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一.路由器构成
1.路由器的结构
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。从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），把该分组从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳路由器。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。路由器的转发分组正是网络层的主要工作。下图给出了一种典型的路由器的构成框图。
从图中可以看出，整个的路由器结构可划分为两大部分：路由选择部分和分组转发部分。
路由选择部分也叫做控制部分，其核心构件是路由选择处理机。路由选择处理机的仼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交换路由信息而不断地更新和维护路由表。
分组转发部分是我们所要讨论的问题，它由三部分组成：交换结构、一组输入端口和一组输出端口（请注意：这里的端口就是硬件接口）。下面分别讨论每一部分的组成。
交换结构又称为交换组织，它的作用就是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。
注意：
路由表一般仅包含从目的网络到下一跳（用IP地址表示）的映射，而转发表是从路由表得出的。
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（如下一跳的以太网地址）的映射。
在上面的图中，路由器的输入和输出端口里面都各有三个方框，用方框中的1，2和3分别代表物理层、数据链路层和网络层的处理模块。物理层进行比特的接收。数据链路层则按照链路层协议接收传送分组的帧。在把帧的首部和尾部剥去后，分组就被送入网络层的处理模块。若接收到的分组是路由器之间交换路由信息的分组（如RIP或OSPF分组等），则把这种分组送交路由器的路由选择部分中的路由选择处理机。若接收到的是数据分组，则按照分组首部中的目的地址查找转发表，根据得出的结果，分组就经过交换结构到达合适的输出端口。一个路由器的输入端口和输出端口就做在路由器的线路接口卡上。
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。为了使交换功能分散化，往往把复制的转发表放在每一个输入端口中。这些副本常称为“影子副本”。
当一个分组正在查找转发表时，后面又紧跟着从这个输入端口收到另一个分组。这个后到的分组就必须在队列中排队等待，因而产生了一定的时延。输出端口从交换结构接收分组，然后把它们发送到路由器外面的线路上。在网络层的处理模块中设有一个缓冲区，实际上它就是个队列。当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列中。数据链路层处理模块把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。
从以上的讨论可以看出，分组在路由器的输入端口和输出端口都可能会在队列中排队等候处理。若分组处理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。以前我们提到过的分组丢失就是发生在路由器中的输入或输出队列产生溢出的时候。当然，设备或线路出故障也可能使分组丢失。
2.交换结构
交换结构是路由器的关键构件。正是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。实现这样的交换有多种方法，下图给出了三种常用的交换方法。这三种方法都是将输入端口I1收到的分组转发到输出端口O2。
下面简单介绍它们的特点
图（a）的示意图表示分组通过存储器进行交换。
图（b）是通过总线进行交换的示意图。采用这种方式时，数据报从输入端口通过共享的总线直接传送到合适的输出端口，而不需要路由选择处理机的干预。但是，由于总线是共享的，因此在同一时间只能有一个分组在总线上传送。当分组到达输入端口时若发现总线忙（因为总线正在传送另一个分组），则被阻塞而不能通过交换结构，并在输入端口排队等待。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。
图（c）画的是通过纵横交换结构进行交换。这种交换机构常称为互连网络，它有2N条总线，可以使N个输入端口和N个输出端口相连接，这取决于相应的交叉结点是使水平总线和垂直总线接通还是断开。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。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。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输出端口），则后到达的分组就被阻塞，必须在输入端口排队。釆用这种交换方式的路由器例子是Ciso公司的12000系列交换路由器。
