路由器原理及常用的路由協(xié)議、路由算法1

近十年來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（如Internet）的迅猛發(fā)展，路由技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中已逐漸成為關(guān)鍵部分，路由器也隨之成為最重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。用戶的需求推動著路由技術(shù)的發(fā)展和路由器的普及，人們已經(jīng)不滿足于僅在本地網(wǎng)絡(luò)上共享信息，而希望最大限度地利用全球各個地區(qū)、各種類型的網(wǎng)絡(luò)資源。而在目前的情況下，任何一個有一定規(guī)模的計算機網(wǎng)絡(luò)（如企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)、智能大廈等），無論采用的是快速以大網(wǎng)技術(shù)、FDDI技術(shù)，還是ATM技術(shù)，都離不開路由器，否則就無法正常運作和管理。

1 網(wǎng)絡(luò)互連

把自己的網(wǎng)絡(luò)同其它的網(wǎng)絡(luò)互連起來，從網(wǎng)絡(luò)中獲取更多的信息和向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自己的消息，是網(wǎng)絡(luò)互連的最主要的動力。網(wǎng)絡(luò)的互連有多種方式，其中使用最多的是網(wǎng)橋互連和路由器互連。

1.1 網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀（frame）的轉(zhuǎn)發(fā)，主要目的是在連接的網(wǎng)絡(luò)間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來判斷一個幀是否應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)到哪個端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是網(wǎng)卡所帶的地址。

網(wǎng)橋的作用是把兩個或多個網(wǎng)絡(luò)互連起來，提供透明的通信。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備看不到網(wǎng)橋的存在，設(shè)備之間的通信就如同在一個網(wǎng)上一樣方便。由于網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)幀上進行轉(zhuǎn)發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡(luò)（相同或相似結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀），如以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)與令牌環(huán)（token ring）之間的互連，對于不同類型的網(wǎng)絡(luò)（數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)不同），如以太網(wǎng)與X.25之間，網(wǎng)橋就無能為力了。

網(wǎng)橋擴大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能，給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來了方便，在以前的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)橋的應(yīng)用較為廣泛。但網(wǎng)橋互連也帶來了不少問題：一個是廣播風(fēng)暴，網(wǎng)橋不阻擋網(wǎng)絡(luò)中廣播消息，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大時（幾個網(wǎng)橋，多個以太網(wǎng)段），有可能引起廣播風(fēng)暴（broadcasting storm），導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。第二個問題是，當(dāng)與外部網(wǎng)絡(luò)互連時，網(wǎng)橋會把內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)合二為一，成為一個網(wǎng)，雙方都自動向?qū)Ψ酵耆_放自己的網(wǎng)絡(luò)資源。這種互連方式在與外部網(wǎng)絡(luò)互連時顯然是難以接受的。問題的主要根源是網(wǎng)橋只是最大限度地把網(wǎng)絡(luò)溝通，而不管傳送的信息是什么。

1.2 路由器互連網(wǎng)絡(luò)

路由器互連與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議有關(guān)，我們討論限于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)的情況。

路由器工作在OSI模型中的第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層定義的“邏輯”上的網(wǎng)絡(luò)地址（即IP地址）來區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連和隔離，保持各個網(wǎng)絡(luò)的獨立性。路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)茵先被送到路由器，再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)出去。

IP路由器只轉(zhuǎn)發(fā)IP分組，把其余的部分擋在網(wǎng)內(nèi)（包括廣播），從而保持各個網(wǎng)絡(luò)具有相對的獨立性，這樣可以組成具有許多網(wǎng)絡(luò)（子網(wǎng)）互連的大型的網(wǎng)絡(luò)。由于是在網(wǎng)絡(luò)層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，只要網(wǎng)絡(luò)層運行的是IP協(xié)議，通過路由器就可互連起來。

網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備用它們的網(wǎng)絡(luò)地址（TCP／IP網(wǎng)絡(luò)中為IP地址）互相通信。IP地址是與硬件地址無關(guān)的“邏輯”地址。路由器只根據(jù)IP地址來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。IP地址的結(jié)構(gòu)有兩部分，一部分定義網(wǎng)絡(luò)號，另一部分定義網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機號。目前，在Internet網(wǎng)絡(luò)中采用子網(wǎng)掩碼來確定IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址。子網(wǎng)掩碼與IP地址一樣也是32bit，并且兩者是一一對應(yīng)的，并規(guī)定，子網(wǎng)掩碼中數(shù)字為“1”所對應(yīng)的IP地址中的部分為網(wǎng)絡(luò)號，為“0”所對應(yīng)的則為主機號。網(wǎng)絡(luò)號和主機號合起來，才構(gòu)成一個完整的IP地址。同一個網(wǎng)絡(luò)中的主機IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號必須是相同的，這個網(wǎng)絡(luò)稱為IP子網(wǎng)。

通信只能在具有相同網(wǎng)絡(luò)號的IP地址之間進行，要與其它IP子網(wǎng)的主機進行通信，則必須經(jīng)過同一網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器或網(wǎng)關(guān)（gateway）出去。不同網(wǎng)絡(luò)號的IP地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。

路由器有多個端口，用于連接多個IP子網(wǎng)。每個端口的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號要求與所連接的IP子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號相同。不同的端口為不同的網(wǎng)絡(luò)號，對應(yīng)不同的IP子網(wǎng)，這樣才能使各子網(wǎng)中的主機通過自己子網(wǎng)的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。