深入分析路由器的工作原理

深入分析路由器的工作原理

本文通过阐述TCP／IP网络中路由器的基本工作原理，介绍了IP路由器的几大功能，给出了静态路由协议和动态路由协议，还有内部网关协议和外部网关协议的概念，同时简要介绍了目前最常见的RIP、OSPF、BGP和BGP-4这几种路由协议，我们接着看描述了路由算法的设计目标和种类，着重介绍了链路状态法和距离向量法。在文章的最后，扼要讲述了新一代路由器的特征。

近十年来，跟随计算机网络规模的不断扩大，大型互联网络（如Internet）的迅猛发展，路由技术在网络技术中已逐渐成为主要部分，路由器也随之成为最重要的网络设备。网民的需要推动着路由技术的发展和路由器的普及，人们能够不满足于仅在本地网络上共享信息，而希望最大限度地使用全球每个地区、各种类型的网络资源。而在目前的情况下，每一个一个有必须规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），不管采取的是快速以大网技术、FDDI技术，或者ATM技术，都离不开路由器，不然的话就不能够正常运作和管理。

1.网络互连

把个人的网络同别的的网络互连起来，根据网络中获取很多的信息和向网络公布个人的消息，是网络互连的最主要的动力。网络的互连有多种方式，其中使用最多的是网桥互连和路由器互连。

1.1 网桥互连的网络

网桥工作在OSI模型中的第二层，即链路层。完成数据帧（frame）的转发，主要目的是在连接的网络间提供透明的通信。网桥的转发是根据数据帧中的源地址和目的地址来判断一个帧是不是应转发和转发到哪个端口。帧中的地址称为“MAC”地址或“硬件”地址，那么能够网卡所带的地址。

网桥的作用是把两个或多个网络互连起来，提供透明的通信。网络上的设备看不到网桥的存在，设备之间的通信就如同在一个网上一样方便。因为网桥是在数据帧上进行转发的，所以只可以连接相同或相似的网络（相同或相似结构的数据帧），如以太网之间、以太网与令牌环（token ring）之间的互连，对于不一样类型的网络（数据帧结构不一样），如以太网与X.25之间，网桥就没有能为力了。

网桥扩大了网络的规模，提高了网络的能力，给网络应用带着了方便，在以前的网络中，网桥的应用较为广泛。但网桥互连也带着了不少疑问：一个是广播风暴，网桥不阻挡网络中广播消息，当网络的规模较大时（几个网桥，多个以太网段），有可能导致广播风暴（broadcasting storm），导致整个网络全被广播信息充满，直至完全瘫痪。第二个疑问是，当与外部网络互连时，网桥会把内部和外部网络合二为一，成为一个网，双方都自动向对方完全开展个人的网络资源。我们接着看互连方式在与外部网络互连时显然是难以接受的。疑问的主要根源是网桥只是最大限度地把网络沟通，而不管传送的信息是什么。

1.2 路由器互连网络

路由器互连与网络的协议有关，我们讨论限于TCP／IP网络的情况。

路由器工作在OSI模型中的第三层，即网络层。路由器使用网络层定义的“逻辑”上的网络地址（即IP地址）来区别不一样的网络，做的更好网络的互连和隔离，保持每个网络的独立性。路由器不转发广播消息，而把广播消息限制在各自的网络内部。发送到别的网络的数据茵先被送到路由器，再由路由器转发出去。

IP路由器只转发IP分组，把其余的部分挡在网内（包括广播），根据而保持每个网络拥有比较的独立性，我们接着看能够组成拥有很多网络（子网）互连的大型的网络。因为是在网络层的互连，路由器可方便地连接不一样类型的网络，只要网络层运行的是IP协议，通过路由器就可互连起来。

网络中的设备用它们的网络地址（TCP／IP网络中为IP地址）互相通信。IP地址是与硬件地址没有关系的“逻辑”地址。路由器只根据IP地址来转发数据。IP地址的结构有两部分，一部分定义网络号，另一部分定义网络内的主机号。目前，在Internet网络中采取子网掩码来确定IP地址中网络地址和主机地址。子网掩码与IP地址一样也是32bit，并且两者是一一对应的，并规定，子网掩码中数字为“1”所对应的IP地址中的部分为网络号，为“0”所对应的则为主机号。网络号和主机号合起来，才构成一个完整的IP地址。同一个网络中的主机IP地址，其网络号必须是相同的，这种网络称为IP子网。

通信只可以在拥有相同网络号的IP地址之间进行，要与别的IP子网的主机进行通信，则必须通过同一网络上的某个路由器或网关（gateway）出去。不一样网络号的IP地址不能够直接通信，即使它们接在一起，也不能够通信。

路由器有多个端口，用于连接多个IP子网。每个端口的IP地址的网络号需要与所连接的IP子网的网络号相同。不一样的端口为不一样的网络号，对应不一样的IP子网，我们接着看才能使各子网中的主机通过个人子网的IP地址把需要出去的IP分组送到路由器上。

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