一文看盡路由器 從此秘密不再有
一談到路由器，我們的第一反應可能就是讓家中多臺設備能夠同時上網(wǎng)的那個“盒子”。要是沒有它，我們現(xiàn)在的上網(wǎng)方式可能就會完全被顛覆。今天我們就來聊聊路由器的歷史，看看它發(fā)展到今日，是如何演變的吧。 網(wǎng)絡中的“橋梁”――路由器? 網(wǎng)絡目前已經(jīng)全面滲透進人們的生活中，那么是什么把各個網(wǎng)絡相互連接起來呢？沒錯，正是今天我們話題的主人公――路由器。 路由器可以說是互聯(lián)網(wǎng)中的樞紐，廣泛應用于各種行業(yè)和場景。路由器不僅可以連通不同的網(wǎng)絡，還可以選擇數(shù)據(jù)傳送的路徑，并且能夠阻隔非法訪問。 作為IP網(wǎng)絡的核心設備，路由器的技術已經(jīng)成為現(xiàn)在信息產(chǎn)業(yè)的重要技術，它在數(shù)據(jù)通信中起到的作用也越來越重要。 家中常用的無線路由器 簡單來說，路由器的作用就是通過相互連接的網(wǎng)絡把信息從源地點移動到目標地點。在路由器的工作過程中，信息至少會經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點。 也有許多朋友會把路由器和交換機的功能相比，發(fā)現(xiàn)他們的功能差不多，其實二者存在著本質(zhì)的區(qū)別。 路由器和交換機之間的最重要的區(qū)別，是交換發(fā)生在第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由活動則發(fā)生在第三層，也就是網(wǎng)絡層。 這樣一來，路由器和交換機在工作中需要使用不同的控制信息，所以說這兩種設備實現(xiàn)各自功能的方式是有區(qū)別的。 企業(yè)級路由器 “路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點設備，路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來（router，轉(zhuǎn)發(fā)者）。作為不同網(wǎng)絡之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構成了基于TCP/IP的國際互聯(lián)網(wǎng)絡Internet的主體脈絡，也可以說，路由器構成了Internet的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡互連的質(zhì)量。因此，在園區(qū)網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、乃至整個Internet研究領域中，路由器技術始終處于核心地位，其發(fā)展歷程和方向，成為整個Internet研究的一個縮影?！? ――來自百度百科 路由器組網(wǎng)拓撲示意圖 飛速發(fā)展的網(wǎng)絡技術不斷推動者路由器性能的提升，并且在實際的應用中讓路由器變得越來越智能而且業(yè)務能力越來越強。路由器的性能在其歷史發(fā)展的前期起著主導的作用，隨著IP網(wǎng)絡和業(yè)務的迅猛發(fā)展，業(yè)務性能在網(wǎng)絡中將起到越來越重要的作用。 現(xiàn)在，各大路由器廠商已經(jīng)不再吧性能的提升作為宣傳的重點，業(yè)務更加智能、部署運維更加簡便等內(nèi)在因素讓路由器的發(fā)展進入了一個全新的時期。 路由器的誕生與發(fā)展 路由器的發(fā)明與網(wǎng)絡的關系密不可分，隨著電腦網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，人們迫切的需要一種先進的方式來解決網(wǎng)絡互連的難題。 1984年，隨著思科公司的創(chuàng)立，其創(chuàng)始人設計了一種叫做“多協(xié)議路由器”的全新網(wǎng)絡設備，使得斯坦福大學中相互不兼容的計算機網(wǎng)絡聯(lián)接到了一起，這就是路由器的前身。 隨后，思科公司在1986年正式推出了第一款多協(xié)議路由器――AGS。 思科推出的第一款多協(xié)議路由器AGS 上文說到路由器工作在第三層，那么這樣做有什么好處呢？ 在網(wǎng)絡中存在著各種不同的網(wǎng)絡協(xié)議，這些協(xié)議大多數(shù)都能夠在第三層上運行IP協(xié)議，讓路由器能夠輕松地與不同類型的網(wǎng)絡相連。路由器還可以利用網(wǎng)絡中定義的IP地址來完成對于每臺電腦的定位，而不是通過電腦的物理地址。 這樣一來，每個網(wǎng)絡中的IP得知都是在一定范圍內(nèi)的不沖突的、唯一的地址。路由器可以根據(jù)這個因素，來對各個不同的網(wǎng)絡進行區(qū)分，讓各個網(wǎng)絡在互相連通的同時保持各自網(wǎng)絡的獨立性。 通過網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)報文 早先的IP網(wǎng)絡并不像現(xiàn)在這樣龐大，路由器所連接的設備以及需要處理的業(yè)務也都很小。路由器的功能可以使用一臺計算機接上多塊網(wǎng)卡的方式來實現(xiàn)路由器的功能。CPU則負責路由手機、轉(zhuǎn)發(fā)處理、設備管理等等。 第一代的路由器主要用于科研和教育機構以及企業(yè)連接到互聯(lián)網(wǎng)，并沒有太多的網(wǎng)絡連接。 模塊化的路由器 隨著網(wǎng)絡流量的不斷增大，為了解決越來越大的CPU和總線負擔，將少數(shù)常用的路由信息采用Cache技術保留在業(yè)務接口卡上，使大多數(shù)報文直接通過業(yè)務板Cache的路由表進行轉(zhuǎn)發(fā)，減少對總線和CPU的請求。只對于Cache中找不到的報文傳輸?shù)紺PU進行處理，這就是第二代路由器。 第二代路由器轉(zhuǎn)發(fā)性能提升較大，還可以根據(jù)具體的網(wǎng)絡環(huán)境提供豐富的連接方式和接口密度，在互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)中得到了廣泛的應用。 互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展 路由器快速進化 20世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，Web技術更是讓IP網(wǎng)絡得到了迅猛的發(fā)展，用戶上網(wǎng)的訪問內(nèi)容得到了極大的豐富。為了應對這一局面，人們采用了全分布式結構-路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術，制造出第三代路由器。 第三代路由器通過主控板負責整個設備的管理和路由的收集、計算功能，并把計算形成的轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到各業(yè)務板;各業(yè)務板根據(jù)保存的路由轉(zhuǎn)發(fā)表能夠獨立進行路由轉(zhuǎn)發(fā)。 另外總線技術也得到了較大的發(fā)展，通過總線、業(yè)務板之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完全獨立于主控板，實現(xiàn)了并行高速處理，使得路由器的處理性能成倍提高。 路由器內(nèi)部結構圖 90年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡的商業(yè)化，Web技術出現(xiàn)以后，互聯(lián)網(wǎng)技術得到空前的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶呈爆炸式增長。網(wǎng)絡流量特別是核心網(wǎng)絡的流量以指數(shù)級增長，傳統(tǒng)的基于軟件的IP路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡發(fā)展的需要。報文處理中需要包含諸如QoS保證、路由查找、二層幀頭的剝離/添加等復雜操作，以傳統(tǒng)的做法是不可能實現(xiàn)的。 于是一些廠商提出了ASIC實現(xiàn)方式，它把轉(zhuǎn)發(fā)過程的所有細節(jié)全部采用硬件方式來實現(xiàn)。另外在交換網(wǎng)上采用了Crossbar或共享內(nèi)存的方式解決了內(nèi)部交換的問題，使得路由器的性能達到千兆比特，即早期的千兆交換式路由器(Gigabit Switch Router，GSR)。 路由器集群 進入新世紀后，圍繞業(yè)務能力，廠商對路由器展開了大刀闊斧的改革。網(wǎng)絡管理、用戶管理、業(yè)務管理、MPLS、VPN、可控組播、IP-QoS和流量工程等各種新技術紛紛加入到路由器中。 第五代路由器在硬件體系結構上繼承了第四代路由器的成果，在關鍵的IP業(yè)務流程處理上則采用了可編程的、專為IP網(wǎng)絡設計的網(wǎng)絡處理器技術。 網(wǎng)絡處理器(NP)通常由若干微處理器和一些硬件協(xié)處理器組成，多個微處理器并行工作，通過軟件來控制處理流程，實現(xiàn)業(yè)務靈活性與高性能的有機結合。 適合大型企業(yè)使用的路由器 路由器的發(fā)展歷史大致就是如此，伴隨著性能和業(yè)務這兩個重要因素的推動，在短短30年間路由器技術取得了令人瞠目結舌的進步。 近年來，隨著軟件定義網(wǎng)絡（SDN）等新技術的出現(xiàn)，廠商在進行路由器的研發(fā)時將更多的精力投入到了提供高品質(zhì)的業(yè)務保障上面。高性能、高安全、高可靠、智能化以及易使用已經(jīng)成為當下廠商制造路由器的標簽。
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