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　　路由器的體系結(jié)構(gòu)

　　從體系結(jié)構(gòu)上看，路由器可以分為第一代單總線單CPU結(jié)構(gòu)路由器、第二代單總線主從CPU結(jié)構(gòu)路由器、第三代單總線對(duì)稱(chēng)式多CPU結(jié)構(gòu)路由器;第四代多總線多CPU結(jié)構(gòu)路由器、第五代共享內(nèi)存式結(jié)構(gòu)路由器、第六代交叉開(kāi)關(guān)體系結(jié)構(gòu)路由器和基于機(jī)群系統(tǒng) 的路由器等多類(lèi)。

　　路由器的構(gòu)成

　　路由器具有四個(gè)要素：輸入端口、輸出端口、交換開(kāi)關(guān)和路由處理器。

　　輸入端口是物理鏈路和輸入包的進(jìn)口處。端口通常由線卡提供，一塊線卡一般支持4、8或16個(gè)端口，一個(gè)輸入端口具有許多功能。第一個(gè)功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝。第二個(gè)功能是在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找輸入包目的地址從而決定目的端口(稱(chēng)為路由查找)，路 由查找可以使用一般的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)在每塊線卡上嵌入一個(gè)微處理器來(lái)完成。第三，為了提供QoS(服務(wù)質(zhì)量)，端口要對(duì)收到的包分成幾個(gè)預(yù)定義的服務(wù)級(jí)別。第四，端口可能需要運(yùn)行諸如SLIP(串行線網(wǎng)際協(xié)議)和PPP(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議)這樣的數(shù)據(jù)鏈路 級(jí)協(xié)議或者諸如PPTP(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道協(xié)議)這樣的網(wǎng)絡(luò)級(jí)協(xié)議。一旦路由查找完成，必須用交換開(kāi)關(guān)將包送到其輸出端口。如果路由器是輸入端加隊(duì)列的，則有幾個(gè)輸入端共享同一個(gè)交換開(kāi)關(guān)。這樣輸入端口的最后一項(xiàng)功能是參加對(duì)公共資源(如交換開(kāi)關(guān))的仲裁協(xié)議。

　　交換開(kāi)關(guān)可以使用多種不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。迄今為止使用最多的交換開(kāi)關(guān)技術(shù)是總線、交叉開(kāi)關(guān)和共享存貯器。最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)使用一條總線來(lái)連接所有輸入和輸出端口，總線開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)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(lái)的額外開(kāi)銷(xiāo)。交叉開(kāi)關(guān)通 過(guò)開(kāi)關(guān)提供多條數(shù)據(jù)通路，具有N×N個(gè)交叉點(diǎn)的交叉開(kāi)關(guān)可以被認(rèn)為具有2N條總線。如果一個(gè)交叉是閉合，輸入總線上的數(shù)據(jù)在輸出總線上可用，否則不可用。交叉點(diǎn)的閉合與打開(kāi)由調(diào)度器來(lái)控制，因此，調(diào)度器限制了交換開(kāi)關(guān)的速度。在共享存貯器路由器中，進(jìn)來(lái)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(kāi)關(guān)的速度受限于存貯器的存取速度。盡管存貯器容量每18個(gè)月能夠翻一番，但存貯器的存取時(shí)間每年僅降低5%，這是共享存貯器交換開(kāi)關(guān)的一個(gè)固有限制。

　　輸出端口在包被發(fā)送到輸出鏈路之前對(duì)包存貯，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)度算法以支持優(yōu)先級(jí)等要求。與輸入端口一樣，輸出端口同樣要能支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝，以及許多較高級(jí)協(xié)議。

　　路由處理器計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)表實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議，并運(yùn)行對(duì)路由器進(jìn)行配置和管理的軟件。同時(shí)，它還處理那些目的地址不在線卡轉(zhuǎn)發(fā)表中的包。

　　路由器的基本協(xié)議與技術(shù)

　　(Virtual Private Network-虛擬專(zhuān)用網(wǎng))解決方案是路由器具有的重要功能之一。其解決方案大致如下：

　　1.訪問(wèn)控制

　　一般分為PAP(口令認(rèn)證協(xié)議)和CHAP(高級(jí)口令認(rèn)證協(xié)議)兩種協(xié)議。PAP要求登錄者向目標(biāo)路由器提供用戶(hù)名和口令，與其訪問(wèn)列表(Access List)中的信息相符才允許其登錄。它雖然提供了一定的安全保障，但用戶(hù)登錄信息在網(wǎng)上無(wú)加密傳遞，易被人竊取。CHAP便應(yīng)運(yùn)而生，它把一隨機(jī)初始值與用戶(hù)原始登錄信息(用戶(hù)名和口令)經(jīng)Hash算法翻譯后形成新的登錄信息。這樣在網(wǎng)上傳遞的用戶(hù)登錄 信息對(duì)黑客來(lái)說(shuō)是不透明的，且由于隨機(jī)初始值每次不同，用戶(hù)每次的最終登錄信息也會(huì)不同，即使某一次用戶(hù)登錄信息被竊取，黑客也不能重復(fù)使用。需要注意的是，由于各廠商采取各自不同的Hash算法，所以CHAP無(wú)互操作性可言。要建立需要兩端 放置相同品牌路由器。

　　2.數(shù)據(jù)加密

　　在加密過(guò)程中加密位數(shù)是一個(gè)很重要的參數(shù)，它直接關(guān)系到解密的難易程度，其中Intel 9000系列路由器表現(xiàn)最為優(yōu)異，為一百多位加密。

　　3.NAT(Network Address Translation-網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議)

　　如同用戶(hù)登錄信息一樣，IP和MAC地址在網(wǎng)上無(wú)加密傳遞也很不安全。NAT可把合法IP地址和MAC地址翻譯成非法IP地址和MAC地址在網(wǎng)上傳遞，到達(dá)目標(biāo)路由器后反翻譯成合法IP與MAC地址，這一過(guò)程有點(diǎn)像CHAP，翻譯算法廠商各自有不同標(biāo) 準(zhǔn)，不能實(shí)現(xiàn)互操作。

　　QoS

　　QoS(Quality of Service-服務(wù)質(zhì)量)本來(lái)是ATM(Asynchronous Transmit Mode)中的專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)，在IP上原來(lái)是不談QoS的，但利用IP傳VOD等多媒體信息的應(yīng)用越來(lái)越多，IP作為一個(gè)打包的協(xié)議顯得有點(diǎn)力不從心：延遲長(zhǎng)且不為定值，丟包造成信號(hào)不連續(xù)且失真大。為解決這些問(wèn)題，廠商提供了若干解決方案：第一種方案是基于 不同對(duì)象的優(yōu)先級(jí)，某些設(shè)備(多為多媒體應(yīng)用)發(fā)送的數(shù)據(jù)包可以后到先傳。第二種方案基于協(xié)議的優(yōu)先級(jí)，用戶(hù)可定義哪種協(xié)議優(yōu)先級(jí)高，可后到先傳，Intel和Cisco都支持。第三種方案是做鏈路整合MLPPP(Multi Link Point to Point Protocol)，Cisco支持可通過(guò)將連接兩點(diǎn)的多條線路做帶寬匯聚，從而提高帶寬。第四種方案是做資源預(yù)留RSVP(Resource Reservation Protocol)，它將一部分帶寬固定的分給多媒體信號(hào)，其它協(xié)議無(wú)論如何擁擠，也不得占用這部分帶寬。這幾種解決方案都能有效的提高傳輸質(zhì)量。

　　RIP、OSPF和BGP協(xié)議

　　互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)在大量運(yùn)行的路由協(xié)議有RIP(Routing Information Protocol-路由信息協(xié)議)、OSPF(Open Shortest Path First--開(kāi)放式最短路優(yōu)先)和BGP(Border Gateway Protocol—邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)。RIP、OSPF是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，適用于單個(gè)ISP的統(tǒng)一路由協(xié)議的運(yùn)行，由一個(gè)ISP運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為一個(gè)自治系統(tǒng)。BGP是自治系統(tǒng)間的路由協(xié)議，是一種外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。

　　RIP是推出時(shí)間最長(zhǎng)的路由協(xié)議，也是最簡(jiǎn)單的路由協(xié)議。它主要傳遞路由信息(路由表)來(lái)廣播路由。每隔30秒，廣播一次路由表，維護(hù)相鄰路由器的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)收到的路由表計(jì)算自己的路由表。RIP運(yùn)行簡(jiǎn)單，適用于小型網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)上還在部分使用著 RIP。

　　OSPF協(xié)議是“開(kāi)放式最短路優(yōu)先”的縮寫(xiě)。“開(kāi)放”是針對(duì)當(dāng)時(shí)某些廠家的“私有”路由協(xié)議而言，而正是因?yàn)閰f(xié)議開(kāi)放性，才使得OSPF具有強(qiáng)大的生命力和廣泛的用途。它通過(guò)傳遞鏈路狀態(tài)(連接信息)來(lái)得到網(wǎng)絡(luò)信息，維護(hù)一張網(wǎng)絡(luò)有向拓?fù)鋱D，利用最小 生成樹(shù)算法得到路由表。OSPF是一種相對(duì)復(fù)雜的路由協(xié)議。

　　總的來(lái)說(shuō)，OSPF、RIP都是自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)議，適合于單一的ISP(自治系統(tǒng))使用。一般說(shuō)來(lái)，整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)并不適合跑單一的路由協(xié)議，因?yàn)楦鱅SP有自己的利益，不愿意提供自身網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)的路由信息。為了保證各ISP利益，標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了I SP間的路由協(xié)議BGP。

　　BGP處理各ISP之間的路由傳遞。其特點(diǎn)是有豐富的路由策略，這是RIP、OSPF等協(xié)議無(wú)法做到的，因?yàn)樗鼈冃枰值男畔⒂?jì)算路由表。BGP通過(guò)ISP邊界的路由器加上一定的策略，選擇過(guò)濾路由，把RIP、OSPF、BGP等的路由發(fā)送到對(duì)方。 全局范圍的、廣泛的互聯(lián)網(wǎng)是BGP處理多個(gè)ISP間的路由的實(shí)例。BGP的出現(xiàn)，引起了互聯(lián)網(wǎng)的重大變革，它把多個(gè)ISP有機(jī)的連接起來(lái)，真正成為全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。帶來(lái)的副作用是互聯(lián)網(wǎng)的路由爆炸，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的路由大概是60000條，這還是經(jīng)過(guò)“聚合 ”后的數(shù)字。 配置BGP需要對(duì)用戶(hù)需求、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和BGP協(xié)議非常了解，還需要非常小心，BGP運(yùn)行在相對(duì)核心的地位，一旦出錯(cuò)，其造成的損失可能會(huì)很大!

　　IPv6技術(shù)

　　迅速發(fā)展中的互聯(lián)網(wǎng)將不再是僅僅連接計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，它將發(fā)展成能同電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)類(lèi)似的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施。因此，正在使用的IP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)已經(jīng)難以勝任，人們迫切希望下一代 IP即IPv6的出現(xiàn)。

　　IPv6是IP的一種版本，在互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議TCP/IP中，是OSI模型第3層(網(wǎng)絡(luò)層)的傳輸協(xié)議。它同目前廣泛使用的、1974年便提出的IPv4相比，地址由32位擴(kuò)充到128位。從理論上說(shuō)，地址的數(shù)量由原先的4.3×109個(gè)增加到4.3×1038個(gè)。之所以必須從現(xiàn)行的IPv4改用IPv6， 主要有二個(gè)原因。

　　1.由于互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展，地址數(shù)量已經(jīng)不夠用，這使得網(wǎng)絡(luò)管理花費(fèi)的精力和費(fèi)用令人難以承受。地址的枯竭是促使向擁有128位地址空間過(guò)渡的首要原因。

　　2.隨著主機(jī)數(shù)目的增加，決定數(shù)據(jù)傳輸路由的路由表在不斷加大。路由器的處理性能跟不上這種迅速增長(zhǎng)。長(zhǎng)此以往，互聯(lián)網(wǎng)連接將難以提供穩(wěn)定的服務(wù)。經(jīng)由IPv6，路由數(shù)可以減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　為了使互聯(lián)網(wǎng)連接許多東西變得簡(jiǎn)單，而且使用容易，必須采用IPv6。IPv6所以能做到這一點(diǎn)，是因?yàn)樗褂昧怂姆N技術(shù):地址空間的擴(kuò)充、可使路由表減小的地址構(gòu)造、自動(dòng)設(shè)定地址以及提高安全保密性。

　　IPv6在路由技術(shù)上繼承了IPv4的有利方面，代表未來(lái)路由技術(shù)的發(fā)展方向，許多路由器廠商目前已經(jīng)投入很大力量以生產(chǎn)支持IPv6的路由器。當(dāng)然IPv6也有一些值得注意和效率不高的地方，IPv4/NAT和IPv6將會(huì)共存相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。