路由器的构成.pptx

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1、 路由器的构成路由器的构成n路由器是一种典型的网络层路由器是一种典型的网络层设备。设备。n路由器是互联网中的关键设备。路由器是互联网中的关键设备。n路由器的主要作用是：路由器的主要作用是：n连通连通不同的不同的网络。网络。n选择选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。统发挥出更大的效益来。1. 路由器的结构路由器的结构n路由器是一种具有多个输入端口和多个输

2、出端路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。也就是口的专用计算机，其任务是转发分组。也就是说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去的目的地（即目的网络），把该分组分组要去的目的地（即目的网络），把该分组从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳路由器。路由器。n下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到该分组到达终点为止。该分组到达终点为止。 n路由器的转发分组正是网络层的主要路由器的转发分组正是网络层的主要工作工作。典型的路由器的结构典

3、型的路由器的结构 课件制作人：谢希仁课件制作人：谢希仁路由路由选择选择路由选择处理机路由选择处理机路由选择协议路由选择协议路由表路由表3输入端口输入端口3交换结构交换结构输入端口输入端口输出端口输出端口分组分组转发转发转发表转发表分组处理分组处理输出端口输出端口1113312222图中图中数字数字表示相应层次表示相应层次的构件的构件：3网络层网络层2数据链路层数据链路层1物理层物理层典型的路由器的结构典型的路由器的结构 n整个的路由器结构可划分为两大部分整个的路由器结构可划分为两大部分：n路由选择部分路由选择部分n分组分组转发转发部分部分n路由选择路由选择部分部分n也叫也叫作作控制控制部分，其

4、核心构件是路由选择处理机部分，其核心构件是路由选择处理机。n路由选择路由选择处理机的任务是根据所选定的路由选择协处理机的任务是根据所选定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期地和相邻路由器议构造出路由表，同时经常或定期地和相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。交换路由信息而不断地更新和维护路由表。典型的路由器的结构典型的路由器的结构 n分组分组转发转发部分部分由由三部分组成三部分组成：n交换结构交换结构 (switching fabric)：又又称为交换组织称为交换组织，其其作用是作用是根据根据转发转发表表 (forwarding table) 对对分组进行分组进行处理处理。n一

5、一组组输入输入端口端口n一组一组输出输出端口端口（请请注意：这里的端口就是硬件接口）注意：这里的端口就是硬件接口）“转发转发”和和“路由选择路由选择”的区别的区别 n“转发转发”(forwarding) 就是就是路由器根据转发表将用户的路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。数据报从合适的端口转发出去。n“路由选择路由选择”(routing) 则则是按照分布式算法，根据从是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况变化情况，动态，动态地改变所选择的路由。地改变所选择的路由。n路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路路

6、由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。由表得出的。n在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的由表的区别。区别。输入端口对线路输入端口对线路上收到上收到的分组的处理的分组的处理 n路由器的路由器的输入端口里面输入端口里面装有装有物理层物理层、数据链路、数据链路层和网络层的处理模块。层和网络层的处理模块。n数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到网络层的队列中排队等待处理。这会产生一定网络层的队列中排队等待处理。这会产生一定的时延。的时延。 n输入输入端口中的查找和转发功能在路由器的

7、交换端口中的查找和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的功能中是最重要的。输入端口对线路输入端口对线路上收到上收到的分组的处理的分组的处理 物理层处理物理层处理数据链路层数据链路层处理处理网络层处理网络层处理 分组排队分组排队 交交换换结结构构 输入端口的处理输入端口的处理从从线线路路接接收收分分组组查表和转发查表和转发输出端口将交换结构传送来的输出端口将交换结构传送来的分组分组发送发送到线路到线路 n输出输出端口里面端口里面装有装有物理层、数据链路层和网络层的处物理层、数据链路层和网络层的处理模块。理模块。n输出端口从交换结构接收分组，然后把它们发送到路输出端口从交换结构接收分组，然后把它们

8、发送到路由器外面的线路上由器外面的线路上。n在网络层的处理模块中设有一个在网络层的处理模块中设有一个缓冲区缓冲区（队列队列）。当当交换结构传送过来的分组的速率超过输出链路的发送交换结构传送过来的分组的速率超过输出链路的发送速率时，来不及发送的分组就必须暂时存放在这个队速率时，来不及发送的分组就必须暂时存放在这个队列中。列中。n数据链路层数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线路。交给物理层后发送到外部线路。 输出端口将交换结构传送来的输出端口将交换结构传送来的分组分组发送发送到线路到线路 物理层处理物理层处理数据链路层数据链

9、路层处理处理网络层处理网络层处理 分组排队分组排队 输出端口的处理输出端口的处理向向线线路路发发送送分分组组缓存管理缓存管理交交换换结结构构分组丢弃分组丢弃 n若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。间而只能被丢弃。n路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因组丢失的重要原因。2. 交换交换结构结构n交换结构是路由器的关键交

10、换结构是路由器的关键构件。构件。n正是正是这个交换结构把分组从一个输入端口转移这个交换结构把分组从一个输入端口转移到某个合适的输出端口到某个合适的输出端口。n实现交换有多种方法实现交换有多种方法。常用交换方法常用交换方法有三种：有三种：n通过通过存储器存储器n通过通过总线总线n通过纵横交换结构通过纵横交换结构2. 交换交换结构结构n通过存储器通过存储器n当当路由器的某个输入端口收到一个分组时，就用中路由器的某个输入端口收到一个分组时，就用中断方式通知路由选择处理机。然后分组就从输入端断方式通知路由选择处理机。然后分组就从输入端口复制到存储器中口复制到存储器中。n路由器路由器处理机从分组首部提取

11、目的地址，查找路由处理机从分组首部提取目的地址，查找路由表，再将分组复制到合适的输出端口的缓存中表，再将分组复制到合适的输出端口的缓存中。n若存储器的带宽（读或写）为若存储器的带宽（读或写）为每秒每秒 M 个个分组，那么分组，那么路由器的交换速率（即分组从输入端口传送到输出路由器的交换速率（即分组从输入端口传送到输出端口的速率）一定端口的速率）一定小于小于 M/2。2. 交换交换结构结构n通过总线通过总线n数据报数据报从输入端口通过从输入端口通过共享的总线共享的总线直接传送到合适直接传送到合适的输出端口，而的输出端口，而不需要路由选择处理机的干预。不需要路由选择处理机的干预。n因为每一个要转发

12、的分组都要通过这一条总线，因因为每一个要转发的分组都要通过这一条总线，因此路由器的转发带宽就受总线速率的限制此路由器的转发带宽就受总线速率的限制。n现代现代的技术已经可以将总线的带宽提高到每秒吉比的技术已经可以将总线的带宽提高到每秒吉比特的速率，因此许多的路由器产品都采用这种通过特的速率，因此许多的路由器产品都采用这种通过总线的交换方式总线的交换方式。2. 交换交换结构结构n通过通过纵横交换纵横交换结构结构 ( crossbar switch fabric)n这种交换这种交换结结构常称为构常称为互连网络互连网络 (interconnection network)。n它有它有2N条总线，可以使条

13、总线，可以使N个输入端口和个输入端口和N个输出端口相个输出端口相连接连接。n当输入端口收到一个分组时，就将它发送到与该输入端口相当输入端口收到一个分组时，就将它发送到与该输入端口相连的水平总线上连的水平总线上。n若若通向所要转发的输出端口的垂直总线是空闲的，则在这个通向所要转发的输出端口的垂直总线是空闲的，则在这个结点将垂直总线与水平总线接通，然后将该分组转发到这个结点将垂直总线与水平总线接通，然后将该分组转发到这个输出端口输出端口。n但但若该垂直总线已被占用（有另一个分组正在转发到同一个若该垂直总线已被占用（有另一个分组正在转发到同一个输出端口），则后到达的分组就被阻塞，必须在输入端口排输出端口），则后到达的分组就被阻塞，必须在输入端口排队。队。I1I3I2O1O2存存储储器器I1I3I2O1O2I1I3I2O1O2O3(a) 通过存储器通过存储器(c) 通过互连网络通过互连网络(b) 通过总线通过总线总线总线互连网络互连网络O3O3三三种常用的交换方法种常用的交换方法