交换机及路由器的原理与作用

交换机及路由的原理与应用 路由器是一种典型的网络层设备。 它是两个局域网之间接帧传输数据， 在 OSI／RM 之中被称 之为中介系统， 完成网络层中继或第三层中继的任务。 路由器负责在两个局域网的网络层间接帧传输 数据，转发帧时需要改变帧中的地址。 一、原理与作用 路由器（Router）是用于连接多个逻辑上分开的网络， 所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者 一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。因此，路由器具有判断网 络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和 介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。它 不关心各子网使用的硬件设备， 但要求运行与网络层协议相一致的软件。 路由器分本地路由器和远程 路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆、双绞线；远程路由器是用来连 接远程传输介质，并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。 一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传 送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成；这项工 作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据路径表（ Routing Table），供路由选择；时使 用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以 是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改， 可以由路由器自动调整， 也可以由主机控制。 1 ．静态路径表 由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（static）路径表，一般是在系统安装时就根 据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。 2 ．动态路径表 动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路 由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数 据传输的最佳路径。 二、路由器的优缺点 1 ．优点 适用于大规模的网络； 复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径； 能更好地处理多媒体； 安全性高； 隔离不需要的通信量； 节省局域网的频宽； 减少主机负担。 2 ．缺点 它不支持非路由协议； 安装复杂； 价格高。 三、路由器的功能 （1 ）在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的作用。 （2 ）选择最合理的路由，引导通信。为了实现这一功能，路由器要按照某种路由通信协议，查 找路由表， 路由表中列出整个互联网络中包含的各个节点，以及节点间的路径情况和与它们相联系的 传输费用。如果到特定的节点有一条以上路径，则基于预先确定的准则选择最优（最经济）的路径。 由于各种网络段和其相互连接情况可能发生变化，因此路由情况的信息需要及时更新， 这是由所使用 的路由信息协议规定的定时更新或者按变化情况更新来完成。 网络中的每个路由器按照这一规则动态 地更新它所保持的路由表，以便保持有效的路由信息。 （3 ）路由器在转发报文的过程中，为了便于在网络间传送报文，按照预定的规则把大的数据包 分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式。 （4 ）多协议的路由器可以连接使用不同通信协议的网络段，作为不同通信协议网络段通信连接 的平台。 （5 ）路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点站地址。后一个功能 是通过网络地址分解完成的。例如，把网络地址部分的分配指定成网络、子网和区域的一组节点，其 余的用来指明子网中的特别站。分层寻址允许路由器对有很多个节点站的网络存储寻址信息。 在广域网范围内的路由器按其转发报文的性能可以分为两种类型，即中间节点路由器和边界路由 器。尽管在不断改进的各种路由协议中，对这两类路由器所使用的名称可能有很大的差别，但所发挥 的作用却是一样的。 中间节点路由器在网络中传输时，提供报文的存储和转发。同时根据当前的路由表所保持的路由 信息情况，选择最好的路径传送报文。由多个互连的 LAN组成的公司或企业网络一侧和外界广域网相 连接的路由器，就是这个企业网络的边界路由器。它从外部广域网收集向本企业网络寻址的信息，转 发到企业网络中有关的网络段；另一方面集中企业网络中各个 LAN段向外部广域网发送的报文，对相 关的报文确定最好的传输路径。 我们通过一个例子来说明路由器工作原理。 例工作站 A 需要向工作站 B 传送信息（并假定工作站 B 的 IP 地址为 120.0.5），它们之间需 要通过多个路由器的接力传递, 其工作原理如下 （1 ）工作站 A 将工作站 B 的地址 120.0.5连同数据信息以数据帧的形式发送给路由器 1 。 （2 ）路由器 1 收到工作站 A 的数据帧后，先从报头中取出地址 120.0.5，并根据路径表计算出 发往工作站 B 的最佳路径R1-R2-R5-B；并将数据帧发往路由器 2 。 （3 ）路由器 2 重复路由器 1 的工作，并将数据帧转发给路由器 5 。 （4 ）路由器 5 同样取出目的地址，发现 120.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据 帧直接交给工作站 B 。 （5 ）工作站 B 收到工作站 A 的数据帧，一次通信过程宣告结束。 事实上，路由器除了上述的路由选择这一主要功能外，还具有网络流量控制功能。有的路由器仅 支持单一协议，但大部分路由器可以支持多种协议的传输，即多协议路由器。由于每一种协议都有自 己的规则，要在一个路由器中完成多种协议的算法，势必会降低路由器的性能。因此，我们以为，支 持多协议的路由器性能相对较低。用户购买路由器时，需要根据自己的实际情况，选择自己需要的网 络协议的路由器。 近年来出现了交换路由器产品，从本质上来说它不是什么新技术，而是为了提高通信能力，把交 换机的原理组合到路由器中，使数据传输能力更快、更好。 交换机工作原理 一、概述 1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术是 一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在 OSI 参考模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一个包中的 MAC地址相对简单地决策信息转发。 而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操 作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整， 以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈 问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和 ATM技术的交换产品。 类似传统的桥接器， 交换机提供了许多网络互联功能。 交换机能经济地将网络分成小的冲突网域， 为每个工作站提供更高的带宽。 协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议 网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工