網路層：路由器

05-11

我們前面探討了區域網中的計算機通信，即目的主機和源主機在同一個網路中的情況，這時候使用直接交付即可。如果兩個主機不在同一個網路中，則需要源主機把報文交給該網路的路由器，這就叫間接交付。

那麼什麼是路由器？它具有什麼功能呢？工作原理是什麼？

路由器一種具有多個輸入埠和多個輸出埠的專用計算機，它的核心功能是將不同的異構網路聯繫起來，並進行轉發分組。

路由器的工作原理：路由器的某個輸入埠會收到分組，會根據分組的目的地址，將分組從合適的輸出埠轉發給下一跳路由器。下一跳也會如此處理，直至把分組送到目的地址。

路由器可分為兩個部分：

路由選擇部分：路由選擇處理機
分組轉發部分：輸入埠，交換結構，輸出埠

路由選擇部分的核心是路由選擇處理機，裡面有一張路由表，路由表是根據路由選擇協議構造出來的。路由器需要定期和相鄰的路由器交換信息來更新這張表。

交換結構本身是路由器內部的網路，它根據轉發表，將分組從合適的埠轉發出去。

這裡澄清一下容易混淆的兩個概念：轉發和路由選擇。

轉發是路由器根據轉發表將IP數據報轉發出去；路由選擇是根據分散式演算法，根據從各個相鄰的路由器得到整個網路的拓撲變化情況，動態地改變所選擇的路由。

路由表是根據路由選擇協議構建而成，包含從目的地址到下一跳（以IP地址表示）的映射。

轉發表是從路由表得出的，包含完成轉發功能所需要的信息。轉發表包含從目的地址到輸出埠（和某些MAC地址）的映射。轉發表應當使查找結構最優化，而路由表則需要對網路拓撲變化的計算最優化。

路由器的埠能處理自網路層以下的數據。在物理層進行比特的收發，在數據鏈路層進行幀的收發，將幀的首部和尾部剝去，就被送到網路層的處理模塊。

還要一個重要問題：路由器在設計上需要注意什麼地方（難點）？

我們知道，無論是什麼系統，都是由不同的模塊所構成，一個不可避免的問題就是不同模塊之間能否流暢地配合。比如CPU和內存的速度差異較大，需要cache來作為緩衝。路由器是互聯網中的連接器和轉發器，路由器進行分組轉發需要處理時間，如果分組很多，那就還需要排隊時間，這樣就會增加網路時延。所以最理想的情況是路由器的處理速率能夠跟上線路將分組傳送到路由器的速率。這種速率成為線速（line speed / wire speed）。