路由器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究論文

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摘要：本文首先介紹了路由器的基本概念和分類方法。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)Ipv6技術(shù)、提高路由器吞吐量的技術(shù)、可編程ASIC技術(shù)、VPN技術(shù)、QoS技術(shù)、MPLS技術(shù)、多播技術(shù)、網(wǎng)管技術(shù)等八種與路由器相關(guān)的新技術(shù)進(jìn)行了全面的分析，對(duì)這些技術(shù)的發(fā)展作了高度的概括和總結(jié)。

關(guān)鍵字：路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

當(dāng)前基于IP協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量劇增，網(wǎng)絡(luò)流量每六個(gè)月翻一番，比計(jì)算機(jī)CPU速度每18個(gè)月提高一倍還要發(fā)展得快得多。為了使網(wǎng)絡(luò)狀況更加適應(yīng)用戶的需要，作為網(wǎng)絡(luò)核心器件的路由器的不斷升級(jí)換代也就成為大勢(shì)所趨。下面就從路由器的基本概念和分類入手，對(duì)基于路由器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行一個(gè)較為全面的介紹。

二、路由器的基本概念和分類

1977年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了開放系統(tǒng)互連基本參考模型（OSI），OSI參考模型采用分層結(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信功能分為職責(zé)分明的七層，由高到低分別是：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中采用最為普遍的TCP/IP協(xié)議吸收了OSI標(biāo)準(zhǔn)中的概念及特征。TCP/IP模型由四個(gè)層次組成即：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層+物理層。只有對(duì)等層才能相互通訊。一方在某層上的協(xié)議是什么，對(duì)方在同一層次上也必須采用同一協(xié)議。路由器就工作在TCP/IP模型的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），主要作用是為收到的報(bào)文尋找正確的路徑，并把它們轉(zhuǎn)發(fā)出去。

路由器的基本構(gòu)成部分：

1、兩個(gè)或兩個(gè)以上的接口（用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)）

2、協(xié)議至少實(shí)現(xiàn)到網(wǎng)絡(luò)層（只有理解網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議才能與網(wǎng)絡(luò)層通訊）

3、至少支持兩種以上的子網(wǎng)協(xié)議（異種網(wǎng)）

4、一組路由協(xié)議

路由器的基本功能：

1、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、尋徑功能

2、路由功能。包括數(shù)據(jù)包的路徑?jīng)Q策、負(fù)載平衡、多媒體傳輸（多播）等

3、智能化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。包括QoS、訪問列表（防火墻）、驗(yàn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)、鏈路備份、調(diào)試、管理等

按照路由器的接口、處理能力、吞吐量、提供的協(xié)議、功能等可以把路由器分成高、中、低多種檔次。

1、高端路由器位于WAN骨干網(wǎng)的中心或骨干位置，構(gòu)成IP網(wǎng)絡(luò)的核心。

2、中端路由器適合于有分支機(jī)構(gòu)的中小型企業(yè)，一般位于路由中心位置上，互連企業(yè)網(wǎng)的各個(gè)分支機(jī)構(gòu)，并作為企業(yè)網(wǎng)的出口，上行接入高端路由器中。中檔路由器邊緣可以接入低端系列路由器。對(duì)于中小型企業(yè)來說，中端路由器是其網(wǎng)絡(luò)的中心。

3、低端路由器主要針對(duì)派出機(jī)構(gòu)，接口少，處理能力要求不高等場(chǎng)合。

4、專用路由器：如VPN路由器、加密路由器、語音路由器，通過特殊的附加（軟）硬件實(shí)現(xiàn)特定功能。

三、主要技術(shù)分析：

1、IPv6技術(shù)

IPv6是IP的一種新的版本，它同目前廣泛使用的的IPv4相比，地址由32位擴(kuò)充到128位。從理論上說，地址的數(shù)量由原先的4.3×109個(gè)增加到4.3×1038個(gè)。經(jīng)由IPv6，路由數(shù)可以減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。

IPv6所以能使互聯(lián)網(wǎng)連接許多東西變得簡(jiǎn)單而且使用容易是因?yàn)樗褂昧怂姆N技術(shù):地址空間的擴(kuò)充、可使路由表減小的地址構(gòu)造、自動(dòng)設(shè)定地址以及提高安全保密性。

IPv6在路由技術(shù)上繼承了IPv4的有利方面，代表未來路由技術(shù)的發(fā)展方向。

2、提高路由器吞吐量的技術(shù)

路由器的吞吐量是指路由器單位時(shí)間內(nèi)能夠轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文數(shù)，通常用pps（PacketPerSecond）表示。以一個(gè)典型的企業(yè)網(wǎng)為例，一個(gè)派駐機(jī)構(gòu)的上行速率有2000pps就夠了，分支的核心路由設(shè)備必需具有幾萬pps的吞吐能力，而公司總部的路由中心則可能需要幾十萬甚至上百萬pps的處理能力。

目前主要有下面的提高路由器吞吐量的技術(shù)：

改造路由表；采用Cache；采用分布式處理；高層交換；硬件（FPGA/ASIC）轉(zhuǎn)發(fā)等

交換式路由器（SwitchRouter）就是利用這些技術(shù)的結(jié)晶。3、可編程ASIC技術(shù)

ASIC技術(shù)能夠使得路由器的速度提高并降低制造成本。由于設(shè)計(jì)生產(chǎn)的投入相當(dāng)大，ASIC基本上都用于已完全標(biāo)準(zhǔn)化和固化的過程。為了滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各種結(jié)構(gòu)和協(xié)議的頻繁變化的要求，出現(xiàn)了“可編程ASIC”技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用中多數(shù)采用在ASIC芯片中內(nèi)嵌入專門處理通信協(xié)議的CPU，通過改寫微碼，使其具有處理不同協(xié)議的能力。

4、VPN技術(shù)

VPN（VirtualPrivateNetwork）虛擬私有網(wǎng)絡(luò)就是利用公共網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建的私人專用網(wǎng)絡(luò)。用于構(gòu)建VPN的公共網(wǎng)絡(luò)包括Internet、幀中繼、ATM等。在公共網(wǎng)絡(luò)上組建的VPN象企業(yè)現(xiàn)有的私有網(wǎng)絡(luò)一樣能夠保證安全性、可靠性和可管理性等。

“虛擬”的概念是相對(duì)傳統(tǒng)私有網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方式而言的。對(duì)于廣域網(wǎng)連接，傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式是通過遠(yuǎn)程撥號(hào)連接來實(shí)現(xiàn)的，而VPN是利用服務(wù)提供商所提供的公共網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的廣域連接。通過VPN，企業(yè)可以以更低的成本連接它們的遠(yuǎn)地辦事機(jī)構(gòu)、公司出差員工和業(yè)務(wù)合作伙伴,企業(yè)內(nèi)部資源享用者只需連入本地ISP的POP（PointOfPresence，接入服務(wù)提供點(diǎn)）即可相互通信；而利用傳統(tǒng)的WAN組建技術(shù)，彼此之間要有專線相連才可以達(dá)到同樣的目的。虛擬網(wǎng)組成后，出差員工和外地客戶只需擁有當(dāng)?shù)豂SP的上網(wǎng)權(quán)限就可以訪問企業(yè)內(nèi)部資源；如果接入服務(wù)器的用戶身份認(rèn)證服務(wù)器支持漫游，甚至不必?fù)碛斜镜豂SP的上網(wǎng)權(quán)限。這對(duì)于流動(dòng)性很大的出差員工和分布廣泛的客戶與合作伙伴來說是很有意義的。并且企業(yè)開設(shè)VPN服務(wù)所需的設(shè)備很少，只需在資源共享處放置一臺(tái)VPN服務(wù)器就可以了。

常見的VPN分為三種類型：遠(yuǎn)程訪問虛擬網(wǎng)（AccessVPN）、企業(yè)內(nèi)部虛擬網(wǎng)（IntranetVPN）和企業(yè)擴(kuò)展虛擬網(wǎng)（ExtranetVPN），這三種類型的VPN分別與傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部的Intranet以及企業(yè)網(wǎng)和相關(guān)合作伙伴的企業(yè)網(wǎng)所構(gòu)成的Extranet相對(duì)應(yīng)。

5、QoS（QualityofService）

QoS是兩網(wǎng)合一和VPN等應(yīng)用推廣的前提。在融合的推動(dòng)下數(shù)據(jù)網(wǎng)上承載的業(yè)務(wù)越來越廣泛，話音、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育等。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)是不區(qū)分的，當(dāng)網(wǎng)上數(shù)據(jù)流量比較大時(shí)話音質(zhì)量將急劇下降，某些重要的公司業(yè)務(wù)流也將受到影響。QoS就是要區(qū)別對(duì)待這些業(yè)務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

QoS包含的流分類是將接入的用戶數(shù)據(jù)按業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，賦予不同的優(yōu)先級(jí)；流量整形是指對(duì)特定的業(yè)務(wù)流進(jìn)行帶寬限制，使之符合QoS協(xié)定；流量工程則是從全網(wǎng)管理的高度保障QoS。

6、MPLS（MultiProtocolLabelSwitch）——多協(xié)議標(biāo)記交換

IP的發(fā)展存在著一個(gè)非常明顯的障礙，這是由IP本身固有的一個(gè)缺陷決定的，IP是一個(gè)無連接的協(xié)議，因此IP網(wǎng)上的應(yīng)用無法得到很好的QoS保證。由于缺乏連接性，每一個(gè)IP包都是單獨(dú)地發(fā)到目的地的，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都無從知曉這些無連接的包中的某一個(gè)是如何到來的。與此相比，面向連接的協(xié)議如幀中繼則需要建立一個(gè)固定的虛電路。連接路徑上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)以及干線可以先為其預(yù)留資源，以提供QoS保證。IP具有其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所無法比擬的靈活性，這一點(diǎn)通過Internet已經(jīng)得到了證明，而面向連接的協(xié)議可以保證QoS，因此這兩種協(xié)議的結(jié)合是非常有意義的，這就導(dǎo)致了MPLS的產(chǎn)生。

MPLS將IP的靈活性和幀中繼、ATM等面向連接網(wǎng)絡(luò)的QoS保證特性有效地結(jié)合在了一起，這對(duì)于IP的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用無疑有著巨大的推動(dòng)作用。

7、多播技術(shù)

多播（Multicast）主要用于視頻會(huì)議等應(yīng)用場(chǎng)合，這種應(yīng)用需要同一份數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送給多個(gè)用戶。多播包的目的地址使用D類IP地址，即從224.0.0.0到239.255.255.255的多播地址。每個(gè)多播地址代表一個(gè)多播組，而不是一臺(tái)主機(jī)。IGMP（Internet組管理協(xié)議）用于控制用戶加入或離開多播組，多播路由協(xié)議則用于建立多播路由表，或稱多播樹。

如果一個(gè)局域網(wǎng)中有一個(gè)用戶通過IGMP宣布加入某多播組，則局域網(wǎng)中的多播路由器就將該信息通過多播路由協(xié)議進(jìn)行傳播，最終將該局域網(wǎng)作為一個(gè)分枝加入多播樹。當(dāng)局域網(wǎng)中的所有用戶退出該多播組后相關(guān)的分枝就從多播樹中刪掉。

多播路由協(xié)議有下列幾種。DVMRP：距離向量多播路由協(xié)議；MOSPF：多播OSPF；CBT：基于核的樹；PIM：協(xié)議無關(guān)的多播

多播網(wǎng)中可能有不支持多播的路由器，此時(shí)多播路由器使用“IPoverIP”的隧道方式將多播包封裝在單播IP包中透?jìng)鹘o相鄰的多播路由器。相鄰的多播路由器再將單播IP頭剝掉，然后繼續(xù)進(jìn)行多播傳輸。

8、網(wǎng)管系統(tǒng)

網(wǎng)管在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中起著非常重要的作用。方便、強(qiáng)大的網(wǎng)管可以協(xié)助用戶有效地管理網(wǎng)絡(luò)和降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用。網(wǎng)管協(xié)議非常多，與路由器產(chǎn)品相關(guān)的網(wǎng)管協(xié)議主要有SNMP、RMON等，其中SNMP最常見。SNMP采用（Agent）工作方式，設(shè)備側(cè)（路由器上）運(yùn)行Agent，網(wǎng)管站運(yùn)行管理軟件。的作用包括收集路由器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如端口收發(fā)報(bào)文總數(shù)等）和狀態(tài)信息（如端口地址等），回答網(wǎng)管站對(duì)這些信息的查詢；傳達(dá)網(wǎng)管站的設(shè)置命令，如TCP連接復(fù)位、配置端口IP地址等；發(fā)生異常事件時(shí)主動(dòng)向網(wǎng)管站報(bào)告等。

四、結(jié)束語

以上對(duì)目前最新的基于路由器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了介紹。相信隨著上網(wǎng)用戶的越來越多，隨著寬帶網(wǎng)建設(shè)的如火如荼，對(duì)路由器技術(shù)更新的要求會(huì)越來越強(qiáng)烈。通過業(yè)界同仁的不懈努力，未來更加先進(jìn)、更能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求的新一代技術(shù)定將層出不窮地涌現(xiàn)出來。

參考文獻(xiàn)

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