路由器原理及常用的路由協(xié)議、路由算法1

近十年來(lái)，隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )規模的不斷擴大，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 )設備。用戶(hù)的需求推動(dòng)著(zhù)路由技術(shù)的發(fā)展和路由器的普及，人們已經(jīng)不滿(mǎn)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、各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )資源。而在目前的情況下，任何一個(gè)有一定規模的計算機網(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(kāi)路由器，否則就無(wú)法正常運作和管理。

1 網(wǎng)絡(luò )互連

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。

1.1 網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡(luò )

網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數據幀（frame）的轉發(fā)，主要目的是在連接的網(wǎng)絡(luò )間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉發(fā)是依據數據幀中的源地址和目的地址來(lái)判斷一個(gè)幀是否應轉發(fā)和轉發(fā)到哪個(gè)端口。幀中的地址稱(chēng)為“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是網(wǎng)卡所帶的地址。

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 )上的設備看不到網(wǎng)橋的存在，設備之間的通信就如同在一個(gè)網(wǎng)上一樣方便。由于網(wǎng)橋是在數據幀上進(jìn)行轉發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡(luò )（相同或相似結構的數據幀），如以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)與令牌環(huán)（token ring）之間的互連，對于不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )（數據幀結構不同），如以太網(wǎng)與X.25之間，網(wǎng)橋就無(wú)能為力了。

網(wǎng)橋擴大了網(wǎng)絡(luò )的規模，提高了網(wǎng)絡(luò )的性能，給網(wǎng)絡(luò )應用帶來(lái)了方便，在以前的網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)橋的應用較為廣泛。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，當網(wǎng)絡(luò )的規模較大時(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），導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )全被廣播信息充滿(mǎn)，直至完全癱瘓。第二個(gè)問(wèn)題是，當與外部網(wǎng)絡(luò )互連時(shí)，網(wǎng)橋會(huì )把內部和外部網(wǎng)絡(luò )合二為一，成為一個(gè)網(wǎng)，雙方都自動(dòng)向對方完全開(kāi)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。

1.2 路由器互連網(wǎng)絡(luò )

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。

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)區別不同的網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的互連和隔離，保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò )的獨立性。路由器不轉發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò )內部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò )的數據茵先被送到路由器，再由路由器轉發(fā)出去。

IP路由器只轉發(fā)IP分組，把其余的部分擋在網(wǎng)內（包括廣播），從而保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò )具有相對的獨立性，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(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )，只要網(wǎng)絡(luò )層運行的是IP協(xié)議，通過(guò)路由器就可互連起來(lái)。

網(wǎng)絡(luò )中的設備用它們的網(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IP地址來(lái)轉發(fā)數據。IP地址的結構有兩部分，一部分定義網(wǎng)絡(luò )號，另一部分定義網(wǎng)絡(luò )內的主機號。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 )地址和主機地址。子網(wǎng)掩碼與IP地址一樣也是32bit，并且兩者是一一對應的，并規定，子網(wǎng)掩碼中數字為“1”所對應的IP地址中的部分為網(wǎng)絡(luò )號，為“0”所對應的則為主機號。網(wǎng)絡(luò )號和主機號合起來(lái)，才構成一個(gè)完整的IP地址。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的主機IP地址，其網(wǎng)絡(luò )號必須是相同的，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )稱(chēng)為IP子網(wǎng)。

通信只能在具有相同網(wǎng)絡(luò )號的IP地址之間進(jìn)行，要與其它IP子網(wǎng)的主機進(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 )號的IP地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。

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 )號要求與所連接的IP子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )號相同。不同的端口為不同的網(wǎng)絡(luò )號，對應不同的IP子網(wǎng)，這樣才能使各子網(wǎng)中的主機通過(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。