其是纵横制交换机)互连。因为交换结构网络将网络流量分布在多个物理链路上，所以它比广播网络(如早期的10BASE5版本的以太网)或大多数无线网络(如Wi-Fi)产生更高的总吞吐量。

交换结构也称为交换组织。功能是根据转发表处理数据包，并将数据包从一个输入端口转发到一个合适的输出端口。交换结构本身就是一种网络，但是这个网络是完全包含在路由器中的，所以交换结构可以看作是“路由器中的网络”。

实现这种交换的方式有很多种，下图是三种常见的交换方式。

穿越记忆

公共汽车通行证

通过互联网络

这三种方法用于将在输出端口I1收到的数据包转发到输出端口O2。

穿越记忆

上面(a)的示意图显示了通过存储器交换分组。

与早期路由器的不同之处在于，目的地址的搜索和数据包在内存中的缓冲都是在输入端口进行的。

公共汽车通行证

上面(b)的示意图显示了通过总线交换数据包。

这样，数据报通过共享总线从输入端口直接传输到合适的输出端口，不需要路由处理器的介入。但是，由于总线是共享的，同一时间总线上只能传输一个数据包。当数据包到达输入端口时，如果发现总线繁忙，它将被阻塞，无法通过交换结构，并将在输入端口排队等待。因为要转发的每个数据包都必须通过每条总线，所以路由器的转发带宽受到总线效率的限制。

通过互联网络

上图中(c)的示意图显示，数据包通过纵横制交换结构进行交换。这种交换结构通常被称为互连网络。

它有2N条总线，可以连接N个输入端口和N个输出端口，这取决于水平总线和垂直总线是通过相应的交叉节点连接还是断开。

当一个输入端口接收到一个包时，它把它发送到连接到输入端口的水平总线。如果到要转发的输出端口的垂直总线是空空闲的，则在该节点将垂直总线与水平总线连接，然后将分组转发到该输出端口。然而，如果垂直总线被占用，随后到达的数据包将被阻塞，必须在输入端口排队。

以及转发和路由的区别。

转发(只涉及一台路由器)是指路由器根据转发表从合适的端口转发用户的IP数据报。

路由(涉及全网多台路由器)是根据分布式算法和从邻居路由器获取的网络拓扑变化，动态改变选择的路由。

路由表(目的网络N，距离D，下一跳地址A)和转发表(下一跳地址X，对应物理地址HA)的项目和作用也不同。根据路由算法获得路由表。转发表来源于路由表。

对于路由交换信息分组(例如由路由处理器处理的RIP/OSPF分组)和数据分组(由交换结构处理)，也采用不同的处理方法。

在讨论路由的原理时，我们往往不区分转发表和路由表。

输入端口和输出端口

上图中，路由器的输入输出端口有三个方框，方框中的1、2、3分别代表物理层、数据链路层、网络层的处理模块。

物理层

物理层接收比特。

数据链路层

数据链路层根据链路层协议接收传输包的帧。剥去帧头和帧尾后，数据包被发送到网络层进行处理。

网路层

如果接收到的包是用于在路由器之间交换路由信息的包(例如RIP或OSPF包等)。)，它被发送到路由器路由部分的路由处理器。

如果接收到数据分组，则根据分组报头中的目的地址来搜索转发表，并且根据获得的结果，分组通过交换结构到达适当的输出端口。

由输入端口在线路上接收的数据包的处理

数据链路层剥离帧头和帧尾后，将数据包发送到网络层的队列进行排队处理。当一个数据包正在查找转发表，随后是从该输入端口接收的另一个数据包时，这个迟到的数据包必须在队列中等待，这将导致一定的时间延迟。

输出端口在线路上接收的数据包的处理

当由交换结构传输的分组首先被缓冲时。网络层的处理模块中有一个缓冲区，实际上是一个队列。当交换结构传输的数据包速率超过输出链路的传输速率时，来不及传输的数据包必须临时存储在该队列中。数据链路层处理模块将链路层的头和尾添加到数据包中，发送到物理层后再发送到外线。

数据包丢弃

如果路由器处理数据包的速率跟不上数据包进入队列的速率，那么队列的storage 空 interval最终必须降为零，这就使得后面进入队列的数据包因为没有storage 空 interval而只能被丢弃。

路由器中输入或输出队列的溢出是数据包丢失的重要原因。