走馬觀花看路由

2019-11-05 00:36:47

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供稿：網友

　　網絡世界，是路由器把我們聯系起來，它是互連網絡的樞紐，網絡的交通警察。那么在路由器方面新技術、新產品發展如何？ipv6技術又如何，不妨讓我們把目光再次集中到這里。　　
　　
　　揚鞭上馬話路由
　　
　　路由器將全球英特網的各子網聯系起來，給人產生一個具有一個全球一致化單一網絡的幻覺。路由器的主要作用是將從一組輸入鏈路中收到的包轉發給一組輸出鏈路。同時，路由器應該能夠處理異構網絡、調度不同的服務要求、使用分布式算法產生一致化的路由表。此外，由于人們對英特網帶寬的要求永無止境，路由器也自然應具有高帶寬，所有這些因素決定了路由器的復雜性。路由器被稱為“網絡的巨型機”，確實，網絡中用到的各種技術都可在路由器中得到綜合的體現。　　
　　
　　一、路由器的類型　　
　　
　　英特網各種級別的網絡中隨處都可見到路由器。接入網絡使得家庭和小型企業可以連接到某個英特網服務提供商（ISP）。企業網中的路由器連接一個校園或企業內成千上萬的計算機。骨干網上的路由器終端系統通常是不能直接訪問的，它們連接長距離骨干網上的ISP和企業網絡。英特網的快速發展無論是對骨干網，企業網還是接入網都帶來了不同的挑戰。骨干網要求路由器能對少數鏈路進行高速路由轉發。企業級路由器不但要求端口數目多、價格低廉，而且要求配置起來簡單方便，并提供QoS。接入路由器要提供具有不同協議的高速異構思端口，并且力爭不經過電話交接網。　　
　　
　　二、路由器的構成　　
　　
　　路由器具有四個要素：輸入端口、輸出端口、交換開關和路由處理器。　　
　　輸入端口是物理鏈路和輸入包的進口處。端口通常由線卡提供，一塊線卡一般支持 4，8或16個端口，一個輸入端口具有許多功能。
　　
　　第一個功能是進行數據鏈路層的封裝和解封裝。
　　
　　第二個功能是在轉發表中查找輸入包目的地址從而決定目的端口（稱為路由查找），路由查找可以使用一般的硬件來實現，或者通過在每塊線卡上嵌入一個微處理器來完成。
　　
　　第三，為了提供QoS，端口要對收到的包分成幾個預定義的服務級別。第四，端口可能需要運行諸如SLIP和PPP這樣的數據鏈路級協議或者諸如PPTP這樣的網絡級協議。一旦路由查找完成，必須用交換開關將包送到其輸出端口。假如路由器是輸入端加隊列的，則有幾個輸入端共享同一個交換開關。這樣輸入端口的最后一項功能是參加對公共資源（如交換開關）的仲裁協議。　　
　　
　　交換開關可以使用多種不同的技術來實現。至今為止使用最多的交換開關技術是總線、交叉開關和共享存貯器。最簡單的開關使用一條總線來連接所有輸入和輸出端口，總線開關的缺點是其交換容量受限于總線的容量以及為共享總線仲裁所帶來的額外開銷。交叉開關通過開關提供多條數據通路，具有N*N個交叉點的交叉開關可以被認為具有2 N條總線。假如一個交叉是閉合，輸入總線上的數據在輸出總線上可用，否則不可用。交叉點的閉合與打開由調度器來控制，因此，調度器限制了交換開關的速度。在共享存貯器路由器中，進來的包被存貯在共享存貯器中，所交換的僅是包的指針，這提高了交換容量，但是，開關的速度受限于存貯器的存取速度。盡管存貯器容量每18個月能夠翻一番，但存貯器的存取時間每年僅降低5%，這是共享存貯器交換開關的一個固有限制。　　輸出端口在包被發送到輸出鏈路之前對包存貯?？梢詫崿F復雜的調度算法以支持優先級等要求。與輸入端口一樣，輸出端口同樣要能支持數據鏈路層的封裝和解封裝，以及許多較高級協議。　　路由處理器計算轉發表，實現路由協議，并運行對路由器進行配置和治理的軟件，同時，它還處理那些目的地址不在線卡轉發表中的包。　　
　　
　　三、各類路由器的特點　　
　　
　?。?）骨干級路由器　　
　　英特網目前由幾十個骨干網，每個骨干網服務幾千個小網絡，骨干級路由器實現企業級網絡的互連。因而，對它們的要求是速度和可靠性，而代價則處于次要地位。硬件可靠性可以采用電話交換網中使用的同樣的技術，如熱備份、雙電源、雙數據通路等來獲得。這些技術對所有骨干路由器而言差不多是標準的。所以這里要討論的是如何獲得高的路由速度。骨干IP路由器的主要性能瓶頸是在轉發表中查找某個路由所耗的時間。當收到一個包時，輸入端口在轉發表中查找該包的目的地址以確定其目的端口，當包越短或者當包要發往許多目的端口時，勢必增加路由查找的代價。因此，將一些常訪問的目的端口放到Cache中能夠提高路由查找的效率。不管是輸入緩沖還是輸出緩沖路由器，都存在路由查找的瓶頸問題。除了性能瓶頸問題，路由器的穩定性也是一個常被忽視的問題。　　
　?。?）企業級路由器　　
　　企業或校園級路由器連接許多終端系統，與骨干路由器追求速度而忽視代價不同，其主要目標是以盡量便宜的方法實現盡可能多的端點互連。并且進一步要求支持不同的服務質量。許多現有的企業網絡都是由HUB或網橋連接起來的以太網段。盡管這些設備價格便宜、易于安裝、無需配置，但是它們不支持服務等級。相反，有路由器參與的網絡能夠將機器分成多個碰撞域，并因此能夠控制一個網絡的大小。此外，路由器還支持一定的服務等級，至少答應分成多個優先級別。但是路由器的每端口造價要貴些，并且在能夠使用之前要進行大量的配置工作。因此，企業路由器的成敗就在于是否提供大量端口且每端口的造價很低，是否輕易配置，是否支持QoS。另外還要求企業級路由器有效地支持廣播和組播。此外，與骨干路由器僅支持IP協議不同，企業網絡還要處理歷史遺留的各種LAN技術，支持多種協議，包括IP，IPX和Vine, 它們還要支持防火墻，包過濾以及大量的治理和安全策略以及VLAN。　　
　　
　?。?）接入路由器　　
　　接入路由器連接家庭或ISP內的小型企業客戶。傳統的接入網絡用多個MODEM連接到某個終端服務器，服務許多慢速拔號連接。但是，現今的接入網絡已不是如此簡單了。首先，接入網絡已使用諸如ADSL、高速MODEM、電纜MODEM等多種接入技術。其次，使用家中的電話線撥號上網增加了電話網的負擔，因此，要盡量避免使用電話網來傳輸數據。第三，接入路由器已經開始不只是提供SLIP或PPP連接，還支持諸如PPTP和IPSec等虛擬私有網絡協議。這些協議要能在每個端口上運行。最后，諸如ADSL等技術將很快提高各家庭的可用帶寬，這將進一步增加接入路由器的負擔。由于這些趨勢，接入路由器將在不久的將來不得不支持許多異構和高速端口，并在各個端口能夠運行多種協議，同時還要避開電話交換網。
　　　　
　　路由器技術與應用問答　　
　　路由器具備條件和特點　　
　　路由器必須具備的基本條件：
　　
　　①兩個或兩個以上的接口；
　　
　?、趨f議至少實現到網絡層
　　
　　；③至少支持兩種以上的子網協議；
　　
　?、芫哂写鎯?、轉發、尋徑功能；
　　
　　⑤一組路由協議。
　　
　　路由器的主要特點有：①路由功能，包括數據包的路徑決策、負載平衡、多媒體傳輸（多播）等；②智能化網絡服務，包括QoS、訪問列表（防火墻）、驗證、授權、計費、鏈路備份、調試、治理等。　　
　　路由器的體系結構　　
　　從體系結構上看，路由器可以分為第一代單總線單CPU結構路由器、第二代單總線主從CPU結構路由器、第三代單總線對稱式多CPU結構路由器、第四代多總線多CPU結構路由器、第五代共享內存式結構路由器、第六代交叉開關體系結構路由器和基于機群系統的路由器等多類。　　
　　對處理能力要求高　　
　　首先，對路由器處理能力提出要求的是公用數據網上的骨干網。Internet提供的業務越來越豐富，用戶數目也迅速增長，驅使骨干網的帶寬速率越來越高。另外，多媒體應用越來越廣泛，這些應用對IP網絡有著更苛刻的要求。同時，傳統的局域網互聯也對骨干網提出了更高的要求。這些都是推動IP網絡路由器技術不斷提高其接口帶寬及處理能力的客觀因素。　　
　　多播適合于什么環境　　
　　為了適應Internet網絡上一點對多點傳送應用的需要（如天氣預告、網絡會議等），出現了一種新的傳輸模式——多播（Multicast）。多播主要用于視頻會議等應用場合，這種應用需要同一份數據能同時發送給多個用戶。多播適合于一點到多點的廣播式傳輸環境，同時也可適用多點到多點、多點到一點的傳輸情況。多播具有帶寬利用率高、減輕主機和路由器負擔、避免目地址不明所引起麻煩的優點。多播網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。相鄰的多播路由器再將單播IP頭剝掉，然后繼續進行多播傳輸。　　
　　怎樣選擇合適的路由器　　
　　選擇路由器還應遵循如下基本原則：①標準化原則；②技術簡單性原則；③環境適應性原則；④可治理性原則；⑤容錯冗余性原則。（張長青）　　　　
　　IPv6：快馬加鞭趕路程　　
　　IPv4資源日益緊張，為了解決這一問題，出現了IPv6新技術，下面我們探討幾個IP v6路由技術的問題。　　
　　路由表　　
　　IPv6網絡由一定數量的以部分交錯網格的形式互相連接的路由器組成。路由器的主要任務取決于所采用的網絡結構，IPv6使用一種通過網絡地址進行路由的技術。當信息包通過本地或者地理網絡接口到達一個路由器時，路由器把信息包轉交給它的轉發進程，這個進程分析發送地址，然后用這個地址來檢查路由表，并且確定向哪個接口傳送信息包。路由器上的路由表在IPv6路由中起到了非常重要的作用，對于路由器本身可以達到的子網，IPv6路由器的路由表只包含它的一個條目。路由表由子網、下一個路程段、類型、成本、期限和狀態等字段組成。路由表可以由合適的協議，如RIP或者OSPF等，手工或自動寫入。　　
　　路由算法　　
　　IPv4使用的路由算法不再適用，因為它們不能傳送128位的IPv6地址。IPv6使用三種主要協議：RIPv6(Routing Information PRotocol，路由信息協議)、OSPFv6(Open Sho rtest Path First，開放最短路徑優先)和IDRP v2(Inter-Domain Routing Protocol，域間路由協議 )以及可能的EIGRP和雙層的IS-IS。RIPv6是可以與IPv6共同使用的RIP版本。更新的RIP答應其接收128位地址，沒有增加新特性，沒有消除以前限制的相關前綴長度。這種選擇的原因是為了保持RIPv6的簡單性，由此它可以在非常簡單的設備上實現。OSPFv6是可以用于IPv6的OSPF版本，它也是IPv6推薦的IGP協議，作為所有路由器廠商的標準實現，它適于大型網絡。OSPFv6作為OSPF的更新，答應傳送新的128位地址和相關的前綴長度，在OSPFv6中，區域定義為128位地址。IDRP是和IPv6共同使用的的EGP協議，IDRP是一個路徑矢量協議，在OSI結構中是設計在CLNP ISO 8473協議使用的，在Inte rnet上作為EGP從BGP-4得出，適于和IPv6共同使用的IDRP版本是IDRPv2。　　
　　鄰居發現　　
　　當一個信息包必須在子網上進行路由時，傳輸過程必須在2層完成，也就是鏈路層。在一個子網中保持3層地址和鏈路層地址之間的映射可以使用多種方法。最聞名的方法是基于ARP的，IPv4中采用了這種方法，但是在IPv6中使用了新的鄰居發現協議。主機能夠了解到在一個鏈路上哪個路由器可以使用，也答應主機通過重定向信息包獲知哪個是最佳路由器，也答應所有的節點了解IPv6地址和鏈路地址的映射情況。這些功能是通過以下5種類型的信息實現的：路由宣告、路由器請求、路由重定向、鄰居請求和鄰居宣告。　　
　　多點傳送路由　　
　　多點傳送路由是指目的地址是一個多點傳送地址的信息包路由。在IPv6中，多點傳送路由的問題與IPv4中類似，只是功能有所加強，分別成為了ICMPv6和OSPFv6的一部分，而不是IPv4中的單獨協議，從而變成為IPv6整體的一部分。為了路由多點傳送信息包，IPv6中創建了一個分布樹（多點傳送樹）到達組里的所有成員。　　
　　結論　　
　　IPv6在路由技術上繼續了IPv4的有利方面，代表未來路由技術的發展方向，許多路由器廠商如CISCO、NOKIA等目前已經投入很大力量以生產支持IPv6的路由器。當然IPv6 也還有一些值得注重和效率不高的地方，據業內人士分析，IPv4/NAT和IPv6將會共存相當長的一段時間。

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