計算機網路（4 18）網路層路由器的構成

路由器是一種典型的網路層裝置。路由器是網際網路中的關鍵裝置。

路由器的主要作用是： 1、連通不同的網路。 2、選擇資訊傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通訊速度，減輕網路系統通訊負荷，節約網路系統資源，提高網路系統暢通率，從而讓網路系統發揮出更大的效益來。

路由器是一種具有多個輸入埠和多個輸出埠的專用計算機，其任務是**分組。也就是說，將路由器某個輸入埠收到的分組，按照分組要去的目的地（即目的網路），把該分組從路由器的某個合適的輸出埠**給下一跳路由器。

下一跳路由器也按照這種方法處理分組，直到該分組到達終點為止。路由器的**分組正是網路層的主要工作。

整個的路由器結構可劃分為兩大部分：

路由選擇部分：也叫做控制部分，其核心構件是路由選擇處理機。路由選擇處理機的任務是根據所選定的路由選擇協議構造出路由表，同時經常或定期地和相鄰路由器交換路由資訊而不斷地更新和維護路由表。

分組**部分由三部分組成：

1、交換結構(switching fabric)：又稱為交換組織，其作用是根據**表(forwarding table) 對分組進行處理。

2、一組輸入埠

3、一組輸出埠（請注意：這裡的埠就是硬體介面）

「**」和「路由選擇」的區別

「**」(forwarding) 就是路由器根據**表將使用者的ip資料報從合適的埠**出去。僅涉及乙個路由器。

「路由選擇」(routing) 則是按照分布式演算法，根據從各相鄰路由器得到的關於網路拓撲的變化情況，動態地改變所選擇的路由，並構造出完整路由表。路由表是根據路由選擇演算法得出的。而**表是從路由表得出的。是採用不同資料結構實現。在討論路由選擇的原理時，往往不去區分**表和路由表的區別。

路由器的輸入埠裡面裝有物理層、資料鏈路層和網路層的處理模組。

資料鏈路層剝去幀首部和尾部後，將分組送到網路層的佇列中排隊等待處理。這會產生一定的時延。若收到的分組是路由器間交換路由資訊的分組，則把此類分組送交路由器的路由選擇部分中的路由選擇控制機。

若收到的分組是資料分組，則按照分組首部中的目的位址查詢**表的結果，經過交換結構到達合適的輸出埠。輸入埠中的查詢和**功能在路由器的交換功能中是最重要的。

輸入埠對線路上收到的分組的處理

輸出埠將交換結構傳送來的分組傳送到線路：

輸出埠裡面裝有物理層、資料鏈路層和網路層的處理模組。輸出埠從交換結構接收分組，然後把它們傳送到路由器外面的線路上。

在網路層的處理模組中設有乙個緩衝區（佇列）。當交換結構傳送過來的分組的速率超過輸出鏈路的傳送速率時，來不及傳送的分組就必須暫時存放在這個佇列中。

資料鏈路層處理模組將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層後傳送到外部線路。

若路由器處理分組的速率趕不上分組進入佇列的速率，則佇列的儲存空間最終必定減少到零，這就使後面再進入佇列的分組由於沒有儲存空間而只能被丟棄。路由器中的輸入或輸出佇列產生溢位是造成分組丟失的重要原因。

交換結構是路由器的關鍵構件。正是這個交換結構把分組從乙個輸入埠轉移到某個合適的輸出埠。

實現交換有多種方法。常用交換方法有三種： 1、通過儲存器。2、通過匯流排。3、通過縱橫交換結構。

通過儲存器：當路由器的某個輸入埠收到乙個分組時，就用中斷方式通知路由選擇處理機。然後分組就從輸入埠複製到儲存器中。路由器處理機從分組首部提取目的位址，查詢路由表，再將分組複製到合適的輸出埠的快取中。

若儲存器的頻寬（讀或寫）為每秒m個分組，那麼路由器的交換速率（即分組從輸入埠傳送到輸出埠的速率）一定小於m/2。

通過匯流排：資料報從輸入埠通過共享的匯流排直接傳送到合適的輸出埠，而不需要路由選擇處理機的干預。因為每乙個要**的分組都要通過這一條匯流排，因此路由器的**頻寬就受匯流排速率的限制。

現代的技術已經可以將匯流排的頻寬提高到每秒吉位元的速率，因此許多的路由器產品都採用這種通過匯流排的交換方式。

通過縱橫交換結構(crossbar switch fabric)：這種交換結構常稱為互連網路(interconnection network)。它有2n條匯流排，可以使n個輸入埠和n個輸出埠相連線。當輸入埠收到乙個分組時，就將它傳送到與該輸入埠相連的水平匯流排上。

若通向所要**的輸出埠的垂直匯流排是空閒的，則在這個結點將垂直匯流排與水平匯流排接通，然後將該分組**到這個輸出埠。但若該垂直匯流排已被占用（有另乙個分組正在**到同乙個輸出埠），則後到達的分組就被阻塞，必須在輸入埠排隊。

計算機網路（4 18）網路層 路由器的構成