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(yīng)可能就是讓家中多臺(tái)設(shè)備能夠同時(shí)上網(wǎng)的那個(gè)“盒子”。要是沒有它，我們現(xiàn)在的上網(wǎng)方式可能就會(huì)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(luò)中的“橋梁”――路由器? 網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)全面滲透進(jìn)人們的生活中，那么是什么把各個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互連接起來呢？沒錯(cuò)，正是今天我們?cè)掝}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(yīng)用于各種行業(yè)和場(chǎng)景。路由器不僅可以連通不同的網(wǎng)絡(luò)，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(luò)的核心設(shè)備，路由器的技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)在信息產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)，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(jiǎn)單來說，路由器的作用就是通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點(diǎn)移動(dòng)到目標(biāo)地點(diǎn)。在路由器的工作過程中，信息至少會(huì)經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。 也有許多朋友會(huì)把路由器和交換機(jī)的功能相比，發(fā)現(xiàn)他們的功能差不多，其實(shí)二者存在著本質(zhì)的區(qū)別。 路由器和交換機(jī)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(dòng)則發(fā)生在第三層，也就是網(wǎng)絡(luò)層。 這樣一來，路由器和交換機(jī)在工作中需要使用不同的控制信息，所以說這兩種設(shè)備實(shí)現(xiàn)各自功能的方式是有區(qū)別的。 企業(yè)級(jí)路由器 “路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)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(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器構(gòu)成了Internet的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量。因此，在園區(qū)網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、乃至整個(gè)Internet研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于核心地位，其發(fā)展歷程和方向，成為整個(gè)Internet研究的一個(gè)縮影。” ――來自百度百科 路由器組網(wǎng)拓?fù)涫疽鈭D 飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷推動(dòng)者路由器性能的提升，并且在實(shí)際的應(yīng)用中讓路由器變得越來越智能而且業(yè)務(wù)能力越來越強(qiáng)。路由器的性能在其歷史發(fā)展的前期起著主導(dǎo)的作用，隨著IP網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，業(yè)務(wù)性能在網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，業(yè)務(wù)更加智能、部署運(yùn)維更加簡(jiǎn)便等內(nèi)在因素讓路由器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。 路由器的誕生與發(fā)展 路由器的發(fā)明與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系密不可分，隨著電腦網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，人們迫切的需要一種先進(jìn)的方式來解決網(wǎng)絡(luò)互連的難題。 1984年，隨著思科公司的創(chuàng)立，其創(chuàng)始人設(shè)計(jì)了一種叫做“多協(xié)議路由器”的全新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使得斯坦福大學(xué)中相互不兼容的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(luò)中存在著各種不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這些協(xié)議大多數(shù)都能夠在第三層上運(yùn)行IP協(xié)議，讓路由器能夠輕松地與不同類型的網(wǎng)絡(luò)相連。路由器還可以利用網(wǎng)絡(luò)中定義的IP地址來完成對(duì)于每臺(tái)電腦的定位，而不是通過電腦的物理地址。 這樣一來，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(gè)因素，來對(duì)各個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)分，讓各個(gè)網(wǎng)絡(luò)在互相連通的同時(shí)保持各自網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。 通過網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文 早先的IP網(wǎng)絡(luò)并不像現(xiàn)在這樣龐大，路由器所連接的設(shè)備以及需要處理的業(yè)務(wù)也都很小。路由器的功能可以使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)接上多塊網(wǎng)卡的方式來實(shí)現(xiàn)路由器的功能。CPU則負(fù)責(zé)路由手機(jī)、轉(zhuǎn)發(fā)處理、設(shè)備管理等等。 第一代的路由器主要用于科研和教育機(jī)構(gòu)以及企業(yè)連接到互聯(lián)網(wǎng)，并沒有太多的網(wǎng)絡(luò)連接。 模塊化的路由器 隨著網(wǎng)絡(luò)流量的不斷增大，為了解決越來越大的CPU和總線負(fù)擔(dān)，將少數(shù)常用的路由信息采用Cache技術(shù)保留在業(yè)務(wù)接口卡上，使大多數(shù)報(bào)文直接通過業(yè)務(wù)板Cache的路由表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，減少對(duì)總線和CPU的請(qǐng)求。只對(duì)于Cache中找不到的報(bào)文傳輸?shù)紺PU進(jìn)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(luò)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(yīng)用。 互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展 路由器快速進(jìn)化 20世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，Web技術(shù)更是讓IP網(wǎng)絡(luò)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(yīng)對(duì)這一局面，人們采用了全分布式結(jié)構(gòu)-路由與轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術(shù)，制造出第三代路由器。 第三代路由器通過主控板負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的管理和路由的收集、計(jì)算功能，并把計(jì)算形成的轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到各業(yè)務(wù)板;各業(yè)務(wù)板根據(jù)保存的路由轉(zhuǎn)發(fā)表能夠獨(dú)立進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。 另外總線技術(shù)也得到了較大的發(fā)展，通過總線、業(yè)務(wù)板之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完全獨(dú)立于主控板，實(shí)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(jié)構(gòu)圖 90年代中后期，隨著IP網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化，Web技術(shù)出現(xiàn)以后，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到空前的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶呈爆炸式增長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)流量特別是核心網(wǎng)絡(luò)的流量以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的基于軟件的IP路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。報(bào)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(fù)雜操作，以傳統(tǒng)的做法是不可能實(shí)現(xiàn)的。 于是一些廠商提出了ASIC實(shí)現(xiàn)方式，它把轉(zhuǎn)發(fā)過程的所有細(xì)節(jié)全部采用硬件方式來實(shí)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(dá)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(jìn)入新世紀(jì)后，圍繞業(yè)務(wù)能力，廠商對(duì)路由器展開了大刀闊斧的改革。網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理、業(yè)務(wù)管理、MPLS、VPN、可控組播、IP-QoS和流量工程等各種新技術(shù)紛紛加入到路由器中。 第五代路由器在硬件體系結(jié)構(gòu)上繼承了第四代路由器的成果，在關(guān)鍵的IP業(yè)務(wù)流程處理上則采用了可編程的、專為IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)。 網(wǎng)絡(luò)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(gè)微處理器并行工作，通過軟件來控制處理流程，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性與高性能的有機(jī)結(jié)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(wù)這兩個(gè)重要因素的推動(dòng)，在短短30年間路由器技術(shù)取得了令人瞠目結(jié)舌的進(jìn)步。 近年來，隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等新技術(shù)的出現(xiàn)，廠商在進(jìn)行路由器的研發(fā)時(shí)將更多的精力投入到了提供高品質(zhì)的業(yè)務(wù)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(dāng)下廠商制造路由器的標(biāo)簽。
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