当前课程知识点：计算机网络 > 第四章 网络层 > 4.4 路由器结构 > 路由器结构
源主机发出的分组
经过若干路由器的转发
最终到达目的主机
而路由器的分组转发正是网络层的主要工作
路由器是一种具有多个输入端口
和多个输出端口的专用计算机
其任务是转发分组
也就是说
将路由器某个输入端口收到的分组
按照分组要去的目的地（即目的网络）
把该分组从路由器的某个合适的输出端口
转发给下一跳路由器
下一跳路由器也按照这种方法处理分组
直到该分组到达终点为止
我们先讨论典型路由器的结构
如图所示 整个路由器可划分为两大部分
即路由选择部分和分组转发部分
路由选择部分也叫做控制部分
其核心部分是路由选择处理机
路由选择处理机的任务
是根据所选定的路由选择协议
构造出路由表
同时经常或定期和相邻路由器交换路由信息
而不断更新和维护路由表
分组转发部分由3部分构成
即交换结构 一组输入端口和一组输出端口
请注意 这里的端口就是硬件接口
交换结构又称为交换组织
其作用是对分组进行处理
将分组从一个合适的输出端口转发出去
输入端口中的查找与转发功能
在路由器的交换功能中是最重要的
为使交换功能分散化
把复制的转发表放在每一个输入端口中
路由选择处理机负责对各转发表的副本更新
称为影子副本
输出端口负责从交换结构接收分组
然后把它们发送到路由器外面的线路上
请注意"转发"和"路由选择"是有区别的
在互联网中
"转发"就是路由器根据转发表
将用户的IP数据报从合适的端口转发出去
"转发"仅涉及一个路由器
而"路由选择"则涉及很多路由器
这些路由器按照复杂的路由算法
通常是分布式路由算法
根据从相邻路由器得到的
关于网络拓扑的变化情况
动态地改变所选择的路由
从而构造出路由表
路由表是根据路由选择算法得出的
而转发表是依据路由表计算出来的
转发表必须包含完成转发功能所必须的信息
在讨论路由选择的原理时
往往不去区分转发表和路由表的区别
路由器的输入端口有三个框
分别代表物理层 数据链路层和网络层的处理
物理层主要进行比特的接收
数据链路层则按照链路层协议
接收传送分组的帧
剥除帧首和帧尾
提取分组送入网络层处理
网络层处理模块的处理如下
若分组的接收者是路由器自己
则交给相应的上层协议处理
否则 网络层处理模块
按照分组的目的地址查找转发表
根据得出的结果
将分组经过交换结构送达合适的输出端口
当一个分组正在查找转发表时
后面又紧跟着从这个输入端口收到另一个分组
这个后到的分组就必须在队列中排队等待
因而产生一定的时延
交换结构把分组从一个输入端口
转移到某个合适的输出端口
是路由器的关键部件
实现交换结构的三种基本方式
分别是通过存储器 通过总线 通过互连网络
第一种通过存储器
当路由器的某个输入端口收到一个分组时
就用中断方式通知路由选择处理机
然后分组就从输入端口复制到存储器中
路由器处理机从分组首部提取目的地址
查找路由表
再将分组复制到合适的输出端口的缓存中
若存储器的带宽(读或写)为每秒M个分组
那么路由器的交换速率
即分组从输入端口传送到输出端口的速率
一定小于M/2
第二种通过总线
数据报从输入端口通过共享的总线
直接传送到合适的输出端口
而不需要路由选择处理机的干预
因为每一个要转发的分组都要通过这一条总线
因此路由器的转发带宽就受总线速率的限制
现代的技术已经可以将总线的带宽
提高到每秒吉比特的速率
因此许多的路由器产品
都采用这种通过总线的交换方式
第三种通过互连网络
也称为纵横交换结构
它有2N条纵横交叉的总线
可以使N个输入端口和N个输出端口相连接
当输入端口收到一个分组时
就将它发送到与该输入端口相连接的水平总线上
若通向所要转发的
输出端口的垂直总线是空闲的
则在这个结点将垂直总线与水平总线接通
然后将该分组转发到这个输出端口
但若该垂直总线已被占用
有另一个分组正在转发到同一个输出端口
则后到达的分组就被阻塞
必须在输入端口排队
我们再来观察分组在输出端口的处理情况
输出端口从交换结构接收分组
然后把它们发送到路由器外面的线路上
输出端口也有三个框
分别代表网络层
数据链路层和物理层的处理
在网络层的处理模块中设有一个缓冲区
实际上是一个队列
当交换结构传送过来的分组速率
超过输出链路的发送速率时
来不及发送的分组就暂存在该队列中
然后 数据链路层处理模块
将分组加上链路层的帧首和帧尾构成帧
再交由物理层发送到外部线路
分组在路由器的输入端口和输出端口
都可能会在队列中排队等候处理
若路由器处理分组的速率
赶不上分组进入队列的速率
则队列的存储空间最终必定减少到零
这就使后面再进入队列的分组
由于没有存储空间而只能被丢弃
分组丢失通常发生在路由器中的输入
或输出队列产生溢出时
-1.1 计算机网络的发展历程及其在信息时代中的作用
-1.2 互联网的组成
--互联网的组成
-1.3 电路交换和分组交换
-1.4 计算机网络的性能
--计算机网络的性能
-1.5 计算机网络体系结构和层次划分
-第一章
-2.1 数据通信系统模型
--数据通信系统模型
-2.2 导向型传输媒体
--导向型传输媒体
-2.3 光导纤维
--光导纤维
-2.4 非导向型传输媒体
--非导向型传输媒体
-2.5 信道的极限容量
--信道的极限容量
-2.6 信道复用技术
--信道复用技术
-2.7 ADSL
--ADSL
-第二章
-3.1 数据链路层的三个基本问题
-3.2 CSMA/CD协议
-3.3 虚拟局域网
--虚拟局域网
-3.4 扩展的以太网
--扩展的以太网
-3.5 高速以太网
--高速以太网
-第三章
-4.1 分类的IP地址-划分子网
-4.2 无分类编址-构造超网
-4.3 ICMP协议
--ICMP协议
-4.4 路由器结构
--路由器结构
-4.5 RIP协议
--RIP协议
-4.6 IP多播
--IP多播
-第四章
-5.1 用户数据报协议UDP
-5.2 TCP报文段首部格式
-5.3 可靠传输工作原理
--可靠传输工作原理
-5.4 字节为单位的滑动窗口实现
-第五章
-6.1 网络应用层
--网络应用层
-6.2 DNS
--DNS
-6.3 FTP
--FTP
-6.4 HTTP
--HTTP
-6.5 P2P
--P2P
-6.6 计算机网络面临的安全性威胁
-6.7 防火墙
--防火墙
--第六章
-7.1 交换机基本配置
--交换机基本配置
-7.2 路由器基本配置
--路由器基本配置
-7.3 交换机端口隔离
--交换机端口隔离
-7.4 跨交换机实现相同VLAN通信
-7.5 动态路由
--动态路由
-7.6 静态路由
--静态路由
