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【科普】一文看尽路由器 从此秘密不再有 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 正文  发表于: 2015-03-11
一谈到路由器,我们的第一反应可能就是让家中多台设备能够同时上网的那个“盒子”。要是没有它,我们现在的上网方式可能就会完全被颠覆。今天我们就来聊聊路由器的历史,看看它发展到今日,是如何演变的吧。
网络中的“桥梁”——路由器
网络目前已经全面渗透进人们的生活中,那么是什么把各个网络相互连接起来呢?没错,正是今天我们话题的主人公——路由器。
路由器可以说是互联网中的枢纽,广泛应用于各种行业和场景。路由器不仅可以连通不同的网络,还可以选择数据传送的路径,并且能够阻隔非法访问。
作为IP网络的核心设备,路由器的技术已经成为现在信息产业的重要技术,它在数据通信中起到的作用也越来越重要。

家中常用的无线路由器
简单来说,路由器的作用就是通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点。在路由器的工作过程中,信息至少会经过一个或多个中间节点。
也有许多朋友会把路由器和交换机的功能相比,发现他们的功能差不多,其实二者存在着本质的区别。
路由器和交换机之间的最重要的区别,是交换发生在第二层(数据链路层),而路由活动则发生在第三层,也就是网络层。
这样一来,路由器和交换机在工作中需要使用不同的控制信息,所以说这两种设备实现各自功能的方式是有区别的。

企业级路由器
“路由器是互联网的主要节点设备,路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择(routing),这也是路由器名称的由来(router,转发者)。作为不同网络之间互相连接的枢纽,路由器系统构成了基于TCP/IP的国际互联网络Internet的主体脉络,也可以说,路由器构成了Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一,它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。因此,在园区网、地区网、乃至整个Internet研究领域中,路由器技术始终处于核心地位,其发展历程和方向,成为整个Internet研究的一个缩影。”
——来自百度百科

路由器组网拓扑示意图
飞速发展的网络技术不断推动者路由器性能的提升,并且在实际的应用中让路由器变得越来越智能而且业务能力越来越强。路由器的性能在其历史发展的前期起着主导的作用,随着IP网络和业务的迅猛发展,业务性能在网络中将起到越来越重要的作用。
现在,各大路由器厂商已经不再吧性能的提升作为宣传的重点,业务更加智能、部署运维更加简便等内在因素让路由器的发展进入了一个全新的时期。
路由器的诞生与发展
路由器的发明与网络的关系密不可分,随着电脑网络的不断发展,人们迫切的需要一种先进的方式来解决网络互连的难题。
1984年,随着思科公司的创立,其创始人设计了一种叫做“多协议路由器”的全新网络设备,使得斯坦福大学中相互不兼容的计算机网络联接到了一起,这就是路由器的前身。
随后,思科公司在1986年正式推出了第一款多协议路由器——AGS。

思科推出的第一款多协议路由器AGS
上文说到路由器工作在第三层,那么这样做有什么好处呢?
在网络中存在着各种不同的网络协议,这些协议大多数都能够在第三层上运行IP协议,让路由器能够轻松地与不同类型的网络相连。路由器还可以利用网络中定义的IP地址来完成对于每台电脑的定位,而不是通过电脑的物理地址。
这样一来,每个网络中的IP得知都是在一定范围内的不冲突的、唯一的地址。路由器可以根据这个因素,来对各个不同的网络进行区分,让各个网络在互相连通的同时保持各自网络的独立性。

通过网卡转发报文
早先的IP网络并不像现在这样庞大,路由器所连接的设备以及需要处理的业务也都很小。路由器的功能可以使用一台计算机接上多块网卡的方式来实现路由器的功能。CPU则负责路由手机、转发处理、设备管理等等。
第一代的路由器主要用于科研和教育机构以及企业连接到互联网,并没有太多的网络连接。
随着网络流量的不断增大,为了解决越来越大的CPU和总线负担,将少数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上,使大多数报文直接通过业务板Cache的路由表进行转发,减少对总线和CPU的请求。只对于Cache中找不到的报文传输到CPU进行处理,这就是第二代路由器。
第二代路由器转发性能提升较大,还可以根据具体的网络环境提供丰富的连接方式和接口密度,在互联网和企业网中得到了广泛的应用。
互联网高速发展 路由器快速进化
20世纪90年代互联网高速发展,Web技术更是让IP网络得到了迅猛的发展,用户上网的访问内容得到了极大的丰富。为了应对这一局面,人们采用了全分布式结构-路由与转发分离的技术,制造出第三代路由器。
第三代路由器通过主控板负责整个设备的管理和路由的收集、计算功能,并把计算形成的转发表下发到各业务板;各业务板根据保存的路由转发表能够独立进行路由转发。
另外总线技术也得到了较大的发展,通过总线、业务板之间的数据转发完全独立于主控板,实现了并行高速处理,使得路由器的处理性能成倍提高。
90年代中后期,随着IP网络的商业化,Web技术出现以后,互联网技术得到空前的发展,互联网用户呈爆炸式增长。网络流量特别是核心网络的流量以指数级增长,传统的基于软件的IP路由器已经无法满足网络发展的需要。报文处理中需要包含诸如QoS保证、路由查找、二层帧头的剥离/添加等复杂操作,以传统的做法是不可能实现的。
于是一些厂商提出了ASIC实现方式,它把转发过程的所有细节全部采用硬件方式来实现。另外在交换网上采用了Crossbar或共享内存的方式解决了内部交换的问题,使得路由器的性能达到千兆比特,即早期的千兆交换式路由器(Gigabit Switch Router,GSR)。

路由器集群
进入新世纪后,围绕业务能力,厂商对路由器展开了大刀阔斧的改革。网络管理、用户管理、业务管理、MPLS、VPN、可控组播、IP-QoS和流量工程等各种新技术纷纷加入到路由器中。
第五代路由器在硬件体系结构上继承了第四代路由器的成果,在关键的IP业务流程处理上则采用了可编程的、专为IP网络设计的网络处理器技术。
网络处理器(NP)通常由若干微处理器和一些硬件协处理器组成,多个微处理器并行工作,通过软件来控制处理流程,实现业务灵活性与高性能的有机结合。

适合大型企业使用的路由器
路由器的发展历史大致就是如此,伴随着性能和业务这两个重要因素的推动,在短短30年间路由器技术取得了令人瞠目结舌的进步。
近年来,随着软件定义网络(SDN)等新技术的出现,厂商在进行路由器的研发时将更多的精力投入到了提供高品质的业务保障上面。高性能、高安全、高可靠、智能化以及易使用已经成为当下厂商制造路由器的标签。
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台式机:i7-8700K/华擎Z370极限玩家4/十铨冥神16GB DDR4-3000/三星PM961 256GB NVME/索泰至尊Plus OC GTX1070-8GDDR5/LG 34寸超宽IPS/酷冷至尊650W金牌全模组/VPRO机械竞技套装/海盗船780T机箱/海盗船H110i 280一体水冷/爱国者12+14极光红风扇/漫步者R1600T3
工作机:Alienware 13R2/i7-6500u/16GB DDR3L/建兴512GB SSD /夏普13.3“3200*1800IPS多点触控/GTX960M 2GB GDDR5+intel HD520/蓝牙/Wifi
游戏机:Hasee KP7GS/i7-7700HQ/16GB DDR4/phison 256GB M.2+1TB /15.6“1920*1080 72%IPS/GTX1060 6GB/蓝牙/Wifi
视频机:ASUS VivoBook S200L/i3-3217/4GB DDR3/希捷500GB-HSDD混合硬盘/12"/读卡器/蓝牙/Wifi
古董机:IBM Thinkpad R50/迅驰PM760/2GB DDR/15“LCD/ATI Radeon7500 32MB/40GB /Wifi
爪机1:Apple iPhone 7 128GB
平板:Apple iPad Mini4 128GB
坐骑:Volkswagen Scirocco GT 2.0TSI+6DSG 2Zone electronic climate control/wheels 17"/Front fog lights/MDI/RCD510/Rear tinted windows from B-pillar back
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