路由器工作原理及其主要部件详解

前言：如有疑问（包括但不限于本篇，涉及网络系统皆可），欢迎评论探讨，看见能解答必回。彼此交流，共同成长。)

摘要：路由器定义、路由结构及工作过程、硬件路由转发表CAM、NP（network processor）芯片、多级交换结构路由器、集群路由器

一、什么是路由器？

简单来说是具有路由和转发功能的实现网络互联的设备，除此之外还有子网间速率适配、隔离子网、指定访问规则的作用。

定义：路由器（Router）是⼀种实现⽹络互联的设备，作在OSI模型的第三层——即⽹络层，

提供路由与转发两种重要机制，可以决定数据包从来源端到⽬的端所经过的路由路径

（host到host之间的最佳传输路径），这个过程称为路由；将路由器输⼊端的数据包

移送⾄适当的路由器输出端（在路由器内部进⾏），这称为转发。

二、典型的路由器结构：

三、路由器工作过程：

1.路由选择（软件、控制层面）：将路由协议选择生成的路由条目加入路由表中，内存将路由表映射到转发引擎里，存在ASIC芯片cache区。

2.分组转发（硬件、数据层面）：数据链路层剥去帧⾸部和尾部后，将分组送到⽹络层使⽤IP头部关键字去查找转发表找到出接⼝。

四、硬件路由转发表，一个时钟周期内无论大小都可检索：

1.CAM表：二元匹配即1、0，要么全匹配要么不匹配。用于MAC地址查询。

2.TCAM转发表：三元匹配即除了0、1，还有dont care不关心匹配。排序方式：精确到不精确。用于路由表策略、路由匹配、防火墙、路由规则匹配。

五、NP（network processor）芯片：

NP芯片可编程可同时对很多业务处理做硬件加速。在其出现前都是专用路由器，出现后有全业务路由器。NP与ASIC比较的优点：性能更⾼：内部集成数⼗个CPU及硬件协处理器、硬件加速器，在实现复杂的拥塞管理、队列调度等QOS功能前提下，仍能保持线速转发，实现“硬转发”；扩展更灵活：预留的⽤户接⼝可编程，扩展灵活；业务⽀持能⼒强：对新的增值业务(MPLS、QOS、组播等等)迅速⽀持；管理灵活，开发⽅便，⼤⼤缩短⼆次开发周期；预留IPv6接⼝，可通过软件平滑升级；可靠性⾼：芯⽚转产前通过严格的疲劳

性测试，适合开发电信级设备。

六、多级交换结构路由器：

多级交换结构是由多个交换单元互联起来的，每个交换单元具有⼀整套输⼊输出，与

普通交换机类似，提供输⼊输出的连接。

七、集群路由器：

集群路由器由若⼲个路由器节点构成，包含了多个路由实体和交换实体它的交换结构由多

个交换结构聚合⽽成，具有分布式的特点，能够满⾜性能、规模和可扩展性的要求它

还包含了多个具有路由计算能⼒的控制节点，有利于路由协议和控制协议等任务的分

布式实现集群路由器体系结构被认为是符合互联⽹发展需要的下⼀代⾼性能路由器体

系结构。

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