路由器原理及常用的路由協(xié)議、路由算法1

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

1 網絡互連

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

1.1 網橋互連的網絡

網橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀（frame）的轉發(fā)，主要目的是在連接的網絡間提供透明的通信。網橋的轉發(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轉發(fā)和轉發(fā)到哪個端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是網卡所帶的地址。

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

網橋擴大了網絡的規(guī)模，提高了網絡的性能，給網絡應用帶來了方便，在以前的網絡中，網橋的應用較為廣泛。但網橋互連也帶來了不少問題：一個是廣播風暴，網橋不阻擋網絡中廣播消息，當網絡的規(guī)模較大時（幾個網橋，多個以太網段），有可能引起廣播風暴（broadcasting storm），導致整個網絡全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。第二個問題是，當與外部網絡互連時，網橋會把內部和外部網絡合二為一，成為一個網，雙方都自動向對方完全開放自己的網絡資源。這種互連方式在與外部網絡互連時顯然是難以接受的。問題的主要根源是網橋只是最大限度地把網絡溝通，而不管傳送的信息是什么。

1.2 路由器互連網絡

路由器互連與網絡的協(xié)議有關，我們討論限于TCP／IP網絡的情況。

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

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

網絡中的設備用它們的網絡地址（TCP／IP網絡中為IP地址）互相通信。IP地址是與硬件地址無關的“邏輯”地址。路由器只根據(jù)IP地址來轉發(fā)數(shù)據(jù)。IP地址的結構有兩部分，一部分定義網絡號，另一部分定義網絡內的主機號。目前，在Internet網絡中采用子網掩碼來確定IP地址中網絡地址和主機地址。子網掩碼與IP地址一樣也是32bit，并且兩者是一一對應的，并規(guī)定，子網掩碼中數(shù)字為“1”所對應的IP地址中的部分為網絡號，為“0”所對應的則為主機號。網絡號和主機號合起來，才構成一個完整的IP地址。同一個網絡中的主機IP地址，其網絡號必須是相同的，這個網絡稱為IP子網。

通信只能在具有相同網絡號的IP地址之間進行，要與其它IP子網的主機進行通信，則必須經過同一網絡上的某個路由器或網關（gateway）出去。不同網絡號的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。每個端口的IP地址的網絡號要求與所連接的IP子網的網絡號相同。不同的端口為不同的網絡號，對應不同的IP子網，這樣才能使各子網中的主機通過自己子網的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。