SpaceX宣布获8.5亿美元融资，估值升至740亿美元
06-17
近十年来，随着计算机网络规模的不断扩大和大规模Internet网络（如Internet）的快速发展，路由技术逐渐成为网络技术的关键组成部分，而路由器也成为了最重要的网络设备。
用户需求正在推动路由技术的发展和路由器的普及。
人们不再满足于仅在本地网络上共享信息，而是希望最大限度地利用全球各个地区的各类网络资源。
当前情况下，任何具有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），无论是采用快速大型网络技术、FDDI技术，还是ATM技术，都离不开路由器。
，否则将无法正常运营和管理。
1网络互联 将自己的网络与其他网络互联，从网络获取更多的信息，向网络发布自己的新闻，是网络互联的主要驱动力。
网络互连的方式有很多种，其中最常用的是桥接互连和路由器互连。
1.1 通过网桥互连的网络 网桥工作在 OSI 模型的第二层，即链路层。
完成数据帧转发的主要目的是提供相连网络之间的透明通信。
网桥的转发是根据数据帧中的源地址和目的地址来决定是否应该转发该帧以及应该转发到哪个端口。
帧中的地址称为“MAC”地址或“硬件”地址，一般是网卡承载的地址。
网桥的功能是互连两个或多个网络并提供透明通信。
网络上的设备看不到网桥的存在，设备之间的通信就像在同一网络上一样方便。
由于网桥转发数据帧，因此只能连接相同或相似的网络（结构相同或相似的数据帧），例如以太网之间、以太网与令牌环之间。
互连，对于不同类型的网络（不同的数据帧结构），例如以太网和X.25之间，网桥是无能为力的。
网桥扩大了网络的规模，提高了网络的性能，为网络应用带来了便利。
在以前的网络中，广泛使用网桥。
然而，桥接互联也带来了很多问题：一是广播风暴。
网桥不会阻止网络中的广播消息。
当网络规模较大时（多个网桥、多个以太网段），可能会引起广播风暴，导致整个网络充满广播信息，直至完全瘫痪。
第二个问题是，在与外部网络互连时，网桥会将内部和外部网络合并为一个网络，双方都会自动向对方开放自己的网络资源。
这种互连方式在与外部网络互连时显然是不可接受的。
问题的主要根源在于网桥只是最大化网络通信，而不管传输的信息如何。
1.2 路由器互连网络 路由器互连与网络协议有关。
我们的讨论仅限于 TCP/IP 网络。
路由器工作在 OSI 模型的第三层，即网络层。
路由器利用网络层定义的“逻辑”网络地址（即IP地址）来区分不同的网络，实现网络的互连和隔离，并保持各个网络的独立性。
路由器不转发广播消息，但在各自的网络内限制广播消息。
发送到其他网络的数据首先发送到路由器，然后由路由器转发。
IP路由器仅转发IP数据包并阻止网络内的其余部分（包括广播），从而保持每个网络的相对独立性。
这样就可以形成一个具有许多网络（子网）互连的大网络。
由于互连是在网络层，路由器可以方便地连接不同类型的网络。
只要网络层运行IP协议，它们就可以通过路由器互连。
网络中的设备使用其网络地址（TCP/IP 网络中的 IP 地址）相互通信。
IP地址是一个“逻辑”地址，与硬件地址无关。
路由器仅根据IP地址转发数据。
IP地址的结构有两部分，一部分定义网络号，另一部分定义网络内的主机号。
目前，在Internet网络中使用子网掩码来确定IP地址中的网络地址和主机地址。
子网掩码和IP地址一样也是32位，两者一一对应。
规定IP地址中子网掩码中数字“1”对应的部分是网络号，与数字“0”对应的部分是主机号。
网络号和主机号组合起来形成完整的IP地址。
同一网络中主机的IP地址和网络号必须相同。
该网络称为 IP 子网。
只能在具有相同网络号的IP地址之间进行通信。
要与其他IP子网的主机通信，必须通过同一网络中的路由器或网关出去。
不同网络号的IP地址不能直接通信，即使连接在一起也不能通信。
路由器有多个端口，用于连接多个IP子网。
每个端口的IP地址的网络号必须与所连接的IP子网的网络号相同。
不同的端口有不同的网络号，对应不同的IP子网，这样每个子网中的主机就可以通过自己子网的IP地址向路由器发送所需的IP数据包。
2 路由原理 当IP子网中的一台主机向同一IP子网中的另一台主机发送IP数据包时，它会直接将IP数据包发送到网络，对方可以接收到。
当它发送到互联网上不同IP的主机时，它必须选择一个可以到达目的子网的路由器，将IP数据包发送到路由器，路由器负责将IP数据包发送到目的地。
如果没有找到这样的路由器，则主机将 IP 数据包发送到称为“默认网关”的路由器。
“默认网关”是每个主机上的配置参数。
它是连接到同一网络的路由器端口的 IP 地址。
路由器在转发IP报文时，只是根据IP报文的目的IP地址的网络号部分选择合适的端口并将IP报文发送出去。
与主机一样，路由器也需要判断所连接的端口是否是目的子网。
如果是，则直接将数据包通过该端口发送到网络。
否则，它也会选择下一个路由器来发送数据包。
路由器还有它的默认网关，用于传输不知道要发送到哪里的IP数据包。
这样，知道如何传输的IP数据包就通过路由器正确转发，而未知的IP数据包则被发送到“默认网关”路由器。
这样，IP报文一层一层地传输，IP报文最终会发送到目的地，但无法发送到目的地。
IP 数据包被网络丢弃。
目前所有的TCP/IP网络都是通过路由器互连的。
互联网是一个国际网络，拥有数千个通过路由器互连的 IP 子网。
这种网络称为基于路由器的网络，形成以路由器为节点的“互联网”。
在“互联网”中，路由器不仅负责转发IP数据包，还负责联系其他路由器，共同确定“互联网”的路由选择和路由表的维护。
路由动作包括两个基本内容：寻路和转发。
路径查找就是确定到达目的地的最佳路径，它是通过路由算法来实现的。
由于涉及到不同的路由协议和路由算法，因此相对复杂。
为了确定最佳路径，路由算法必须启动并维护一个包含路由信息的路由表，该路由表根据所使用的路由算法而有所不同。
路由算法将收集到的不同信息填充到路由表中。
根据路由表，可以将目的网络与下一跳的关系告诉路由器。
路由器交换路由更新信息，更新和维护路由表以正确反映网络拓扑变化，并且路由器根据测量确定最佳路径。
这是一种路由协议，例如路由信息协议 (RIP)、开放最短路径优先协议 (OSPF) 和边界网关协议 (BGP)。
转发是指沿着最佳路径传输信息包。
路由器首先在路由表中搜索以确定是否知道如何将数据包发送到下一个站点（路由器或主机）。
如果路由器不知道如何发送数据包，通常会丢弃该数据包；否则，根据路由表中相应的条目发送数据包。
发送到下一个站点，如果目的网络与路由器直连，则路由器会将数据包直接发送到相应的端口。
这是路由协议。
路由转发协议和路由协议是相互配合但又相互独立的概念。
前者使用后者维护的路由表，后者使用前者提供的功能来发布路由协议数据包。
下面提到的路由协议，除非另有说明，均指路由协议，这也是一种常见的做法。
3 路由协议 典型的路由方式有两种：静态路由和动态路由。
静态路由是路由器中设置的固定路由表。
除非网络管理员干预，否则静态路由不会改变。
由于静态路由不能反映网络的变化，因此一般用于网络规模较小、拓扑结构固定的网络中。
静态路由的优点是简单、高效、可靠。
在所有路由中，静态路由的优先级最高。
当动态路由与静态路由冲突时，以静态路由为准。
动态路由是网络中的路由器相互通信、传递路由信息并使用接收到的路由信息??更新路由器表的过程。
它可以实时适应网络结构的变化。
如果路由更新信息表明网络发生变化，路由软件将重新计算路由并下发新的路由更新信息。
该信息穿过每个网络，导致每个路由器重新启动其路由算法并更新其路由表以动态反映网络拓扑变化。
动态路由适用于网络规模较大、网络拓扑复杂的网络。
当然，各种动态路由协议都会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。
静态路由和动态路由各有特点和适用范围，因此动态路由在网络中通常作为静态路由的补充。
当数据包在路由器中路由时，路由器首先搜索静态路由。
如果找到，则根据对应的静态路由转发数据包；否则，它会搜索动态路由。
根据是否在自治域内使用，动态路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。
这里的自治域是指具有统一管理组织、统一路由策略的网络。
自治域内使用的路由协议称为内部网关协议，常用的有RIP和OSPF。
外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由，常用的有BGP和BGP-4。
下面简单介绍一下。
3.1 RIP路由协议 RIP协议最初是为Xerox网络系统的Xerox parc通用协议设计的，是Internet中常用的路由协议。
RIP采用距离矢量算法，即路由器根据距离来选择路由，因此也称为距离矢量协议。
路由器收集可以到达目的地的所有不同路径，并将有关到达每个目的地的最少站数的路径的信息保存下来，丢弃除到达目的地的最佳路径之外的任何信息。
同时，路由器还将收集到的路由信息??通过RIP协议通知给其他相邻路由器。
这样，正确的路由信息??就逐渐传播到整个网络。
RIP 应用广泛。
它简单、可靠且易于配置。
但RIP仅适用于小型同质网络，因为它允许的最大站点数为15个，任何超过15个站点的目的地都被标记为不可达。
而且，RIP每30秒广播一次的路由信息??也是造成网络广播风暴的重要原因之一。
3.2 OSPF路由协议 20世纪80年代中期，RIP已经不能适应大规模异构网络的互连，0SPF诞生了。
它是由互联网工程任务组 (1ETF) 的内部网关协议工作组为 IP 网络开发的路由协议。
0SPF 是一种基于链路状态的路由协议，要求每个路由器向同一管理域中的所有其他路由器发送链路状态广播信息。
OSPF 链路状态广播包括所有接口信息、所有度量和其他变量。
使用0SPF的路由器首先必须收集相关的链路状态信息，并根据一定的算法计算出到达各个节点的最短路径。
基于距离向量的路由协议仅向其相邻路由器发送路由更新信息。
与RIP不同的是，OSPF将自治域细分为多个区域。
相应的，路由方式也有两种：当源和目的在同一区域时，采用区域内路由；当源和目的在同一区域时，采用区域内路由。
当源和目的地位于不同区域时，使用区间路由。
这大大减少了网络开销并提高了网络稳定性。
当一个区域的路由器出现故障时，不会影响自治域内其他区域路由器的正常运行，这也给网络管理和维护带来了方便。
3.3 BGP 和 BGP-4 路由协议 BGP 是为 TCP/IP Internet 设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。
它既不是基于纯链路状态算法，也不是基于纯距离向量算法。
它的主要功能是与其他自治域中的BGP交换网络可达性信息。
每个自治域可以运行不同的内部网关协议。
BGP更新信息包括网络号/自治域路径对信息。
自治域路径包括到达特定网络必须传递的自治域字符串。
这些更新信息通过TCP发送，以保证传输的可靠性。
为了满足互联网不断扩大的需求，BGP仍在不断发展。
在最新的BGp4中，相似的路由也可以合并为一条路由。
3.4 路由表项的优先级问题 在路由器中，可以同时配置静态路由和一条或多条动态路由。
它们分别维护的路由表提供给转发程序，但这些路由表中的条目之间可能会发生冲突。
这种冲突可以通过配置各个路由表的优先级来解决。
通常静态路由默认具有最高优先级。
当其他路由表项与其冲突时，将转发静态路由。
4 路由算法 路由算法在路由协议中起着至关重要的作用。
采用哪种算法往往决定了最终的寻路结果，因此必须谨慎选择路由算法。
通常需要综合考虑以下设计目标： ——（1）优化：指路由算法选择最佳路径的能力。
——（2）简单性：算法设计简单，使用最少的软件和开销提供最有效的功能。
——（3）鲁棒性：即使在异常或不可预测的环境下，如硬件故障、负载过大、操作错误等，路由算法也能正确运行。
由于路由器分布在网络连接点，因此当它们发生故障时可能会造成严重后果。
最好的路由器算法通常经得起时间的考验，并在各种网络环境中证明是可靠的。
——（4）快速收敛：收敛是所有路由器对最佳路径达成共识的过程。
当网络事件导致路由变得可用或不可用时，路由器会发送更新信息。
路由更新信息在整个网络中传播，导致最佳路径重新计算，最终使所有路由器就最佳路径达成共识。
收敛缓慢的路由算法可能会导致路径环路或网络中断。
——（5）灵活性：路由算法能够快速、准确地适应各种网络环境。
例如，如果某个网段发生故障，路由算法必须能够快速检测到故障，并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径。
路由算法按类型可分为以下几种：静态和动态、单路径和多路径、平等和分层、源路由和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量。
前面的特征与字面意思基本一致。
下面重点介绍链路状态和距离向量算法。
链路状态算法（也称为最短路径算法）向互联网上的所有节点发送路由信息。
然而，对于每个路由器，它仅发送其路由表中描述其自身链路状态的部分。
距离矢量算法（也称为 Bellman-Ford 算法）要求每个路由器发送其全部或部分路由表信息，但仅限于相邻节点。
本质上，链路状态算法在整个网络中发送小更新，而距离矢量算法向相邻路由器发送大更新。
由于链路状态算法收敛速度较快，因此在一定程度上比距离向量算法更不容易出现路由环路。
但另一方面，链路状态算法比距离向量算法需要更强的CPU能力和更多的内存空间，因此链路状态算法的实现成本会更高。
尽管存在这些差异，这两种算法在大多数环境中都能很好地工作。
最后，应该指出的是，路由算法使用许多不同的度量来确定最佳路径。
复杂的路由算法可能会使用多个度量来选择路由，通过一定的加权操作将它们合并为单个复合度量，然后填充到路由表中作为寻路标准。
常用的指标包括：路径长度、可靠性、延迟、带宽、负载、通信成本等。
5 新一代路由器 由于网络中多媒体等应用的发展，以及不断采用ATM、快速以太网等新技术的出现，网络的带宽和速度迅速提高。
传统的路由器已经不能满足人们对路由器的需求。
性能要求。
由于传统路由器的报文转发设计和实现都是基于软件的，报文处理在转发过程中需要经过很多环节，转发过程复杂，导致报文转发速率慢。
另外，由于路由器是网络互连的关键设备，是网络与其他网络通信的“网关”，因此具有很高的安全性要求。
因此，路由器中各种附加的安全措施增加了CPU的负担。
这使得路由器成为整个互联网的“瓶颈”。
在转发每个数据包时，传统路由器必须执行一系列复杂的操作，包括路由查找、访问控制列表匹配、地址解析、优先级管理以及其他附加操作。
这一系列操作极大地影响了路由器的性能和效率，降低了报文转发速率和转发吞吐量，增加了CPU的负担。
报文经过路由器前后的相关性很大，目的地址和源地址相同的报文往往连续到达，这为报文的快速转发提供了可能性和基础。
新一代路由器，如IP Switch、Tag Switch等，均采用这种设计理念，用硬件实现快速转发，大大提高了路由器的性能和效率。
新一代路由器使用转发缓存来简化数据包转发操作。
在快速转发过程中，只需对一组目的地址和源地址相同的前几个报文进行传统路由转发处理，并获取成功转发报文的目的地址、源地址和下一个网关地址（下一个）路由器地址）被放置在转发缓存中。
当后续数据包需要转发时，Yin首先检查转发缓存。
如果报文的目的地址和源地址与转发缓存中的匹配，则直接根据转发缓存中的下一个网关地址进行转发，无需经过传统的复杂操作，大大减轻了路由器的负担，达到了目的提高路由器的吞吐量。
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