计算机网络课件：2_6_5_1 路由器与第三层交换技术

1、第六章 网络层第4.6节 路由器与第三层交换技术一、路由器功能、结构与工作原理路由器功能1、建立并维护路由表内部有路由表数据库与网络路由状态数据库；路由器定期更新路由表；2、提供网络间的分组转发功能当分组进入时，检查其源地址与目的地址；根据路由表数据库的相关信息，决定分组传送路径。路由器的结构与工作原理路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口，完成分组转发功能的专用计算机系统；由“路由选择处理机”和“分组处理与交换”组成。路由选择处理机路由选择部分是控制部分，其核心构件是路由选择处理机；路由选择处理机的任务是根据所选定的路由选择算法构造路由表，同时与相邻路由器交换路由信息，更新和维护路由表。

2、分组处理与交换部分分组处理与交换部分主要包括：交换结构、一组输入端口和一组输出端口；交换结构根据转发表（根据路由表形成）对分组进行处理，将输入端口进入的分组从合适的输出端口转发出去（如果接收的分组是交换的路由信息的RIP或OSPF分组，则将其送交路由选择处理器）；路由器每个输入和输出端口中各有三个模块，对应于物理层、数据链路层和网络层，进行数据的拆包、封装；转发分组的速率衡量路由器性能的重要参数是路由器转发分组的速率；最理想的状况是路由器分组处理速率等于输入端口的线路传送速率，称为线速；如果使用的是OC-48链路(Optical Carrier第48级光载波 )，速率为2.488Gbps，分组

3、长度为256字节。如果路由器的处理能力达到线速，就要求路由器每秒钟能处理1.2148106个分组，记作1.2148Mpps。2.488 / 8 *1000 / 256 =1.2148 排队队列当一个分组到达一个输入端口时需要在输入队列中排队等待处理；路由器输出端口设有缓存，存储等待转发的输出分组队列；只要路由器的接收分组速率、处理分组速率、输出分组速率小于线速，无论是输入端口、处理分组过程与输出端口都会出现排队等待，产生分组转发延时，严重时会由于队列长度不够而溢出，造成分组丢失。二、路由器技术演变与发展变化集中在从基于软件工作的单总线单CPU结构的路由器向基于硬件工作的高性能路由器方向发展。路

4、由器的分组转发是网络层的主要服务功能。最初的简单路由器可以由一台普通的计算机加载特定的软件，并增加一定数量的网络接口卡构成。软件主要提供路由选择、分组接收和转发功能。8第一代单总线单CPU结构的路由器控制指令与收发数据都是通过一条总线来传输的。第二代多总线多CPU结构的路由器第二代路由器包括：单总线主从CPU结构、单总线对称多CPU结构、多总线多CPU结构等多种形式。图中路由器使用3种CPU和3种总线。第三代交换结构的Gbps路由器用基于硬件专用芯片ASIC的交换结构替代传统的共享总线；没有核心CPU，所有网络接口卡都有功能相同的CPU；路由与转发软件采用并行处理的核心思想。11第三代交换结构

5、的Gbps路由器结构12第四代多级交换路由器第三代交换结构的Gbps路由器成本增高，同时对新的应用需求与协议变化的适应能力差；针对这种情况，研究人员提出网络处理器(NP)的概念，通过采用多微处理器的并行处理模式，使NP具有与ASIC芯片相当的功能，同时具有很好的可编程能力，使得用NP设计的路由器性能大幅度提高，能适应未来发展的需要；未来的路由器应该是采用并行处理、光交换技术的多级交换路由器。13三、第三层交换的基本概念第三层交换（也称多层交换技术，IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层数据链路层进行操作的，而第三层交换在网络模型中的第三层实现了分组的高速转发。简单的说，三层交换技术就是“二层交换技术 + 三层转发”。将第三层成熟的路由技术与第二层高性能的硬件交换技术相结合，达到快速转发分组，保证QoS服务质量，提高结点性能的目的。1415一个具有三层交换功能的设备，是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，是两者的有机结合。解决了局域网中网段划分之后网段中的子网必须依赖路由器进行管