4-8网络层-网络层设备

一.路由器的组成和功能

路由器是一种具有多个输入/输出端口的专用计算机，主要实现物理层、数据链路层与网络层的功能。通常的路由器可以支持多种网络层协议，并提供不同协议之间的分组转发。在路由器进行互联的多个局域网的结构中，要求每个局域网物理层、数据链路层、网络层协议可以不同，而网络层以上的高层协议必须相同。

1.任务：连接不同的网络（连接异构网络）并完成路由转发
2.功能：可以隔离冲突域和广播域

【回顾】
网桥：隔离碰撞域（冲突域）（有广播风暴，路由器可以抑制）。可以互联两个物理层和链路层都不同协议的网段。
集线器：不隔离。不能互联两个物理层不同的网段。

3.工作过程
（1）源主机和目标主机在同一个网络上，那么直接交付而无须通过路由器
（2）源主机和目标主机不在同一个网络上，路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器，即间接交付

4.功能组成
（1）路由选择部分
任务：根据选定的路由选择协议构造出路由表；和其他相邻路由器交换路由信息然后更新和维护路由表
包括：路由选择处理机、路由选择协议、路由表。

①核心构件：路由选择处理机
路由选择处理机用来计算路由信息，根据所选定的路由选择协议构造路由表，同时经常或定期地与相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。
②路由选择协议：用来更新路由表的算法。
③路由表：根据路由算法得出的，一般包括从目的网络到下一跳的映射。

*注：路由选择更多是考虑传输距离而非延迟

（2）分组转发部分
根据收到的IP分组的目的IP地址，将其转发到合适的输出线路上
由交换结构、输入端口和输出端口组成。

①交换结构：根据转发表对分组进行处理，将某个输入端口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去。

②一组输入端口：包括物理层、数据链路层和网络层的处理模块。从物理层接收到的比特流中提取出链路层帧，进而从帧中提取出网络层数据报。若收到RIP/OSPF分组等，则把分组送往路由选择处理机；若收到数据分组，则查找转发表并输出。

*注：输入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。

③一组输出端口：负责从交换结构接收分组，再将其发送到路由器外面的线路上（将数据报变为比特流发送到物理层）

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，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。
因此，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。

其他：
①交换方法：通过存储器进行交换、通过总线进行交换、通过互联网络进行交换。
②若收到RIP/OSPF分组等，则把分组送往路由选择处理机；若收到数据分组，则查找转发表并输出。
③路由器是第三层设备，要处理的内容比第二层设备交换机更多，因而转发速度比交换机慢，传输延迟时间最大 。路由器只能根据IP地址转发，不能根据物理地址转发。
④转发：在路由器内部，把分组从输入端口转发到输出端口。
⑤路由选择：在路由之间（外部），选择合适的路径把信息从源主机发送到目的主机

5.功能
（1）分组转发：处理通过路由器的数据流；转发表杳询、转发及相关的队列管理和任务调度等
（2）路由计算：通过和其他路由器进行基于路由协议的交互，完成路由表的计算

6.路由器和网桥的区别
（1）网桥与高层协议无关
（2）路由器是面向协议的，依据网络地址进行操作，并进行路径选择、分段、帧格式转换、对数据报的生存时间和流量进行控制等

7.支持协议：OSI、TCP/IP、IPX等

8.路由器对收到的IP分组头进行差错校验（只检验首部）。网络层向上只提供简单灵活的无连接的，尽最大努力交付的数据报服务，无法确保IP分组不丢失。

9.如果一个存储转发设备实现了某个层次的功能，那么它就可以互联两个在该层次上使用不同协议的网段（网络）
（1）路由器可以互联两个不同网络层协议的网段。
（2）网桥可以互联两个物理层和链路层不同的网段。
（3）集线器不能互联两个物理层不同的网段。
因此，除集线器外，对于任何层次的设备都可以互联它所在的层次以及以下层次不同协议的网段

二.路由表与路由转发

1.路由表
路由表根据路由选择算法得出，主要用途是路由选择，总用软件来实现。包括：目的网络IP地址、子网掩码、下一跳IP地址、接口。即到达目的网络的下一跳路径信息

默认路由的目的：减少转发表的重复项目，使用一个默认路由代替所有具有相同“下一跳”的项目。发送的分组在路由表中找不到对应的表项，就发给默认路由。目的网络IP地址和子网掩码都是0.0.0.0

2.转发表
决定路由器转发表中值的算法是路由算法，转发表由路由表得来，可以用软件实现，也可以用特殊的硬件来实现。转发表必须包含完成转发功能所必需的信息，在转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息的映射。

3.转发：路由器根据转发表把收到的IP数据报从合适的端口转发出去，仅涉及一个路由器

4.路由选择：涉及很多路由器，路由表是许多路由器协同工作的结果