路由器工作原理

　　路由器(Router)是用於連接多個邏輯上分開的網絡，所謂邏輯網絡是代表一個單獨的網絡或者一個子網。當數據從一個子網傳輸到另一個子網

時，可通過路由器來完成。因此，路由器具有判斷網絡地址和選擇路徑的功能，它能在多網絡互聯環境中，建立靈活的連接，可用完全不一樣的數據

分組和介質訪問方式連接各種子網，路由器只接受源站或其他路由器的信息，屬網絡層的一種互聯設備。它不關心各子網運用的硬件設備，但要求運

行與網絡層協議相一致的軟件。路由器分本地路由器和遠程路由器，本地路由器是用來連接網絡傳輸介質的，如光纖、同軸電纜、雙絞線;遠程路由器

是用來連接遠程傳輸介質，並要求相應的設備，如電話線要配調制解調器，無線要通過無線接收機、發射機。

　　(1)工作站A將工作站B的地址12.0.0.5連同數據信息以數據幀的形式發送給路由器1。

　　(2)路由器1收到工作站A的數據幀後，先從包頭中取出地址12.0.0.5，並根據路徑表計算出發往工作站B的最佳路徑：R1->R2->R5->B;並將數據

包發往路由器2。

　　(3)路由器2重復路由器1的工作，並將數據包轉發給路由器5。

　　(4)路由器5同樣取出目的地址，發現12.0.0.5就在該路由器所連接的網段上，於是將該數據包直接交給工作站B。

　　(5)工作站B收到工作站A的數據幀，一次通信過程宣告結束。

　　事實上，路由器除了上述的路由選擇這一主要功能外，還具有網絡流量控制功能。有的路由器僅支持單一協議，但大部分路由器可以支持多種協

議的傳輸，即多協議路由器。由於每一種協議都有自己的規則，要在一個路由器中完成多種協議的算法，勢必會降低路由器的性能。因此，我們以

為，支持多協議的路由器性能相對較低。用戶購買路由器時，需要根據自己的實際情況，選擇自己需要的網絡協議的路由器。

　　近年來出現了交換路由器產品，從本質上來說它不是什麽新技術，而是為了提升通信能力，把交換機的原理組合到路由器中，使數據傳輸能力更

快、更好。

　　路由器作用

　　路由器的一個作用是連通不一樣的網絡，另一個作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提升通信速度，減輕網絡系統通信負

荷，節約網絡系統資源，提升網絡系統暢通率，從而讓網絡系統發揮出更大的效益來。

　　從過濾網絡流量的角度來看，路由器的作用與交換機和網橋非常相似。但是與工作在網絡物理層，從物理上劃分網段的交換機不一樣，路由器運

用專門的軟件協議從邏輯上對整個網絡進行劃分。例如，一臺支持IP協議的路由器可以把網絡劃分成多個子網段，只有指向特殊IP地址的網絡流量才

可以通過路由器。對於每一個接收到的數據包，路由器都會重新計算其校驗值，並寫入新的物理地址。因此，運用路由器轉發和過濾數據的速度往往

要比只查看數據包物理地址的交換機慢。但是，對於那些結構復雜的網絡，運用路由器可以提升網絡的整體效率。路由器的另外一個顯著優勢就是可

以自動過濾網絡廣播。從總體上說，在網絡中添加路由器的整個安裝過程要比即插即用的交換機復雜很多。

　　交換機概念

　　交換(switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方式，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。

廣義的交換機(switch)就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。

　　在計算機網絡系統中，交換概念的提出改進了共享工作模式。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設備，HUB本身不能識別目的地址，當同

一局域網內的A主機給B主機傳輸數據時，數據包在以HUB為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是

否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。

　　交換機原理

　　工作在數據鏈路層。交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包

以後，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬件地址)的NIC(網卡)掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣快速將數據包傳送到

目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應後交換機會“學習”新的地址，並把它添加入內部MAC地址表中。運用交換機也可以

把網絡“分段”，通過對照MAC地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的減少沖突域，但它不能劃

分網絡層廣播，即廣播域。交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有所

有的帶寬，無須同其他設備競爭運用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的所有帶寬，都有著

自己的虛擬連接。假使這裏運用的是10Mbps的以太網交換機，那麽該交換機這時的總流通量就等於2×10Mbps=20Mbps，而運用10Mbps的共享式HUB

時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基於MAC地址識別，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以“學

習”MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。

　　交換機作用

　　交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。現在交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN(虛擬局域網)的支

持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。

　　學習：以太網交換機了解每一端口相連設備的MAC地址，並將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

　　轉發/過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到連接目的節點的端口而不是所有端口(如該數據幀為廣播/組播幀則轉

發至所有端口)。

　　消除回路：當交換機包括一個冗余回路時，以太網交換機通過生成樹協議避免回路的產生，同時允許存在後備路徑。

　　交換機除了能夠連接同種類型的網絡之外，還可以在不一樣類型的網絡(如以太網和快速以太網)之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供

支持快速以太網或FDDI等的高速連接端口，用於連接網絡中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。

　　一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網絡計算機直接連接到交

換機的端口上。這樣，網絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

　　最後簡略的概括一下交換機的基本功能：

　　1.像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓撲布線。

　　2.像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發幀時，交換機會重新產生一個不失真的方形電信號。

　　3.像網橋那樣，交換機在每個端口上都運用相同的轉發或過濾邏輯。

　　4.像網橋那樣，交換機將局域網分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提升了局域網的帶寬。

　　5.除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬局域網(VLAN)和更高的性能。

　　很多人運用過路由器，但沒有運用過交換機，他們聽起來不相同，但功能還是有些近似的。今天就讓我們來認識一下交換機，它具體運用在那些

情況呢?

　　交換機路由器功能如何?又有何分別呢?

　　首先說HUB,也就是集線器。它的作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個局域網。交換機(又名交換式集線器)作用與集線器大體相

同。但是兩者在性能上有分別：集線器采用的式共享帶寬的工作方式，而交換機是獨享帶寬。這樣在機器很多或數據量很大時，兩者將會有比較顯著

的。而路由器與以上兩者有顯著分別，它的作用在於連接不一樣的網段並且找到網絡中數據傳輸最合適的路徑，可以說一般情況下個人用戶需要不

大。

　　路由器是產生於交換機之後，就像交換機產生於集線器之後，所以交換機路由器也有一定聯系，並不是完全獨立的兩種設備。路由器主要克服了

’交換機不能路由轉發數據包的不夠。總的來說，路由器與交換機的主要分別體現在以下幾個方面：

　　(1)交換機路由器功能比較：工作層次不一樣

　　最初的的交換機是工作在OSI/RM開放體系結構的數據鏈路層，也就是第二層，而路由器一開始就規劃工作在OSI模型的網絡層。由於交換機工作

在OSI的第二層(數據鏈路層)，所以它的工作原理比較簡單，而路由器工作在OSI的第三層(網絡層)，可以得到更多的協議信息，路由器可以做出更加

智能的轉發決策。

　　(2)交換機路由器功能比較：數據轉發所依據的對象不一樣

　　交換機是利用物理地址或者說MAC地址來確定轉發數據的目的地址。而路由器則是利用不一樣網絡的ID號(即IP地址)來確定數據轉發的地址。IP

地址是在軟件中實現的，描述的是設備所在的網絡，有時這些第三層的地址也稱為協議地址或者網絡地址。MAC地址通常是硬件自帶的，由網卡生產

商來分配的，而且已經固化到了網卡中去，一般來說是不可更改的。而IP地址則通常由網絡管理員或系統自動分配。

　　(3)交換機路由器功能比較：傳統的交換機只能分割沖突域，不能分割廣播域;而路由器可以分割廣播域

　　由交換機連接的網段仍屬於同一個廣播域，廣播數據包會在交換機連接的所有網段上傳播，在某些情況下會導致通信擁擠和安全漏洞。連接到路

由器上的網段會被分配成不一樣的廣播域，廣播數據不會穿過路由器。雖然第三層以上交換機具有VLAN功能，也可以分割廣播域，但是各子廣播域之

間是不能通信交流的，它們之間的交流依舊需要路由器。

　　(4)交換機路由器功能比較：路由器提供了防火墻的服務.路由器僅僅轉發特定地址的數據包，不傳送不支持路由協議的數據包傳送和未知目標網

絡數據包的傳送，從而可以防止廣播風暴。

　　交換機一般用於LAN-WAN的連接，交換機歸於網橋，是數據鏈路層的設備，有些交換機也可實現第三層的交換。路由器用於WAN-WAN之間的連接，

可以搞定異性網絡之間轉發分組，作用於網絡層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然後向另一條線路轉發。這兩條線路可能分屬於不一樣的網

絡，並采用不一樣協議。相比較而言，路由器的功能較交換機要強大，但速度相對也慢，價格昂貴，第三層交換機既有交換機線速轉發報文能力，又

有路由器良好的控制功能，因此得以廣泛使用。

　　現在個人比較多寬帶接入方式就是ADSL，因此筆者就ADSL的接入來簡單的說明一下。現在購買的ADSL貓大多具有路由功能(很多的時候廠家在出

廠時將路由功能屏蔽了，因為電信安裝時大多是不啟用路由功能的，啟用DHCP。打開ADSL的路由功能)，如果個人上網或少數幾臺通過ADSL本身就可

以了，如果電腦比較多你只需要再購買一個或多個集線器或者交換機。考慮到如今集線器與交換機的價格相差十分小，不是特殊的原因，請購買一個

交換機。

　　(5)交換機路由器功能比較：給你一個參考報價，建議你購買一個8口的，以滿足擴充需要，一般的價格100元左右。接上交換機，所有電腦再接

到交換機上就行了。余下所要做的事情就只有把各個機器的網線插入交換機的接口，將貓的網線插入uplink接口。然後設置路由功能，DHCP等，就可

以共享上網了。看完以上的解說讀者應該對交換機、集線器、路由器有了一些了解，現在的運用主要還是以交換機、路由器的組合運用為主，具體的

組合方式可根據具體的網絡情況和需要來確定。