網(wǎng)絡(luò)路由交換關(guān)鍵技術(shù)分析

李晉峰

（長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046011）

路由技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)之間的連接，使網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)傳送更加穩(wěn)定、高效。路由器在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期只發(fā)揮信息協(xié)議交換端口功能，而在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日漸壯大的過(guò)程中，這種交換形式已經(jīng)顯得過(guò)于單一和薄弱，無(wú)法再滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)際需求，應(yīng)更多關(guān)注利用網(wǎng)絡(luò)路由交換關(guān)鍵技術(shù)，以使互聯(lián)網(wǎng)可以持續(xù)維持正常、穩(wěn)定的性能，確保網(wǎng)絡(luò)盡可能保持較高速度通暢運(yùn)行，所以很有必要對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由交換關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)深入分析和研究。

1 路由和交換技術(shù)

1.1 路由技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)路由交換關(guān)鍵技術(shù)中，基礎(chǔ)運(yùn)行技術(shù)就是路由技術(shù)，其應(yīng)用原理是將傳輸層的數(shù)據(jù)下傳至網(wǎng)絡(luò)層，經(jīng)過(guò)包裝加工形成數(shù)據(jù)包，把信息傳輸至路由端口，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析得到源主機(jī)與目的主機(jī)的地址信息，以確定目標(biāo)主機(jī)或者默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的地址，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步核對(duì)物理地址信息，明確接下來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸目的地，在確認(rèn)無(wú)誤后轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)包到下一節(jié)點(diǎn)，直至達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)[1]。而若路由在數(shù)據(jù)包傳輸期間無(wú)法得到數(shù)據(jù)包的IP地址，也就不能對(duì)相應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行解析，此時(shí)路由將針對(duì)性地處理此類(lèi)信息。另外，為保證數(shù)據(jù)安全，對(duì)該數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)毀處理，以防因?yàn)閿?shù)據(jù)包滯留威脅網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全。

1.2 路由算法

路由算法屬于關(guān)鍵技術(shù)，除了不用配置的直連路由，目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的算法有靜態(tài)路由算法和動(dòng)態(tài)路由算法，由于靜態(tài)路由算法具有規(guī)模限制的局限性，所以大部分網(wǎng)絡(luò)使用的是動(dòng)態(tài)路由算法，這類(lèi)算法相對(duì)于靜態(tài)路由算法來(lái)說(shuō)，能夠更好地應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约傲髁孔兓?。其中?yīng)用頻率較高的動(dòng)態(tài)路由算法有：①鏈路狀態(tài)路由算法，也叫最短路徑優(yōu)先算法，運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器要學(xué)習(xí)獲得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后使用算法和鏈路狀態(tài)通告（LSA）動(dòng)態(tài)更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)，并以此計(jì)算出最優(yōu)路徑，最后及時(shí)更新路由表。②距離向量路由算法。此算法將路由以矢量方式在鄰居間學(xué)習(xí)并進(jìn)行路徑研判，取得最佳路徑，同時(shí)在相鄰路由器之間實(shí)現(xiàn)路由表交換和更新[2]。用于簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)的RIP就是代表。各路由表都由各路由器進(jìn)行維護(hù)，同步將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)路由視作索引，在路由表當(dāng)中確定最佳傳輸線路和距離。相鄰路由雙方在交換信息的過(guò)程中，路由可同步更新與完善內(nèi)部路由表。當(dāng)前應(yīng)用較廣的最短路徑算法主要是D算法、F算法。

1.3 交換技術(shù)

交換技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，可以通過(guò)不同應(yīng)用，使用恰當(dāng)?shù)慕粨Q技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。交換技術(shù)主要有電路交換技術(shù)、報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)等，在綜合業(yè)務(wù)方面，也使用ATM交換技術(shù)來(lái)完成交換工作。在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，向網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流主要由LAN交換機(jī)在接入層發(fā)揮控制和指引作用，交換技術(shù)應(yīng)用于接入層，可使用戶設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)順暢連接，同時(shí)能轉(zhuǎn)發(fā)二層幀。此外，可聯(lián)合端口安全技術(shù)進(jìn)一步保護(hù)用戶數(shù)據(jù)信息安全，抵御各種攻擊[3]。

1.4 主流路由器協(xié)議

主流的路由器協(xié)議有內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議兩大類(lèi)。單一系統(tǒng)使用的有OSPF、RIP。在Internet中，多個(gè)自治系統(tǒng)（AS）之間也需要提供路由信息交換服務(wù)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了AS間的路由器協(xié)議BGP。BGP具有優(yōu)選路由、避免環(huán)路等優(yōu)勢(shì)，非常適合工作在各AS之間。其中，口令驗(yàn)證主要是指網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)中根據(jù)訪客要求，在口令登錄條件準(zhǔn)確基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，訪客信息在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下有安全風(fēng)險(xiǎn)。而高級(jí)算法驗(yàn)證路由器協(xié)議則可以對(duì)訪客使用復(fù)雜條件檢驗(yàn)要求，即便網(wǎng)絡(luò)受到干擾，也可以保證信息安全，這主要是因?yàn)閺?fù)雜條件驗(yàn)證是隨機(jī)的，具有更高的安全保障，有更強(qiáng)的抵御能力。

2 路由交換技術(shù)的特點(diǎn)

在現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)交換中要求做到：①完整性。通過(guò)應(yīng)用路由器交換技術(shù)可有效保障傳輸?shù)男畔⑴c數(shù)據(jù)完整，因?yàn)槁酚山粨Q技術(shù)可支持信息交互，在實(shí)時(shí)監(jiān)控下，可以動(dòng)態(tài)追蹤路由器系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)，從而有效控制數(shù)據(jù)狀況，避免在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中多包少包，在此基礎(chǔ)上也能使路由器系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理中提高精準(zhǔn)度。②靈活性。將路由交換技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)中，也可使路由器內(nèi)的過(guò)濾功能充分施展出來(lái)，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中自動(dòng)過(guò)濾掉無(wú)價(jià)值部分的信息，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)更加可靠與安全[4]。路由交換技術(shù)充分發(fā)揮靈活性特點(diǎn)，既可以使路由器系統(tǒng)免受損害，又可以利用ASIC技術(shù)，進(jìn)一步支持?jǐn)?shù)據(jù)包處理，保證路由器正常、穩(wěn)定地工作，免受其他因素干擾。③優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸性能。應(yīng)用恰當(dāng)?shù)穆酚山粨Q技術(shù)，可進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能，還可通過(guò)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比較，提升用戶上網(wǎng)體驗(yàn)。

3 應(yīng)用分析

3.1 案例分析

某校園網(wǎng)建立中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)路由交換技術(shù)，結(jié)合第二層交換機(jī)以及第三層路由器相關(guān)優(yōu)勢(shì)，在提升網(wǎng)絡(luò)傳輸性能中付出的代價(jià)比較低的同時(shí)，也可以有效解決校園網(wǎng)中子網(wǎng)比較分散與用戶成分雜亂不安全等問(wèn)題。

該校園網(wǎng)核心層為校園網(wǎng)絡(luò)中心，能提供擴(kuò)展性好，快速收斂以及負(fù)載平衡等功能，其和不同匯聚設(shè)備相連接，以高速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流。核心層安裝核心設(shè)備，同步為未納入校本部的幾個(gè)教學(xué)點(diǎn)預(yù)留通信接口。

校園網(wǎng)匯聚層主要為學(xué)校建筑物主干節(jié)點(diǎn)，交換機(jī)就安裝在主干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中，并分布在網(wǎng)絡(luò)第二層，向上連接網(wǎng)絡(luò)中心主干交換機(jī)，向下連接各樓層交換機(jī)，并對(duì)接入層設(shè)備相關(guān)流量進(jìn)行匯聚，之后向核心層設(shè)備高速轉(zhuǎn)發(fā)。校園網(wǎng)為不同地域分別設(shè)置干線光纜，以網(wǎng)絡(luò)中心為核心，向其他主要建筑樓輻射，同時(shí)端接于二級(jí)主干節(jié)點(diǎn)部位。

校園網(wǎng)接入層為學(xué)校建筑物樓中各樓層交換機(jī)，屬于三級(jí)節(jié)點(diǎn)，可和終端設(shè)備直接連接，提供網(wǎng)絡(luò)和安全控制接入服務(wù)，也可在實(shí)現(xiàn)QoS策略期間作為邊緣點(diǎn)，為用戶提供IEEE 802.1x認(rèn)證相接入服務(wù)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)路由交換關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 應(yīng)用于流量信息中

校園網(wǎng)通過(guò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)路由交換技術(shù)，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠更加通暢、快速地傳輸流量信息，并通過(guò)應(yīng)用新技術(shù)優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的流量信息解析能力、信息傳輸能力等。在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，保護(hù)用戶信息，可能會(huì)造成訪問(wèn)過(guò)程中發(fā)生卡頓現(xiàn)象，通過(guò)應(yīng)用路由交換技術(shù)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)端口，能和探測(cè)器直接連接。在流量信息傳輸中應(yīng)用路由交換技術(shù)后，促使流量信息進(jìn)一步增加傳輸渠道，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能明顯提升[5]。

3.2.2 應(yīng)用于路由交換系統(tǒng)安全保障中

人們?cè)趹?yīng)用傳統(tǒng)路由器過(guò)程中，為了顯著增加路由設(shè)備指令的運(yùn)行，就要有針對(duì)性地使用恰當(dāng)?shù)姆椒ê图夹g(shù)。校園網(wǎng)應(yīng)用路由交換技術(shù)，就是利用新的方法和新的技術(shù)來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有可能出現(xiàn)的安全隱患做出預(yù)判和處理，使相關(guān)設(shè)備不僅能夠充分發(fā)揮自己的作用，還可在應(yīng)用中表現(xiàn)得更加安全和穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域應(yīng)用路由交換技術(shù)，可以通過(guò)主動(dòng)獲取數(shù)據(jù)包的來(lái)源和去處，保障網(wǎng)絡(luò)安全。如可以使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)管理站和運(yùn)行在各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的agent，在監(jiān)視器或探測(cè)器上跟蹤統(tǒng)計(jì)其端口所連接的網(wǎng)段上的各種流量信息。通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)，可進(jìn)一步強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)功能[6]。另外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行信息監(jiān)控操作中應(yīng)用路由交換技術(shù)，可根據(jù)協(xié)議的完整性，簡(jiǎn)化監(jiān)控環(huán)節(jié)，與此同時(shí)，數(shù)據(jù)處理人員仍可正常操作路由器，并同步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和提取，從而使反饋信息真實(shí)完整，網(wǎng)絡(luò)安全得以保障。

3.2.3 應(yīng)用于提升數(shù)據(jù)質(zhì)量中

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖頻繁、內(nèi)存空間不足、傳輸數(shù)據(jù)信息量過(guò)大等現(xiàn)象，而校園網(wǎng)建立中通過(guò)應(yīng)用路由交換技術(shù)，可對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)加以識(shí)別與控制，加強(qiáng)信息處理能力，可使所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與信息充分占據(jù)信道，明顯提升數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。路由交換技術(shù)還可以在數(shù)據(jù)傳輸期間優(yōu)選處理數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)一步提升。

3.2.4 應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境優(yōu)化中

校園網(wǎng)中應(yīng)用路由交換技術(shù)，可使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行比較平穩(wěn)和靈活。在路由器運(yùn)行時(shí)配合安全過(guò)濾器機(jī)制，可以使網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行，屏蔽低價(jià)值信息，使路由器運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到提高。交互式路由器在傳統(tǒng)路由器保持同等條件下，交互式路由器表現(xiàn)得更好，受外部侵?jǐn)_的概率更低，當(dāng)使用中啟用高性能路由裝置時(shí)，也不會(huì)影響路由器正常運(yùn)轉(zhuǎn)。交換式路由器采用ASIC技術(shù)處理數(shù)據(jù)包，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤與檢查數(shù)據(jù)，可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常并解決，使路由器運(yùn)轉(zhuǎn)更安全、靈活。

4 網(wǎng)絡(luò)路由交換技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 合理安排硬件配置

從網(wǎng)絡(luò)流量過(guò)渡角度分析，路由器基本原理和交換器網(wǎng)橋有一定相似性，基于物理屬性可分為網(wǎng)段，路由器主要是基于軟件協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分的。如一臺(tái)路由器支持IP并對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多段劃分，其僅在網(wǎng)絡(luò)流量向指定IP地址方傳輸過(guò)程中才可準(zhǔn)許其途徑此路由器。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包隨機(jī)傳遞至路由器后，路由器均要二次估算數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)值，之后將新的數(shù)據(jù)寫(xiě)入物理存儲(chǔ)地址中。所以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建復(fù)雜度較高情況下，通過(guò)運(yùn)用路由器可明顯提升網(wǎng)絡(luò)效率。

4.2 深入研究IP子通網(wǎng)

引入IP子網(wǎng)絡(luò)概念，將網(wǎng)絡(luò)劃分的狀況變得更加復(fù)雜和豐富，也使網(wǎng)絡(luò)資源的利用更加充分?；诼酚山粨Q技術(shù)相關(guān)運(yùn)營(yíng)模式，一些企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)要關(guān)注進(jìn)一步升級(jí)與優(yōu)化系統(tǒng)性能，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)大范圍的改造和升級(jí)雖不會(huì)短時(shí)間內(nèi)在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生較明顯的效果，但要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須通過(guò)相關(guān)動(dòng)作保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)外部以及內(nèi)部配置更加流暢[7]。與此同時(shí)，要注意完善和更新網(wǎng)絡(luò)訪客名單，以便更有效地掌握網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用狀態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中，有必要在使用多樣化的路由器協(xié)議基礎(chǔ)上使IP網(wǎng)絡(luò)更加活躍，從而使路由器交換技術(shù)發(fā)展更加成熟與完備。企業(yè)要高效配置內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡，就要積極通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)名單加強(qiáng)控制力度，而要促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)路由交換技術(shù)發(fā)展，就要關(guān)注深入研究IP子通網(wǎng)。

4.3 優(yōu)化管理路由器協(xié)議

不同的路由協(xié)議在使用時(shí)，實(shí)現(xiàn)的路由功能也不同，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。而多種路由器同步運(yùn)行，不可避免會(huì)出現(xiàn)大范圍流量損耗問(wèn)題，并且?guī)捳加妹黠@不均。在距離向量路由協(xié)議中，其度量數(shù)額具體就是跳數(shù)，實(shí)際傳送過(guò)程中，要準(zhǔn)確估算與計(jì)量流經(jīng)路由器數(shù)額。以多種不同的路由器協(xié)議為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞，期間會(huì)產(chǎn)生大量路由信息，而在路由器運(yùn)作期間，要求在選擇協(xié)議時(shí)充分考慮管理距離長(zhǎng)短相關(guān)因素。此外，網(wǎng)絡(luò)管理者在對(duì)各項(xiàng)路由器情況進(jìn)行處理時(shí)，要對(duì)路由交換詳細(xì)信息進(jìn)行全面、詳細(xì)的考慮，并專(zhuān)業(yè)、細(xì)致地解析與處理其中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量。未來(lái)在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)路由交換技術(shù)過(guò)程中，會(huì)更看重發(fā)揮路由選擇表的功能效用，在路由器協(xié)議選擇上要求具有更高可操作性，確保各端點(diǎn)信息可以順利傳送。

4.4 和IPv6協(xié)同發(fā)展

目前，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建還是以TCP/IP為基礎(chǔ)，而IPv4面臨的最大問(wèn)題就是缺乏足夠的網(wǎng)絡(luò)地址資源，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了制約，而通過(guò)應(yīng)用IPv6技術(shù)，可以解決地址不足的問(wèn)題。但I(xiàn)Pv6完全代替IPv4還需要經(jīng)歷很長(zhǎng)一段時(shí)間，IPv4、IPv6將會(huì)共存，為實(shí)現(xiàn)更加平穩(wěn)、可靠的轉(zhuǎn)換，需要為其合理制定轉(zhuǎn)換機(jī)制。對(duì)此，IETFngtrans工作組提出了多種轉(zhuǎn)換機(jī)制，而且目前已有部分機(jī)制被應(yīng)用在6Bone當(dāng)中[8]。

5 結(jié)束語(yǔ)

路由交換關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用可有效維護(hù)互聯(lián)網(wǎng)正常運(yùn)行，促使信息數(shù)據(jù)包高效傳輸，不斷優(yōu)化信息傳輸質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)路由交換技術(shù)呈現(xiàn)多元發(fā)展趨勢(shì)，不過(guò)因?yàn)椴糠中录夹g(shù)尚不成熟，還需要進(jìn)一步加大研究力度，方可擴(kuò)大推廣范圍。網(wǎng)絡(luò)路由交換技術(shù)在未來(lái)發(fā)展中要充分考慮用戶需求，關(guān)注提升用戶使用感受，增加用戶認(rèn)可度，加快研究并升級(jí)改造路由器系統(tǒng)，關(guān)注相關(guān)設(shè)備更新?lián)Q代，以進(jìn)一步提升路由交換技術(shù)應(yīng)用價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。