路由器硬體結構是什麼

　　你知道路由器的硬體結構嗎?下面將由小編帶大家來解答這個疑問吧，希望對大家有所收穫!

　　路由器的概念

　　路由器***Router***，是連線因特網中各區域網、廣域網的裝置，它會根據通道的情況自動選擇和設定路由，以最佳路徑，按前後順序傳送訊號。 路由器是網際網路絡的樞紐，"交通警察"。目前路由器已經廣泛應用於各行各業，各種不同檔次的產品已成為實現各種骨幹網內部連線、骨幹網間互聯和骨幹網與網際網路互聯互通業務的主力軍。路由和交換機之間的主要區別就是交換機發生在OSI參考模型第二層***資料鏈路層***，而路由發生在第三層，即網路層。這一區別決定了路由和交換機在移動資訊的過程中需使用不同的控制資訊，所以說兩者實現各自功能的方式是不同的。

　　路由器***Router***又稱閘道器裝置***Gateway***是用於連線多個邏輯上分開的網路，所謂邏輯網路是代表一個單獨的網路或者一個子網。當資料從一個子網傳輸到另一個子網時，可通過路由器的路由功能來完成。因此，路由器具有判斷網路地址和選擇IP路徑的功能，它能在多網路互聯環境中，建立靈活的連線，可用完全不同的資料分組和介質訪問方法連線各種子網，路由器只接受源站或其他路由器的資訊，屬網路層的一種互聯裝置。

　　路由器的硬體構成

　　一、路由器的硬體構成

　　路由器主要由以下幾個部分組成：輸入/輸出介面部分、包轉發或交換結構部分***switching fabric***、路由計算或處理部分。

　　輸入埠是物理鏈路和輸入包的進口處。埠通常由線卡提供，一塊線卡一般支援4、8或16個埠，一個輸入埠具有許多功能。第一個功能是進行資料鏈路層的封裝和解封裝。第二個功能是在轉發表中查詢輸入包目的地址從而決定目的埠***稱為路由查詢***，路由查詢可以使用一般的硬體來實現，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***服務質量***，埠要對收到的資料包進行業務分類，分成幾個預定義的服務級別。第四，埠可能需要執行諸如SLIP***序列線網際協議***和PPP***點對點協議***這樣的資料鏈路級協議或者諸如PPTP***點對點隧道協議***這樣的網路級協議。一旦路由查詢完成，必須用交換開關將包送到其輸出埠。如果路由器是輸入端加佇列的，則有幾個輸入端共享同一個交換開關。這樣輸入埠的最後一項功能是參加對公共資源***如交換開關***的仲裁協議。普通路由器中該部分的功能完全由路由器的中央處理器來執行，制約了資料包的轉發速率***每秒幾千到幾萬個資料包***。高階路由器中普遍實現了分散式硬體處理，介面部分有強大的CPU處理器和大容量的快取記憶體，使介面資料速率達到10Gbps，滿足了高速骨幹網路的傳輸要求。

　　路由器的轉發機制對路由器的效能影響很大，常見的轉發方式有：程序轉發、快速轉發、優化轉發、分散式快速轉發。程序轉發將資料包從介面快取拷貝到處理器的快取中進行處理，先檢視路由表再檢視ARP表，重新封裝資料包後將資料包拷貝到介面快取中準備傳送出去，兩次查表和拷貝資料極大的佔用CPU的處理時間，所以這是最慢的交換方式，只在低檔路由器中使用。快速交換將兩次查表的結果作了快取，無需拷貝資料，所以CPU處理資料包的時間縮短了。優化交換在快速交換的基礎上略作改進，將快取表的資料結構作了改變，用深度為4的256叉樹代替了深度為32的2叉樹或雜湊表***hash***，CPU的查詢時間進一步縮短。這兩種轉發方式在中高檔路由器中普遍加以應用。在骨幹路由器中由於路由表條目的成倍增加，路由表或ARP表的任何變化都會引起大部分路由緩衝失效，以前的交換方式都不再適用，最新的交換方式是分散式快速交換，它在每個介面處理板上構建一個映象***mirror***路由表和MAC地址表相結合的轉發表，該表是深度為4的256叉樹，但每個節點的資料部分是指向另一個稱為鄰接表的指標，鄰接表中含有路由器成幀所需要的全部資訊。這種結構使得轉發表完全由路由表和ARP表來同步更新，本身不再需要額外的老化程序，克服了其它交換方式需要不斷對快取表進行老化的缺陷。

　　交換結構最常見的有匯流排型、共享記憶體型、Cross-bar空分結構型。匯流排型結構最簡單，所有輸入和輸出介面掛在一個總線上，同一時間只有兩個介面通過匯流排交換資料。其缺點是其交換容量受限於匯流排的容量以及為共享匯流排仲裁所帶來的額外開銷。在排程共享資料傳輸通道上必須花費一定的開銷，而且匯流排頻寬的擴充套件受到限制，制約了交換容量的擴張，一般在中檔路由器中使用這種結構。共享記憶體型結構中，進來的包被存貯在共享存貯器中，所交換的僅是包的指標，這提高了交換容量，但它受限於記憶體的訪問速度和儲存器的管理效率，儘管存貯器容量每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。共享記憶體型結構在早期的中低檔路由器中普遍應用。Cross-bar空分結構相當於多條並行工作的匯流排，具有N×N個交叉點的交叉開關可以被認為具有2N條匯流排。如果一個交叉是閉合，輸入總線上的資料在輸出總線上可用，否則不可用。對流經它的資料不斷進行開關切換，可見開關速度決定了交換容量，隨著各種高速器件的不斷湧現，這種結構的交換容量普遍達到幾十Gbps以上，成為目前高階路由器和交換機的首選交換結構。

　　路由計算或處理部分主要是執行動態路由協議。接收和傳送路由資訊，計算出路由表，為資料包的轉發提供依據。各種檔次的路由器的路由表條目的大小存在很大差異，從幾千條到幾百萬條不等，因此高階路由器的路由表的構造對路由查詢速度影響很大，其路由表的資料結構常採用二叉樹的形式，查詢與更新的速度都比較快。

　　輸出埠在包被髮送到輸出鏈路之前對包存貯，可以實現複雜的排程演算法以支援優先等級要求。與輸入埠一樣，輸出埠同樣要能支援資料鏈路層的封裝和解封裝，以及許多較高階協議。

　　一般而言，路由器對一個數據包的交換要經過一系列的複雜處理，主要有以下幾個方面：

　　1***壓縮和解壓縮

　　2***加密和解密

　　3***用輸入/輸出訪問列表進行報文過濾

　　4***輸入速率限制

　　5***進行網路地址翻譯***NAT***

　　6***處理影響本報文的任何策略路由

　　7***應用防火牆特性對包進行檢查

　　8***處理Web頁緩衝的重定向

　　9***物理廣播處理，如幫助性地址***ip help address***

　　10***利用啟用的QoS機制對資料包排隊

　　11***TTL值的處理

　　12***處理IP頭部中的任選項

　　13***檢查資料包的完整性

　　二、路由器的軟體體系

　　路由器是在軟體控制下進行工作的，與普通作業系統相比，其軟體系統是比較簡潔、全部駐留在儲存器當中且受限於原始平臺的一種作業系統。在商用實時作業系統的核心基礎上開發一個包含TCP/IP協議棧的介面平臺，輔以各種功能模組，形成完整的軟體系統。為最大限度地提高路由器快速交換報文的能力，該作業系統被設計為具有最小的操作性開銷，同時允許CPU使用最大的頻寬進行報文交換。

　　路由器的軟體系統主要有五個組成部分：

　　1、程序：由執行特定任務的獨立執行緒和相關的資料組成，如系統配置維護的telnet守護程序、客戶端程序，FTP程序、TFTP程序，SNMP程序，各種協議程序：IP、TCP、UDP、RIP、OSPF、BGP、ARP、ICMP、IGMP，其它有加解密程序、報文過濾程序、NAT程序等。

　　2、核心：為系統的其它部分提供基本的系統服務，如儲存器管理、程序排程、定時器和時鐘管理。它為程序提供了硬體***CPU和儲存器***資源的管理。

　　3、報文緩衝：用來存放將要被交換的報文。

　　4、裝置驅動程式：控制網路介面硬體裝置及其它外圍裝置***如Flash***。裝置驅動程式介面位於程序、核心、硬體之間，同時與交換控制軟體有介面。

　　5、交換控制軟體：根據轉發方式控制報文的交換，在高階線速路由器中該部分功能由硬體實現。