路由器功能及构成——网络层

一、路由器主要功能

1. 运行路由算法以得到转发表
2. 根据转发表对IP分组进行转发
3. 提供多种网络类型接口，完成不同网络的互联

二、路由器体系结构

路由器一般由以下部分组成

（1）输入端口
（2）交换结构
（3）输出端口
（4）路由选路处理器

1、输入端口处理和基于目的的转发

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。这会产生一定的时延。

执行操作：
（1）通过最长前缀匹配规则在转发表中查找连接出口
（2）必须出现物理层和链路层处理
（3）必须检查分组的版本号、检验和、寿命字段，并重写后两个字段
（4）必须更新用于网络管理的计数器（如收到的IP数据报的数目）

2、交换结构

交换结构是位于一台路由器的核心部位，因为正是通过这种交换结构，分组才能实际的从一个输入端口交换（即转发）到一个输出端口中。

（1）经内存交换
第一代路由器:

1. 具有交换功能的传统计算机，在CPU的直接控制下
2. 分组拷贝到系统的内存
3. 速率受内存带宽限制(每数据报跨越两次总线)

（2）经总线交换

1. 数据报从输入端口到输出端口内存经一个共享的总线（总线芯片），总线速度快于内存读取速度
2. 总线竞争：任何时刻，总线仅能连通1个输入和1个输出，数据转发速率受总线带宽限制
3. 1 Gbps总线, Cisco 1900: 用于接入和企业(非区域或主干)路由器的充足速率

（3）经互联网络交换（纵横式）

1. 克服了总线带宽限制
   Crossbar一般同时满足多个输入和输出连通
2. 一般是路由交换机
   Cisco 12000: 通过互联网络交换提供60Gbps

3、输出端口处理

当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层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。

4、路由选择处理器

1. 在传统路由器中：执行路由选择协议，维护路由选择表与关联链路状态信息，并为改路由器计算转发表。
2. 在SDN路由器中：路由选择处理器负责与远程控制器通信，目的是接收远程控制器计算的转发表项，并在该路由器输入输出端口安装这些表项。