路由器(Router)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,以佳路径,按前后顺序发送信号。[1]路由器已经广泛应用于各行各业,各种不同档次的产品已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。[2]主要分为本地路由器和远程路由器。
对于国内的网络技术研究、网络建设,以及明确网络市场上对于路由器和网络互连的各种似是而非的概念,都有重要的意义。
启动过程
路由器里也有软件在运行,典型的例如微软(Microsoft)公司的Windows、苹果(Apple)公司的IOS与Mac OS、谷歌(Google)公司的Android,可以等同地认为它就是路由器的操作系统,像PC上使用的Windows操作系统一样。路由器的操作系统完成路由表的生成和维护。
同样的,作为路由器来讲,也有一个类似于我们PC系统中BIOS一样作用的部分,叫做MiniIOS。MiniIOS可以使我们在路由器的FLASH中不存在ISO时,先引导起来,进入恢复模式,来使用TFTP或X-MODEM等方式去给FLASH中导入ISO文件。所以,路由器的启动过程应该是这样的:
路由器在加电后会进行POST。Power On Self Test (上电自检,对硬件进行检测的过程)。
POST完成后,读取ROM里的BootStrap程序进行初步引导。
初步引导完成后,尝试定位并读取完整的ISO镜像文件。在这里,路由器将会在FLASH中查找ISO文件,如果找到了ISO文件的话,那么读取ISO文件,引导路由器。
如果在FLASH中没有找到ISO文件的话,那么路由器将会进入BOOT模式,在BOOT模式下可以使用TFTP上的ISO文件。或者使用TFTP/X-MODEM来给路由器的FLASH中传一个ISO文件(一般把这个过程叫做灌ISO)。传输完毕后重新启动路由器,路由器就可以正常启动到CLI模式。
当路由器初始化完成ISO文件后,就会开始在NVRAM中查找STARTUP-CONFIG文件,STARTUP-CONFIG叫做启动配置文件。该文件里保存了我们对路由器所做的所有的配置和修改。当路由器找到了这个文件后,路由器就会加载该文件里的所有配置,并且根据配置来学习、生成、维护路由表,并将所有的配置加载到RAM(路由器的内存)里后,进入用户模式,终完成启动过程。
如果在NVRAM里没有STARTUP-CONFIG文件,则路由器会进入询问配置模式,也就是俗称的问答配置模式,在该模式下所有关于路由器的配置都可以以问答的形式进行配置。不过一般情况下基本上是不用这样的模式的。我们一般都会进入CLI(Comman Line Interface)命令行模式后对路由器进行配置。
早在40多年前就已经出现了对路由技术的讨论,但是直到80年代路由技术才逐渐进入商业化的应用。路由技术之所以在问世之初没有被广泛使用主要是因为80年代之前的网络结构都非常简单,路由技术没有用武之地。大规模的互联网络才逐渐流行起来,为路由技术的发展提供了良好的基础和平台。
随着网络逐步走向大众,网吧也如雨后春笋般出现在街头小巷。但随着数量的增加,网吧之间的竞争也越来越激烈。而通过扩大规模、降低成本来优化经营环境已经成为网吧发展的必然趋势。以往,国内大多数网吧的主流规模是PC数目在60-100台,通过SOHO路由器连接至互联网,其网络连接具有架构简单、成本低的优势。但随着网络PC数目的增多,原来的网络接入系统经常出现网络掉线、游戏被卡、黑客攻击、病毒泛滥等问题。面对这些,网吧业主是否考虑过网吧路由器该升级了。
一般无线路由器(Wireless Router)好比将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型产品,它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端、支持、防火墙、支持WEP加密等等,而且还包括了网络地址转换(NAT)功能,可支持局域网用户的网络连接共享。可实现家庭无线网络中的Internet连接共享,实现ADSL、Cable modem和小区宽带的无线共享接入。无线路由器可以与所有以太网接的ADSL MODEM或CABLE MODEM直接相连,也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器等局域网方式再接入。其内置有简单的虚拟拨号软件,可以存储用户名和密码拨号上网,可以实现为拨号接入Internet的ADSL、CM等提供自动拨号功能,而无需手动拨号或占用一台电脑做服务器使用。此外,无线路由器一般还具备相对更完善的安全防护功能。
路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”,以使它们能够相互“读”懂对方的数据,从而构成一个更大的网络。
路由器有两大典型功能,即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等,一般由特定的硬件来完成;控制功能一般用软件来实现,包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。
多少年来,路由器的发展有起有伏。90年代中期,传统路由器成为制约因特网发展的瓶颈。ATM交换机取而代之,成为IP骨干网的核心,路由器变成了配角。进入90年代末期,Internet规模进一步扩大,流量每半年翻一番,ATM网又成为瓶颈,路由器东山再起,Gbps路由交换机在1997年面世后,人们又开始以Gbps路由交换机取代ATM交换机,架构以路由器为核心的骨干网。
工作原理
(一)IP地址
实现网络中通信节点的彼此连接,需要给每个节点一个的标识,IP网中的标识就是IP地址,他包括一部分定义网络号以及另一部分定义网络内的主机号。拥有标识之后,需要路由器接收所连接的网络或由路由器传来的数据报,并根据数据报的目的IP地址将报文从正确的接口转发出去。
(二)控制部分与数据转发部分
路由器内部包括控制部分和数据转发部分。控制部分的路由协议可以有不同的类型。路由器通过路由协议交换网络的拓扑结构信息,依照拓扑结构动态生成路由表。
在数据转发部分,转发引擎从输入线路接受IP分组之后,分析并修改分组头,使用转发表查找下一跳,把数据交换到输出线路上,向相应方向转发。转发表是根据路由表生成的,其表项和路由表项有直接对应关系,更适合实现快速查找。转发的主要流程包括线路输入、分组头分析、数据存储、分组头修改和线路输出。
(三)输入与输出端口
输入端口是物理链路的连接点,也是数据的接收点。它完成的功能主要包括数据链路层帧的封装和解封装。未来提供QoS支持,输入端口可以根据预先的策略对接收的报文进行分类。
输出端口主要完成数据的排队、缓冲管理以及调度输出,同时也要执行数据的封装和支持物理层、链路层协议。