输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。第三，为了提供QoS（服务质量），端口要对收到的数据包进行业务分类，分成几个预定义的服务级别。第四，端口可能需要运行诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源（如交换开关）的仲裁协议。普通路由器中该部分的功能完全由路由器的中央处理器来执行，制约了数据包的转发速率（每秒几千到几万个数据包）。高端路由器中普遍实现了分布式硬件处理，接口部分有强大的CPU处理器和大容量的高速缓存，使接口数据速率达到10Gbps，满足了高速骨干网络的传输要求。
路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。
交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。
路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。
输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先等级要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。
一般而言，路由器对一个数据包的交换要经过一系列的复杂处理，主要有以下几个方面：
1）压缩和解压缩
2）加密和解密
3）用输入/输出访问列表进行报文过滤
4）输入速率限制
5）进行网络地址翻译（NAT）
6）处理影响本报文的任何策略路由
7）应用防火墙特性对包进行检查
8）处理Web页缓冲的重定向
9）物理广播处理，如帮助性地址（ip help address）
10）利用启用的QoS机制对数据包排队
11）TTL值的处理
12）处理IP头部中的任选项
13）检查数据包的完整性
路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。
交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。
路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。
输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先等级要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。
一般而言，路由器对一个数据包的交换要经过一系列的复杂处理，主要有以下几个方面：
1）压缩和解压缩
2）加密和解密
3）用输入/输出访问列表进行报文过滤
4）输入速率限制
5）进行网络地址翻译（NAT）
6）处理影响本报文的任何策略路由
7）应用防火墙特性对包进行检查
8）处理Web页缓冲的重定向
9）物理广播处理，如帮助性地址（ip help address）
10）利用启用的QoS机制对数据包排队
11）TTL值的处理
12）处理IP头部中的任选项
13）检查数据包的完整性
温馨提示：内容为网友见解，仅供参考
第1个回答 2020-10-20
输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。第三，为了提供QoS（服务质量），端口要对收到的数据包进行业务分类，分成几个预定义的服务级别。第四，端口可能需要运行诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源（如交换开关）的仲裁协议。普通路由器中该部分的功能完全由路由器的中央处理器来执行，制约了数据包的转发速率（每秒几千到几万个数据包）。高端路由器中普遍实现了分布式硬件处理，接口部分有强大的CPU处理器和大容量的高速缓存，使接口数据速率达到10Gbps，满足了高速骨干网络的传输要求。
路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。
交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。
路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。
输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先等级要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。
一般而言，路由器对一个数据包的交换要经过一系列的复杂处理，主要有以下几个方面：
1）压缩和解压缩
2）加密和解密
3）用输入/输出访问列表进行报文过滤
4）输入速率限制
5）进行网络地址翻译（NAT）
6）处理影响本报文的任何策略路由
7）应用防火墙特性对包进行检查
8）处理Web页缓冲的重定向
9）物理广播处理，如帮助性地址（ip help address）
10）利用启用的QoS机制对数据包排队
11）TTL值的处理
12）处理IP头部中的任选项
13）检查数据包的完整性
二、路由器的软件体系
路由器是在软件控制下进行工作的，与普通操作系统相比，其软件系统是比较简洁、全部驻留在存储器当中且受限于原始平台的一种操作系统。在商用实时操作系统的内核基础上开发一个包含TCP/IP协议栈的接口平台，辅以各种功能模块，形成完整的软件系统。为最大限度地提高路由器快速交换报文的能力，该操作系统被设计为具有最小的操作性开销，同时允许CPU使用最大的带宽进行报文交换。其体系结构如图所示。

图2 路由器软件体系结构
路由器的软件系统主要有五个组成部分：
1、进程：由执行特定任务的独立线程和相关的数据组成，如系统配置维护的telnet守护进程、客户端进程，FTP进程、TFTP进程，SNMP进程，各种协议进程：IP、TCP、UDP、RIP、OSPF、BGP、ARP、ICMP、IGMP，其它有加解密进程、报文过滤进程、NAT进程等。
2、内核：为系统的其它部分提供基本的系统服务，如存储器管理、进程调度、定时器和时钟管理。它为进程提供了硬件（CPU和存储器）资源的管理。
3、报文缓冲：用来存放将要被交换的报文。
4、设备驱动程序：控制网络接口硬件设备及其它外围设备（如Flash）。设备驱动程序接口位于进程、内核、硬件之间，同时与交换控制软件有接口。
5、交换控制软件：根据转发方式控制报文的交换，在高端线速路由器中该部分功能由硬件实现。
三、网络层的几个基本概念
路由器工作在OSI参考模型第三层——网络层，是一种实现网络服务的设备，它以不同的速度为大量链路和子网提供接口。路由器是有源的且具有智能的网络节点，从而能够参与网络管理。
1、被动路由协议与路由选择协议
被动路由协议（routed protocols）：指任何在网络层地址中提供了足够信息的网络协议，该网络协议允许将数据包从一个主机转发到以寻址方案为基础的另一个主机。被动路由协议定义了数据包内各字段的格式和用途。数据包一般都从一个端系统传动到另一个端系统。IP协议就是一个被动路由协议。
路由选择协议（routing protocol）：通过提供共享路由选择信息机制来支持被动路由协议。路由选择协议消息在路由器之间传送。路由选择协议允许路由器与其他路由器通信来修改和维护路由选择表。路由选择协议有：RIP、OSPF、IGRP等。如图4-3说明了被动路由协议和路由选择协议的关系。

图3 被动路由协议用于引导信息，路由选择协议用在路由器之间维护路由表
2、网络层协议的工作
当一台主机上的应用需要向另一个网络上的目的主机发送数据包时，路由器的一个接口会收到一个数据链路帧。网络层进程通过检查数据包报头来确定目的网络，然后查询与网络出口的接口相联系的路由表，如图4。
数据包重新封装在选定接口的数据链路帧中，排队等待分发到路径的下一站路由器（hop）。
在数据包通过另一个路由器交换时都要发生这个过程，在与包含目的主机的网络相连接的路由器中，数据包再次封装成目的LAN数据链路帧的类型并被发送到目的主机。
图4 每个路由器都为其上层功能提供其各种服务
3、静态路由、动态路由、缺省路由
由系统管理员事先设置好固定的路由称之为静态（static）路由，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络拓扑结构的改变而改变。此时网络的可达性不依赖于网络自身的存在和状态，不管目的网络存在或不存在，静态路由都会保存在路由转发表中，IP业务量仍然向着目的地发送。静态路由允许互联网管理员指定在有限的划分中哪些是可以公开的。当一个网络只能通过一个路径到达时，对这个网络用静态路由就足够了，这种划分称为存根（stub）网络。对一个存根网络配置
静态路由选择，避免了动态路由选择的开销。如图5显示了静态路由的用途

图5 静态路由
动态（Dynamic）路由是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。此时网络可达性依赖于网络的存在和状态。如果一个目的地不存在，则路由会从路由转发表中消失，IP包业务量不会向该目的地发送。使用动态路由可以很好的适应拓扑结构的变化。它可以在网络的不同路径间改变流量方向。
缺省路由是一个路由表入口，用来指明一些在下一跳没有明确地列于路由表中的帧。缺省路由可以说是管理员的静态配置的结果。如图6显示了缺省路由的用途

图6缺省路由
4、用度量表示距离
当一个路由选择算法改变路由表时，它的首要目标时确定要包含在表中的最佳信息。每个选路算法以自己的方式解释最佳路径。算法为通过网络的每条路径生成了一个数字，称为度量值（metric）。其典型意义是该度量值越小，这条路径就越好。（如图7示）

图7用于选择最佳路由路径的各种度量
度量的计算可以基于路径的一个特征，或是将几个特征结合起来计算出更复杂的度量。如图所示，用于度量计算的几个路径特征。路由器中最常用的度量如下：
1）跳数（hop count）：数据包到达目的必须通过的路由器数。跳数越少，该路由越好。路径长被用于描述到达目的的跳数；
2）带宽（Bandwidth）：链路的数据能力。如：一个10Mb/s的T1链路优于64kb/s的专线；
3）时延（delay）：把数据包从源送到目的地所需的时间；
4）负荷（load）：网络资源如路由器和链路上的活动数量；
5）可靠性（reliability）：指每条网络链路上的差错率；
6）滴答数（Ticks）：用IBM PC的时钟滴答（大约55ms）计数的数据链路延迟；
7）开销（cost）：是一个变化的值，通常基于带宽、花费的钱数或其他由网络管理员指定的单位。
路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。
交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。
路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。
输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先等级要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。
一般而言，路由器对一个数据包的交换要经过一系列的复杂处理，主要有以下几个方面：
1）压缩和解压缩
2）加密和解密
3）用输入/输出访问列表进行报文过滤
4）输入速率限制
5）进行网络地址翻译（NAT）
6）处理影响本报文的任何策略路由
7）应用防火墙特性对包进行检查
8）处理Web页缓冲的重定向
9）物理广播处理，如帮助性地址（ip help address）
10）利用启用的QoS机制对数据包排队
11）TTL值的处理
12）处理IP头部中的任选项
13）检查数据包的完整性
二、路由器的软件体系
路由器是在软件控制下进行工作的，与普通操作系统相比，其软件系统是比较简洁、全部驻留在存储器当中且受限于原始平台的一种操作系统。在商用实时操作系统的内核基础上开发一个包含TCP/IP协议栈的接口平台，辅以各种功能模块，形成完整的软件系统。为最大限度地提高路由器快速交换报文的能力，该操作系统被设计为具有最小的操作性开销，同时允许CPU使用最大的带宽进行报文交换。其体系结构如图所示。

图2 路由器软件体系结构
路由器的软件系统主要有五个组成部分：
1、进程：由执行特定任务的独立线程和相关的数据组成，如系统配置维护的telnet守护进程、客户端进程，FTP进程、TFTP进程，SNMP进程，各种协议进程：IP、TCP、UDP、RIP、OSPF、BGP、ARP、ICMP、IGMP，其它有加解密进程、报文过滤进程、NAT进程等。
2、内核：为系统的其它部分提供基本的系统服务，如存储器管理、进程调度、定时器和时钟管理。它为进程提供了硬件（CPU和存储器）资源的管理。
3、报文缓冲：用来存放将要被交换的报文。
4、设备驱动程序：控制网络接口硬件设备及其它外围设备（如Flash）。设备驱动程序接口位于进程、内核、硬件之间，同时与交换控制软件有接口。
5、交换控制软件：根据转发方式控制报文的交换，在高端线速路由器中该部分功能由硬件实现。
三、网络层的几个基本概念
路由器工作在OSI参考模型第三层——网络层，是一种实现网络服务的设备，它以不同的速度为大量链路和子网提供接口。路由器是有源的且具有智能的网络节点，从而能够参与网络管理。
1、被动路由协议与路由选择协议
被动路由协议（routed protocols）：指任何在网络层地址中提供了足够信息的网络协议，该网络协议允许将数据包从一个主机转发到以寻址方案为基础的另一个主机。被动路由协议定义了数据包内各字段的格式和用途。数据包一般都从一个端系统传动到另一个端系统。IP协议就是一个被动路由协议。
路由选择协议（routing protocol）：通过提供共享路由选择信息机制来支持被动路由协议。路由选择协议消息在路由器之间传送。路由选择协议允许路由器与其他路由器通信来修改和维护路由选择表。路由选择协议有：RIP、OSPF、IGRP等。如图4-3说明了被动路由协议和路由选择协议的关系。

图3 被动路由协议用于引导信息，路由选择协议用在路由器之间维护路由表
2、网络层协议的工作
当一台主机上的应用需要向另一个网络上的目的主机发送数据包时，路由器的一个接口会收到一个数据链路帧。网络层进程通过检查数据包报头来确定目的网络，然后查询与网络出口的接口相联系的路由表，如图4。
数据包重新封装在选定接口的数据链路帧中，排队等待分发到路径的下一站路由器（hop）。
在数据包通过另一个路由器交换时都要发生这个过程，在与包含目的主机的网络相连接的路由器中，数据包再次封装成目的LAN数据链路帧的类型并被发送到目的主机。
图4 每个路由器都为其上层功能提供其各种服务
3、静态路由、动态路由、缺省路由
由系统管理员事先设置好固定的路由称之为静态（static）路由，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络拓扑结构的改变而改变。此时网络的可达性不依赖于网络自身的存在和状态，不管目的网络存在或不存在，静态路由都会保存在路由转发表中，IP业务量仍然向着目的地发送。静态路由允许互联网管理员指定在有限的划分中哪些是可以公开的。当一个网络只能通过一个路径到达时，对这个网络用静态路由就足够了，这种划分称为存根（stub）网络。对一个存根网络配置
静态路由选择，避免了动态路由选择的开销。如图5显示了静态路由的用途

图5 静态路由
动态（Dynamic）路由是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。此时网络可达性依赖于网络的存在和状态。如果一个目的地不存在，则路由会从路由转发表中消失，IP包业务量不会向该目的地发送。使用动态路由可以很好的适应拓扑结构的变化。它可以在网络的不同路径间改变流量方向。
缺省路由是一个路由表入口，用来指明一些在下一跳没有明确地列于路由表中的帧。缺省路由可以说是管理员的静态配置的结果。如图6显示了缺省路由的用途

图6缺省路由
4、用度量表示距离
当一个路由选择算法改变路由表时，它的首要目标时确定要包含在表中的最佳信息。每个选路算法以自己的方式解释最佳路径。算法为通过网络的每条路径生成了一个数字，称为度量值（metric）。其典型意义是该度量值越小，这条路径就越好。（如图7示）

图7用于选择最佳路由路径的各种度量
度量的计算可以基于路径的一个特征，或是将几个特征结合起来计算出更复杂的度量。如图所示，用于度量计算的几个路径特征。路由器中最常用的度量如下：
1）跳数（hop count）：数据包到达目的必须通过的路由器数。跳数越少，该路由越好。路径长被用于描述到达目的的跳数；
2）带宽（Bandwidth）：链路的数据能力。如：一个10Mb/s的T1链路优于64kb/s的专线；
3）时延（delay）：把数据包从源送到目的地所需的时间；
4）负荷（load）：网络资源如路由器和链路上的活动数量；
5）可靠性（reliability）：指每条网络链路上的差错率；
6）滴答数（Ticks）：用IBM PC的时钟滴答（大约55ms）计数的数据链路延迟；
7）开销（cost）：是一个变化的值，通常基于带宽、花费的钱数或其他由网络管理员指定的单位。
第2个回答 2020-10-20
输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。第三，为了提供QoS（服务质量），端口要对收到的数据包进行业务分类，分成几个预定义的服务级别。第四，端口可能需要运行诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源（如交换开关）的仲裁协议。普通路由器中该部分的功能完全由路由器的中央处理器来执行，制约了数据包的转发速率（每秒几千到几万个数据包）。高端路由器中普遍实现了分布式硬件处理，接口部分有强大的CPU处理器和大容量的高速缓存，使接口数据速率达到10Gbps，满足了高速骨干网络的传输要求。
路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。
交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。
路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。
输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先等级要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。
路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。优化交换在快速交换的基础上略作改进，将缓存表的数据结构作了改变，用深度为4的256叉树代替了深度为32的2叉树或哈希表（hash），CPU的查找时间进一步缩短。这两种转发方式在中高档路由器中普遍加以应用。在骨干路由器中由于路由表条目的成倍增加，路由表或ARP表的任何变化都会引起大部分路由缓冲失效，以前的交换方式都不再适用，最新的交换方式是分布式快速交换，它在每个接口处理板上构建一个镜像（mirror）路由表和MAC地址表相结合的转发表，该表是深度为4的256叉树，但每个节点的数据部分是指向另一个称为邻接表的指针，邻接表中含有路由器成帧所需要的全部信息。这种结构使得转发表完全由路由表和ARP表来同步更新，本身不再需要额外的老化进程，克服了其它交换方式需要不断对缓存表进行老化的缺陷。
交换结构最常见的有总线型、共享内存型、Cross-bar空分结构型。总线型结构最简单，所有输入和输出接口挂在一个总线上，同一时间只有两个接口通过总线交换数据。其缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。在调度共享数据传输通道上必须花费一定的开销，而且总线带宽的扩展受到限制，制约了交换容量的扩张，一般在中档路由器中使用这种结构。共享内存型结构中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但它受限于内存的访问速度和存储器的管理效率，尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。共享内存型结构在早期的中低档路由器中普遍应用。Cross-bar空分结构相当于多条并行工作的总线，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。对流经它的数据不断进行开关切换，可见开关速度决定了交换容量，随着各种高速器件的不断涌现，这种结构的交换容量普遍达到几十Gbps以上，成为目前高端路由器和交换机的首选交换结构。
路由计算或处理部分主要是运行动态路由协议。接收和发送路由信息，计算出路由表，为数据包的转发提供依据。各种档次的路由器的路由表条目的大小存在很大差异，从几千条到几百万条不等，因此高端路由器的路由表的构造对路由查找速度影响很大，其路由表的数据结构常采用二叉树的形式，查找与更新的速度都比较快。
输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先等级要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。
第3个回答 2020-10-20
路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。路由器英文名Router，路由器是互联网络的枢纽、"交通警察"。目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已经成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。
处理器
和其他计算机一样，运行着10S的路由器也包含了一个“中央处理器”(CPU)。不同系列和型号的路由器，CPU也不尽相同。路由器的处理器负责执行处理数据包所需的工作，比如维护路由和桥接所需的各种表格以及作出路由决定等等。路由器处理数据包的速度在很大程度上取决于处理器的类型。
内存
所有计算机都安装丁某些形式的内存。路由器主要采用了四种类型：
只读内存(ROM)。
闪存
随机存取内存(RAM)。
非易失性RAM(NVRAM)。
在所有类型的内存中，RAM是会在路由器启动或供电间隙时丢失其内容的唯一一种内存，在下面的介绍中，我们将简单说明路由器的每种内存的主要用途。ROM保存着路由器的引导(启动)软件。这是路由器运行的第一个软件，负责让路由器进入正常工作状态。有些路由器将一套完整的IOS保存在ROM中，以便在另——个IOS不能使用时。作救急之用。ROM通常做在一个或多个芯片上，焊接在路由器的主机板上。
闪存的主要用途是保存10S软件，维持路由器的正常工作。若路由器安装了闪存，它便是用来引导路由器的10S软件的默认位置。只要闪存容量足够，使可保存多个IOS映像，以提供多重启动选项。闪存要么做在主机板的SIMM上，要么做成一张PCMCIA卡。RAM的作用很广泛，在此不可能一一列出。但有两样东西值得一提，即IOS系统表与缓冲。IOS通过RAM满足其所有的常规存储需要，NVRAM的主要作用是保存IOS在路由器启动时读入的路由器配置数据。这种路由器配置称为“启动配置”。
接口
所有路由器都有“接口”(Interface)。在前面，我们已列出了路由器支持的部分接口类型。在采用I0S的路由器中，每个接口都有自己的名字和编号。一个接口的全名由它的类型标识以及至少一个数字构成。编号自零0开始。对那些接口已固定下来的路由器，或采用模块化接口，只有关闭主机才可变动的路由器，在接口的全名中，就只有一个数字，而且根据它们在路由器中物理顺序进行编号。例如，Ethernet0是第一个以太网接口的名称;而Serial2是第三个串口的名称。
若路由器支持“在线插入和删除”，或具有动态〔不关闭路由器)更改物理接口路由器配置的能力(卡的热插拔)，那么一个接口的全名至少应包含两个数字、中间用一个正斜杠分隔(/)。其中，第一个数字代表插槽编号，接口处理器卡将安装在这个插槽上;第二个数字代表接口处理器的端口编号。比如在一个7507路由器中，Ethernet5/0代表的便是位于5号槽上的第一个以太网接口——假定5号槽插接了一张以太网接口处理器卡。有的路由器还支持“万用接口处理器”(VIP)。VIP上的某个接口名由三个数字组成，中间也用一个正斜杠分隔(/)。接口编号的形式是“插槽/端口适配器/端口”。例如，Ethemet4/0/1是指4号槽上第一个端口适配器的第二个以太网接口。初次接触这些编号方式，也许会觉得有些迷惑。但不要担心，有办法可以让路由器告诉我们它的所有接口的全名。
处理器
和其他计算机一样，运行着10S的路由器也包含了一个“中央处理器”(CPU)。不同系列和型号的路由器，CPU也不尽相同。路由器的处理器负责执行处理数据包所需的工作，比如维护路由和桥接所需的各种表格以及作出路由决定等等。路由器处理数据包的速度在很大程度上取决于处理器的类型。
内存
所有计算机都安装丁某些形式的内存。路由器主要采用了四种类型：
只读内存(ROM)。
闪存
随机存取内存(RAM)。
非易失性RAM(NVRAM)。
在所有类型的内存中，RAM是会在路由器启动或供电间隙时丢失其内容的唯一一种内存，在下面的介绍中，我们将简单说明路由器的每种内存的主要用途。ROM保存着路由器的引导(启动)软件。这是路由器运行的第一个软件，负责让路由器进入正常工作状态。有些路由器将一套完整的IOS保存在ROM中，以便在另——个IOS不能使用时。作救急之用。ROM通常做在一个或多个芯片上，焊接在路由器的主机板上。
闪存的主要用途是保存10S软件，维持路由器的正常工作。若路由器安装了闪存，它便是用来引导路由器的10S软件的默认位置。只要闪存容量足够，使可保存多个IOS映像，以提供多重启动选项。闪存要么做在主机板的SIMM上，要么做成一张PCMCIA卡。RAM的作用很广泛，在此不可能一一列出。但有两样东西值得一提，即IOS系统表与缓冲。IOS通过RAM满足其所有的常规存储需要，NVRAM的主要作用是保存IOS在路由器启动时读入的路由器配置数据。这种路由器配置称为“启动配置”。
接口
所有路由器都有“接口”(Interface)。在前面，我们已列出了路由器支持的部分接口类型。在采用I0S的路由器中，每个接口都有自己的名字和编号。一个接口的全名由它的类型标识以及至少一个数字构成。编号自零0开始。对那些接口已固定下来的路由器，或采用模块化接口，只有关闭主机才可变动的路由器，在接口的全名中，就只有一个数字，而且根据它们在路由器中物理顺序进行编号。例如，Ethernet0是第一个以太网接口的名称;而Serial2是第三个串口的名称。
若路由器支持“在线插入和删除”，或具有动态〔不关闭路由器)更改物理接口路由器配置的能力(卡的热插拔)，那么一个接口的全名至少应包含两个数字、中间用一个正斜杠分隔(/)。其中，第一个数字代表插槽编号，接口处理器卡将安装在这个插槽上;第二个数字代表接口处理器的端口编号。比如在一个7507路由器中，Ethernet5/0代表的便是位于5号槽上的第一个以太网接口——假定5号槽插接了一张以太网接口处理器卡。有的路由器还支持“万用接口处理器”(VIP)。VIP上的某个接口名由三个数字组成，中间也用一个正斜杠分隔(/)。接口编号的形式是“插槽/端口适配器/端口”。例如，Ethemet4/0/1是指4号槽上第一个端口适配器的第二个以太网接口。初次接触这些编号方式，也许会觉得有些迷惑。但不要担心，有办法可以让路由器告诉我们它的所有接口的全名。
第4个回答 2020-10-20
路由器的组成大致可以分成两部分：内部构件和外部构件 内部构件：
1、RAM（随机存储器） 功能：存放路由表；存放ARP告诉缓存；存放快速交换缓存；存放分组交换缓冲；存放解压后的IOS；路由器加电后，存放running配置文件； 特点：重启或者断电后，RAM中的内容丢失。
2、NVRAM（非易失性RAM） 功能：存储路由器的startup配置文件；存储路由器的备份。 特点：重启或者断电后内容不丢失。
3、FLASH（快速闪存） 功能：存放IOS和微代码。 特点：重启或者断电后内容不丢失；可存放多个IOS版本（在容量许可的前提下）；允许软件升级不需替换CPU中的芯片。
4、ROM(只读存储器) 功能：存放POST诊断所需的指令；存放mini-ios；存放ROM监控模式的代码。 特点：ROM中的软件升级需要更换CPU的芯片（还好这种情况比较少遇到）
5、CPU（中央处理器） 衡量路由器性能的重要指标，负责路由计算，路由选择等。
6、背板： 背板能力是一个重要参数，尤其在交换机中。 外部构件： 各种接口：主要有以太口（10M），快速以太口（100M），只适应以太口（10M/100M）,光纤口（1000M），console口），辅助口（AUX口） 还有就是开关和电源接口。
1、RAM（随机存储器） 功能：存放路由表；存放ARP告诉缓存；存放快速交换缓存；存放分组交换缓冲；存放解压后的IOS；路由器加电后，存放running配置文件； 特点：重启或者断电后，RAM中的内容丢失。
2、NVRAM（非易失性RAM） 功能：存储路由器的startup配置文件；存储路由器的备份。 特点：重启或者断电后内容不丢失。
3、FLASH（快速闪存） 功能：存放IOS和微代码。 特点：重启或者断电后内容不丢失；可存放多个IOS版本（在容量许可的前提下）；允许软件升级不需替换CPU中的芯片。
4、ROM(只读存储器) 功能：存放POST诊断所需的指令；存放mini-ios；存放ROM监控模式的代码。 特点：ROM中的软件升级需要更换CPU的芯片（还好这种情况比较少遇到）
5、CPU（中央处理器） 衡量路由器性能的重要指标，负责路由计算，路由选择等。
6、背板： 背板能力是一个重要参数，尤其在交换机中。 外部构件： 各种接口：主要有以太口（10M），快速以太口（100M），只适应以太口（10M/100M）,光纤口（1000M），console口），辅助口（AUX口） 还有就是开关和电源接口。
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