基于路由器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

摘要: 本文首先介紹了路由器的基本概念和分類方法。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對IPv6技術(shù)、提高路由器吞吐量的技術(shù)、可編程ASIC技術(shù)、VPN技術(shù)、QOS技術(shù)、MPLS技術(shù)、多播技術(shù)、網(wǎng)管技術(shù)等八種與路由器相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行了全面的分析，對這些技術(shù)的發(fā)展作了高度的概括和總結(jié)。

關(guān)鍵字: 路由器基本概念分類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

當(dāng)前基于IP協(xié)議的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量劇增，網(wǎng)絡(luò)流量每6個月翻一番，比計算機(jī)CPU速度每18個月提高一倍快得多。為了使網(wǎng)絡(luò)狀況更加適應(yīng)用戶的需要，作為網(wǎng)絡(luò)核心器件的路由器的不斷升級換代也就成為大勢所趨。下面筆者就從路由器的基本概念和分類入手，對基于路由器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行一個較為全面的介紹。

一、路由器的基本概念

1977年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定了開放系統(tǒng)互連基本參考模型(OSI)，OSI參考模型采用分層結(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個網(wǎng)絡(luò)的通信功能分為職責(zé)分明的七層，由高到低分別是:應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。目前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中采用最為普遍的TCP/IP協(xié)議吸收了OSI標(biāo)準(zhǔn)中的概念及特征。TCP/IP模型由四個層次組成，即應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。只有對等層才能相互通訊，一方在某層上的協(xié)議是什么，對方在同一層次上也必須采用同一協(xié)議。路由器就工作在TCP/IP模型的第三層(網(wǎng)絡(luò)層)，主要作用是為收到的報文尋找正確的路徑，并把它們轉(zhuǎn)發(fā)出去。

二、路由器的基本構(gòu)成部分

1.兩個或兩個以上的接口(用于連接不同的網(wǎng)絡(luò))。

2.協(xié)議至少實現(xiàn)到網(wǎng)絡(luò)層(只有理解網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議才能與網(wǎng)絡(luò)層通訊)。

3.至少支持兩種以上的子網(wǎng)協(xié)議(異種網(wǎng))。

4.一組路由協(xié)議。

三、路由器的基本功能

1.存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、尋徑功能。

2.路由功能。包括數(shù)據(jù)包的路徑?jīng)Q策、負(fù)載平衡、多媒體傳輸(多播)等。

3.智能化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。包括QOS、訪問列表(防火墻)、驗證、授權(quán)、計費(fèi)、鏈路備份、調(diào)試、管理等。

四、路由器的分類

按照路由器的接口、處理能力、吞吐量、提供的協(xié)議、功能等可以把路由器分成高、中、低多種檔次。

1.高端路由器。

位于WAN骨干網(wǎng)的中心或骨干位置，構(gòu)成IP網(wǎng)絡(luò)的核心。

2.中端路由器。

適合于有分支機(jī)構(gòu)的中小型企業(yè)，一般位于路由中心位置上，互連企業(yè)網(wǎng)的各個分支機(jī)構(gòu)，并作為企業(yè)網(wǎng)的出口，上行接入高端路由器中。中檔路由器邊緣可以接入低端系列路由器。對于中小型企業(yè)來說，中端路由器是其網(wǎng)絡(luò)的中心。

3.低端路由器。

主要針對派出機(jī)構(gòu)，接口少，處理能力要求不高等場合。

4.專用路由器。

如VPN路由器、加密路由器、語音路由器，通過特殊的附加(軟)硬件實現(xiàn)特定功能。

五、主要技術(shù)分析

IPv6是IP的一種新的版本，它同目前廣泛使用的IPv4相比，地址由32位擴(kuò)充到128位。從理論上說，地址的數(shù)量由原先的4.3×109個增加到4.3×1038個。經(jīng)由IPv6，路由數(shù)可以減少一個數(shù)量級。

IPv6所以能使互聯(lián)網(wǎng)連接許多東西變得簡單而且使用容易，是因為它使用了以下技術(shù)。

1.地址空間的擴(kuò)充、可使路由表減小的地址構(gòu)造、自動設(shè)定地址以及提高安全保密性。

IPv6在路由技術(shù)上繼承了IPv4的有利方面，代表未來路由技術(shù)的發(fā)展方向。

2.提高路由器吞吐量的技術(shù)。

路由器的吞吐量是指路由器單位時間內(nèi)能夠轉(zhuǎn)發(fā)的報文數(shù)，通常用PPS(Packet Per Second)表示。以一個典型的企業(yè)網(wǎng)為例，一個派駐機(jī)構(gòu)的上行速率有2000PPS就夠了，分支的核心路由設(shè)備必須具有幾萬PPS的吞吐能力，而公司總部的路由中心則可能需要幾十萬甚至上百萬PPS的處理能力。

目前主要有下面的提高路由器吞吐量的技術(shù):改造路由表;采用Cache;采用分布式處理;高層交換;硬件(FPGA/ASIC)轉(zhuǎn)發(fā)等。交換式路由器(Switch Router)就是利用這些技術(shù)的結(jié)晶。

3.可編程ASIC技術(shù)。

ASIC技術(shù)能夠使得路由器的速度提高并降低制造成本。由于設(shè)計生產(chǎn)的投入相當(dāng)大，ASIC基本上都用于已完全標(biāo)準(zhǔn)化和固化的過程。為了滿足計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各種結(jié)構(gòu)和協(xié)議的頻繁變化的要求，出現(xiàn)了“可編程ASIC”技術(shù)。實際應(yīng)用中多數(shù)采用在ASIC芯片中內(nèi)嵌入專門處理通信協(xié)議的CPU，通過改寫微碼，使其具有處理不同協(xié)議的能力。

4.VPN技術(shù)。

VPN(Virtual PrivateNetwork)虛擬私有網(wǎng)絡(luò)就是利用公共網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建的私人專用網(wǎng)絡(luò)。用于構(gòu)建VPN的公共網(wǎng)絡(luò)包括Internet、幀中繼、ATM等。在公共網(wǎng)絡(luò)上組建的VPN，像企業(yè)現(xiàn)有的私有網(wǎng)絡(luò)一樣能夠保證安全性、可靠性和可管理性等。

“虛擬”的概念是相對傳統(tǒng)私有網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方式而言的。對于廣域網(wǎng)連接，傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式是通過遠(yuǎn)程撥號連接來實現(xiàn)的，而VPN是利用服務(wù)提供商所提供的公共網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)遠(yuǎn)程的廣域連接。通過VPN，企業(yè)可以以更低的成本連接它們的遠(yuǎn)地辦事機(jī)構(gòu)、公司出差員工和業(yè)務(wù)合作伙伴，企業(yè)內(nèi)部資源享用者只需連入本地ISP的POP(Point of Presence，接入服務(wù)提供點(diǎn))即可相互通信;而利用傳統(tǒng)的WAN組建技術(shù)，彼此之間要有專線相連才可以達(dá)到同樣的目的。虛擬網(wǎng)組成后，出差員工和外地客戶只需擁有當(dāng)?shù)豂SP的上網(wǎng)權(quán)限就可以訪問企業(yè)內(nèi)部資源;如果接入服務(wù)器的用戶身份認(rèn)證服務(wù)器支持漫游，甚至不必?fù)碛斜镜豂SP的上網(wǎng)權(quán)限。這對于流動性很大的出差員工和分布廣泛的客戶與合作伙伴來說是很有意義的。并且企業(yè)開設(shè)VPN服務(wù)所需的設(shè)備很少，只需在資源共享處放置一臺VPN服務(wù)器就可以。

常見的VPN分為三種類型:遠(yuǎn)程訪問虛擬網(wǎng)(Access VPN)、企業(yè)內(nèi)部虛擬網(wǎng)(Intranet VPN)和企業(yè)擴(kuò)展虛擬網(wǎng)(Extranet VPN)，這三種類型的VPN分別與傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部的Intranet，以及企業(yè)網(wǎng)和相關(guān)合作伙伴的企業(yè)網(wǎng)所構(gòu)成的Extranet相對應(yīng)。

5.QOS(Quality Of Service)。

QOS是兩網(wǎng)合一和VPN等應(yīng)用推廣的前提。在融合的推動下數(shù)據(jù)網(wǎng)上承載的業(yè)務(wù)越來越廣泛，話音、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育等。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)對業(yè)務(wù)是不區(qū)分的，當(dāng)網(wǎng)上數(shù)據(jù)流量比較大時話音質(zhì)量將急劇下降，某些重要的公司業(yè)務(wù)流也將受到影響。QOS就是要區(qū)別對待這些業(yè)務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

QOS包含的流分類是將接入的用戶數(shù)據(jù)按業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，賦予不同的優(yōu)先級;流量整形是指對特定的業(yè)務(wù)流進(jìn)行帶寬限制，使之符合QOS協(xié)定;流量工程則是從全網(wǎng)管理的高度保障QOS。

6.MPLS(Multi Protocol Label Switch)——多協(xié)議標(biāo)記交換。

IP的發(fā)展存在著一個非常明顯的障礙，這是由IP本身固有的一個缺陷決定的，IP是一個無連接的協(xié)議，因此IP網(wǎng)上的應(yīng)用無法得到很好的QOS保證。由于缺乏連接性，每一個IP包都是單獨(dú)地發(fā)到目的地的，網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點(diǎn)都無從知曉這些無連接的包中的某一個是如何到來的。與此相比，面向連接的協(xié)議如幀中繼則需要建立一個固定的虛電路。連接路徑上的各個節(jié)點(diǎn)和干線可以先為其預(yù)留資源，以提供QOS保證。IP具有其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所無法比擬的靈活性，這一點(diǎn)通過Internet已經(jīng)得到了證明，而面向連接的協(xié)議可以保證QOS，因此這兩種協(xié)議的結(jié)合是非常有意義的，這就導(dǎo)致了MPLS的產(chǎn)生。

MPLS將IP的靈活性和幀中繼、ATM等面向連接網(wǎng)絡(luò)的QOS保證特性有效地結(jié)合在了一起，這對于IP的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用無疑有著巨大的推動作用。

7.多播技術(shù)。

多播(Multicast)主要用于視頻會議等應(yīng)用場合，這種應(yīng)用需要同一份數(shù)據(jù)同時發(fā)送給多個用戶。多播包的目的地址使用D類IP地址，即從224.0.0.0到239.255.255.255的多播地址。每個多播地址代表一個多播組，而不是一臺主機(jī)。IGMP(Internet組管理協(xié)議)用于控制用戶加入或離開多播組，多播路由協(xié)議則用于建立多播路由表，或稱多播樹。

如果一個局域網(wǎng)中有一個用戶通過IGMP宣布加入某多播組，則局域網(wǎng)中的多播路由器就將該信息通過多播路由協(xié)議進(jìn)行傳播，最終將該局域網(wǎng)作為一個分枝加入多播樹。當(dāng)局域網(wǎng)中的所有用戶退出該多播組后相關(guān)的分枝就從多播樹中刪掉。

多播路由協(xié)議有下列幾種。DVMRP:距離向量多播路由協(xié)議;MOSPF:多播OSPF;CBT:基于核的樹;PIM:協(xié)議無關(guān)的多播。

多播網(wǎng)中可能有不支持多播的路由器，此時多播路由器使用“IP over IP”的隧道方式將多播包封裝在單播IP包中透傳給相鄰的多播路由器。相鄰的多播路由器先將單播IP頭剝掉，然后繼續(xù)進(jìn)行多播傳輸。

8.網(wǎng)管系統(tǒng)。

網(wǎng)管在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中起著非常重要的作用。方便、強(qiáng)大的網(wǎng)管可以協(xié)助用戶有效地管理網(wǎng)絡(luò)和降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用。網(wǎng)管協(xié)議非常多，與路由器產(chǎn)品相關(guān)的網(wǎng)管協(xié)議主要有SNMP、RMON等，其中SNMP最常見。SNMP采用代理(Agent)工作方式，設(shè)備側(cè)(路由器上)運(yùn)行Agent，網(wǎng)管站運(yùn)行管理軟件。代理的作用包括收集路由器統(tǒng)計數(shù)據(jù)(如端口收發(fā)報文總數(shù)等)和狀態(tài)信息(如端口地址等)，回答網(wǎng)管站對這些信息的查詢;傳達(dá)網(wǎng)管站的設(shè)置命令，如TCP連接復(fù)位、配置端口IP地址等;發(fā)生異常事件時主動向網(wǎng)管站報告等。

以上對目前基于路由器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了介紹。上網(wǎng)用戶越來越多，寬帶網(wǎng)建設(shè)如火如荼，對路由器技術(shù)更新的要求會越來越強(qiáng)烈。我們相信，通過業(yè)界同仁的不懈努力，未來更加先進(jìn)、更能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求的新一代技術(shù)定將層出不窮地涌現(xiàn)出來。

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