路由器在现代网络中的应用

路由器在现代网络中的应用摘要：现代的社会，已经是网络的信息社会。路由器在现代网络中的应用，也日渐的呈现出的它的重要性。对于路由器的应用，主要从下面的几个方面做详细的解说：路由器的工作原理，路由器的结构体系，路由器的性能分析，路由器的应用。关键字：路由器原理；路由器的作用；配置。0 路由器在IP网络中的位置整个IP网络由许多子网络构成，各子网络又由许多主机组成。子网内部的主机通信，由链路协议直接进行；子网之间的主机通信，要通过路由器来完成。路由器是多个子网的成员，在它的内部有一张表示Net ID与下一跳端口对应关系的路由表。通信起点主机发出IP包被路由器接收后，路由器查路由表，确定下一跳输出端口，发给下一台路由器，这台路由器又转发给另外一台路由器，用这样一跳接着一跳的方式，直到通信终点另一台主机收到这个IP包。IP协议把网络划分为网络接口、网际层、传输层及应用层四个层次。处理链路层的设备为L2以太交换机，路由器是在网际层转发数据的设备。L3以太网交换机是IP网络路由器的特例，通常只有以太线路接口，工作在纯以太网络环境中。 1 路由器工作原理 路由器是工作在IP协议网络层实现子网之间转发数据的设备。路由器内部可以划分为控制平面和数据通道。在控制平面上，路由协议可以有不同的类型。路由器通过路由协议交换网络的拓扑结构信息，依照拓扑结构动态生成路由表。在数据通道上，转发引擎从输入线路接收IP包后，分析与修改包头，使用转发表查找输出端口，把数据交换到输出线路上。转发表是根据路由表生成的，其表项和路由表项有直接对应关系，但转发表的格式和路由表的格式不同，它更适合实现快速查找。转发的主要流程包括线路输入、包头分析、数据存储、包头修改和线路输出。 路由协议根据网络拓扑结构动态生成路由表。IP协议把整个网络划分为管理区域，这些管理区域称为自治域，自治域区号实行全网统一管理。这样，路由协议就有域内协议和域间协议之分。域内路由协议，如OSPF、IS-IS，在路由器间交换管理域内代表网络拓扑结构的链路状态，根据链路状态推导出路由表。域间路由协议相邻节点交换数据，不能使用多播方式，只能采用指定的点到点连接。 2 路由器结构体系 路由器的控制平面，运行在通用CPU系统中，多年来一直没有多少变化。在高可用性设计中，可以采用双主控进行主从式备份，来保证控制平面的可靠性。路由器的数据通道，为适应不同的线路速度，不同的系统容量，采用了不同的实现技术。 路由器的结构体系正是根据数据通道转发引擎的实现机理来区分。简单而言，可以分为软件转发路由器和硬件转发路由器。软件转发路由器使用CPU软件技术实现数据转发，根据使用CPU的数目，进一步区分为单CPU的集中式和多CPU的分布式。硬件转发路由器使用网络处理器硬件技术实现数据转发，根据使用网络处理器的数目及网络处理器在设备中的位置，进一步细分为单网络处理器的集中式、多网络处理器的负荷分担并行式和中心交换分布式。 3 路由器性能分析 路由器控制平面部分和数据通道部分对路由器的使用有着不同的影响。在数据通道上，IP报文处理能力主要受交换部件的有效带宽和转发部分的处理速度影响。交换带宽，用技术指标bps（比特/秒）来衡量，一般在纯大包的条件下测定。转发速度，用技术指标pps（包/秒）来衡量，一般在纯小包的条件下测定。软件转发单CPU路由器，交换带宽和转发能力为系统共享，线路卡个数不同，各线路卡会有不同的性能表现。软件转发多CPU路由器，转发能力有明显优势，交换带宽没有明显提高。硬件转发路由器，一般要针对线速进行设计，系统交换带宽大于各线路接口的总和，转发处理能力在纯小包的情形下也能胜任，区别的只是容量和价格。线速路由器，保证线路接口在各种情况下能够达到满速，这时候，是线路而非设备是网络的瓶颈。另外，IP业务，如ACL，NAT、IPSec等，是否造成性能下降，也是设计和使用路由器要考虑的问题。 在控制平面上，小型网络问题不大，只要支持选用的路由协议就可以了。对于大型网络，特别是有独立自治域号的运营商网络，在路由协议类型满足要求的情况下，应该考察路由表项大小是否满足、域间路由协议相邻节点的连接数目是否满足、路由表项更新速度如何、路由更新时对数据通道上的处理有无影响等等。4 路由器的应用4.1路由器的作用路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。因此，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。但是，对于那些结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。从总体上说，在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多。一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成；这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据路径表（Routing Table），供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。路径表有两种，一个是静态路径表 ，由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（static）路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。第二种是动态路径表， 动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。4.2路由器的实际应用4.2.1路由器的配置使用4台PC机，两台路由器、交换机各一台，组建一个VLAN，并实现防火墙和访问控制（ACL）。模型图如下图所示，首先,配置方案说明。四台PC机的IP地址、掩码如下列表：A、192.168.3.2 255.255.255.0 网关IP为192.168.3.1B、192.168.1.2 255.255.255.0 网关IP为192.168.1.1C、192.168.1.3 255.255.255.0 网关IP为192.168.1.1D、192.168.1.4 255.255.255.0 网关IP为192.168.1.1路由器A：E0端口IP地址192.168.1.1 255.255.255.0S1端口IP地址192.168.2.1 255.255.255.0路由器B：S0端口IP地址192.168.2.2 255.255.255.0E0端口IP地址192.168.3.1 255.255.255.0其次,实施命令列表。在PC机上配置IP地址和网关（以PC机B为例）：ifconfic eth0 192.168.1.2 netmask 255.255.255.0 (设置IP地址)route add default gw 192.168.1.1 (设置网关)交换机上的设置：vlan 10port e0/2 to e0/7Inter e0/1Port link-type trunkPort trunk permit vlan all路由器上的设置，首先是路由器A：int E0 （指定E0口）undo shutdown (激活端口)IP address 192.168.1.1 255.255.255.0 (设置IP地址)int S1undo shutdown IP address 192.168.2.1 255.255.255.0 rip （设置动态路由）network all在路由器B上也进行相应的设置。最后通过访问控制列表实现主机B不能访问主机A：acl 10rule deny source 192.168.1.0 0.0.0.255quitfirewall enableinter s0firewall packet-filter 10 inbound 4.2.2调试 当路由器全部配置完毕后，可进行一次综合调试。 首先将路由器的以太网口和所有要使用的串口都激活。方法是进入该口，执行undo shutdown。 将和路由器相连的主机加上缺省路由（中心路由器的以太地址）。方法是在Unix系统的超级用户下执行：router add default XXXX 1（XXXX为路由器的E0口地址）。每台主机都要加缺省路由，否则，将不能正常通讯。 ping本机的路由器以太网口，若不通，可能以太网口没有激活或不在一个网段上。ping广域网口，若不通，则没有加缺省路由。ping对方广域网口，若不通，路由器配置错误。ping主机以太网口，若不通，对方主机没有加缺省路由。5 总结主要构建校园网应用到路由，通过来简单学校的网络拓扑后用路由器来连接到Internet,并涉及到学校内的服务器来实现内外的访问，内外网络还要用路由来进行IP地址转换。可以深刻的了解路由器在现实中的应用，对路由器的原理有了更进一步的了解，对路由的协议有了更深的了解。通过对路由协议的了解，网络组建的实例，了解路由器在现代网络的重要性，明白路由器在internet网络中的作用。参考文献： 1 黎连业. 路由器及其应用技术 M.清华大学出版社.20042 董民，周卫东. 路由器原理、操作及应用 M. 国防工业出版社.20063华为有限公司.华为3COM网络学院M.清华大学出版社.2004