12路由器在网际互连中的作用

6.1路由器在网际互连中的作用路由器的工作层次路由器(Router)作用在网络层提供多个独立的子网间连接服务的一种存储转发设备。连接对象包括局域网和广域网。路由器大多为多协议路由器，能够同时支持多种不同的网络层协议。路由器不转发目标地址为全1的广播包，因此可以阻止“广播风暴”(广播域的概念)用路由器进行网络互联路由器冲突域3交换机可以分隔冲突域，路由器可以分隔广播域。交换机的每个端口就是一个冲突域，hub由于没有地址列表和学习功能，所以hub的所有端口都在一个冲突域下。路由器的一个端口就是一个广播域。广播域1冲突域2冲突域1广播域2HUBSwitchSwitch单协议与多协议路由器※工作原理采用存储转发的方法：接收并缓存IP数据分组，提取分组目的IP地址，然后查路由表决定转发路径,如果未查到,则丢弃该分组。路由表——用于存放到达其他网络的路由信息。[比较]交换机也用查表的方法决定转发路径，但交换机的表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口与目的MAC地址之间的关系，要用帧中的MAC地址查表；而路由器中的路由表是“端口-网络地址”表，存放的是端口与目的网络地址之间的关系，故要从分组中提取IP地址，并解析出其中的网络地址部分来查表。直接交付和间接交付当主机A要向另一个主机B发送数据报时，先要检查目的主机B是否与源主机A连接在同一个网络上：如果是，就将数据报直接交付给目的主机B而不需要通过路由器。但如果目的主机与源主机A不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。ABC直接交付和间接交付图间接交付间接交付间接交付直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器路由器的结构路由选择路由选择处理路由选择协议路由表3输入端口交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口……111121:物理层2:数据链路层3:网络层233322“转发”和“路由选择”的区别“转发”(forwarding)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。“路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各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。路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。在讨论路由选择原理时，往往不区分转发表和路由表的区别，而是笼统地使用路由表这一名词。路由器的处理----路由表与转发表路由器执行动态路由算法，不断从各相邻路由器得到关于网络拓扑的变化情况(如收到RIP或OSPF分组时)，此时将这种分组送交路由器的路由选择部分处理，根据路由选择协议动态生成与调整自己的路由表；根据路由表，路由器生成转发表；当路由器从一个端口收到用户发来的数据分组时，经相应处理后放入缓存，路由器根据分组头中的目的地址查转发表，得到相应的转发端口，然后路由器将用户的分组放入该转发端口的队列中排队，经相应处理后从该端口转发出去。路由器输入端口的处理路由器从物理层收到比特流后，送数据链路层，数据链路层剥去帧头和幀尾后，将分组送到网络层的队列中排队等待处理。物理层处理数据链路层处理（协议,解封）网络层处理分组排队交换结构从线路接收分组（查表，转发）路由器输出端口的处理路由器将交换结构传送过来的分组先进行缓存，到数据链路层将分组加上输出端口的链路层的幀头和幀尾，再交给物理层，经输出端口发送到外部线路上。物理层处理数据链路层处理(协议,封装)网络层处理分组排队向线路发送分组(缓存管理)交换结构分组丢弃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。路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。交换结构（三种方法）I1I3I2O1O2存储器I1I3I2O1O2I1I3I2O1O2O3(a)viamemory(c)viacross-bar(b)viabus总线O3O3网络互连面临的困难互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决,如：不同的寻址方案不同的最大分组长度不同的网络接入机制不同的超时控制不同的差错恢复方法不同的状态报告方法不同的路由选择技术不同的用户接入控制不同的服务（面向连接服务和无连接服务）不同的管理与控制方式中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。物理层中继系统：转发器(repeater)。数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统：路由器(router)。网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统：网关(gateway)。网络互相连接要使用一些中间设备当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。互联网都是指用路由器进行互连的网络。在网络层以上的中继系统，称为网关。用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关。网络互连使用路由器互连网络与虚拟互连网络网络网络网络网络网络(a)互连网络(b)虚拟互连网络路由器虚拟互连网络（IP网）虚拟互连网络的意义所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。使用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网。使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。名词internet和Internet以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的虚拟网络。以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族，且其前身是美国的ARPANET。网关（Gateway)网间连接器、协议转换器。网关的多重含义：许多标准化组织将网关一词泛指所有网络互连设备。一般含义，在OSI体系结构中，网关指传输层以上的协议转换器。在TCP/IP体系结构中，网关指网络层中继设备即路由器。传输网关：用于在两个网络间建立传输连接。应用网关：用于在应用层上进行协议转换。例如电子邮件网关。网关例子网关的工作层次网络互连的形式（选学）※级联虚电路ConcatenatedVirtualCircuits无连接网络互连(如前所述的IP网络)ConnectionlessInternetworking隧道技术Tunneling1.级联虚电路（选学）※级联虚电路工作过程与虚电路子网工作过程相似建立连接•当目的主机不在子网内时，则在子网内找一个离目的网络最近的路由器，与之建立一条虚电路；•该路由器与外部网关建立虚电路；•该网关与下一个子网中的一个路由器建立虚电路；•重复上述操作，直到到达目的主机。传输数据•相同连接的包沿同一虚电路按序号传输；•网关根据需要转换包格式和虚电路号。拆除连接级联虚电路（选学）※2.无连接网络互连（选学）※工作过程无连接网络互连的工作过程与数据报子网(即前面所讲的IP网络)的工作过程相似；每个包单独路由，提高网络利用率，但不能保证包按顺序到达；根据需要，连接不同子网的多协议路由器做协议转换，包括包格式转换和地址转换等。无连接网络互连（选学）※级联虚电路与无连接网络互连的比较※项目级联虚电路无连接网络互连服务质量能保证不能保证分组按序到达能保证不能保证容错能力/健壮性差好报头地址信息短报头长报头互连适应性多种网络互连所有子网均支持VC级联虚电路与无连接网络互连的比较※级联虚电路的优点•路由器预留缓冲区等资源，保证服务质量；•包按序号传输；•短包头。级联虚电路的缺点•路由器需要大量内存，存储虚电路信息；•一旦发生拥塞，没有其它路由；•健壮性差；•如果网络中有一个不可靠的数据报子网，级连虚电路很难实现。级联虚电路与无连接网络互连的比较※无连接网络互连的优点•能够容忍拥塞，并能适应拥塞；•健壮性好；•可用于多种网络互连。无连接网络互连的缺点•长包头；•包不能保证按序号到达；•不能保证服务质量。3.隧道技术（选学）※源和目的主机所在网络类型相同，连接它们的是一个不同类型的网络，这种情况下可以采用隧道技术。隧道技术（选学）※隧道技术（选学）※隧道技术（选学）※工作过程（以上图为例）：主机1发送一个包，目的IP地址=主机2_IP，将包封装到局域网帧中，帧目的地址=路由器1_MAC；局域网传输；路由器1剥掉局域网帧头、帧尾，将得到的IP包封装到广域网包中，包目的地址=路由器2地址；广域网传输；路由器2剥掉广域网包头，将得到的IP包封装到局域网帧中，帧目的地址=主机2_MAC地址；局域网传输；主机2接收。（点击图标返回本章目录）