浅谈路由器技术
路由器是网络中进行网间连接的关键设备。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 的国际互连网络 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Internet 研究领域中，路由器
技术始终处于核心地位。
路由器之所以在互连网络中处于关键地位，是因为它处于网络层，一方面能
够跨越不同的物理网络类型（DDN、FDDI、以太网等等），另一方面在逻辑上将整
个互连网络分割成逻辑上独立的网络单位，使网络具有一定的逻辑结构。
一、不同的网络连接设备
不同的连接设备在网络中有不同的作用，原因在于它们处于不同的功能层次
。对于网络规划者来说，只有通过所处层次来正确区分网络连接设备，才能进行
正确的设备选择。按照功能层次，网络连接设备可分为四类：
不同层次的网络连接设备
1、物理层：中继器（Repeater）和集线器（Hub）。用于连接物理特性相同的网
段，这些网段，只是位置不同而已。Hub 的端口没有物理和逻辑地址。
2、逻辑链路层：网桥（Bridge）和交换机（Switch）。用于连接同一逻辑网络中
、物理层规范不同的网段，这些网段的拓扑结构和其上的数据帧格式，都可以不
同。Bridge和Switch的端口具有物理地址，但没有逻辑地址。
3、网络层：路由器（Router）。用于连接不同的逻辑网络。Router的每一个端口
都有唯一的物理地址和逻辑地址。
4、应用层：网关（Gateway）。用于互连网络上，使用不同协议的应用程序之间
的数据通信，目前尚无硬件产品。
二、路由器的功能和作用
路由器的基本功能是，把数据（IP 报文）传送到正确的网络，细分则包括：
1、IP 数据报的转发，包括数据报的寻径和传送，
2、子网隔离，抑制广播风暴。
3、维护路由表，并与其它路由器交换路由信息，这是 IP 报文转发的基础。
4、IP 数据报的差错处理及简单的拥塞控制。
5、实现对 IP 数据报的过滤和记帐。对于不同规模的网络，路由器作用的侧重点
有所不同：
在主干网上，路由器的主要作用是路由选择。主干网上的路由器，必须知道
到达所有下层网络的路径。这需要维护庞大的路由表，并对连接状态的变化作 出
尽可能迅速的反应。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。
在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择，即连接下层各个基
层网络单位---园区网，同时，负责下层网络之间的数据转发。
在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。早期的互连网基层单位是局
域网（LAN），其中所有主机处于同一个逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大，
局域网演变成以高速主干和路由器连接的多个子网所组成的园区网。在其中， 各
个子网在逻辑上独立，而路由器就是唯一能够分隔它们的设备，它负责子网间的
报文转发和广播隔离，在边界上的路由器则负责与上层网络的连接。
三、路由器技术的发展方向
路由器在园区网，以及全球最大的网间网Internet中的关键地位，决定了其
技术研究始终紧跟着国际网络研究领域的最新进展。Internet 是一个技术研究与
实际应用紧密结合、互相影响并形成良性循环的信息环境，应用需求是其技术发
展的第一推动力。路由器技术的发展也是如此，其主要方向大致有以下两个方面
：
1、路由算法和协议的研究
路由算法是路由器计算最佳路由、更新路由表时运用的算法，路由协议则是
路由器维护路由表和与其它路由器进行路由信息交换时，所遵循的同一规范。路
由协议的效率是路由器性能的主要决定因素。因此，路由算法及协议是路由器技
术的核心内容。
按路由协议的应用范围，可将其分为域间（Inter-domain）路由协议和域内
（Intra-domain）路由协议，分别用于互连网主干和下层网络中的路由表维护。
按路由算法确定路由优劣的度量标准（Metric）的类型，可将其分为向量－
距离（V－D，Vector－Distance）算法和链路－状态（L－S，Link－Status）算
法。
对路由算法及协议的研究主要集中在两个方面：
1）路由算法的实现和效率；
2）减小路由表的大小；
3）减小维护路由表所需的机器资源和时间。
近年来，不同类型的路由协议互相借鉴，并不断吸收新的内容，形成了一些
综合或改良的路由协议，如 I－OSPF（Integrated－OSPF）、I-ISIS（Integrat
ed－ISIS）等，但在开发全新的路由协议方面的探索是比较谨慎的，因为新协议
的出现，必然造成既有路由器产品结构的振荡。
2、提高路由器性能方法的研究
路由器是网间连接的关键设备，也是网间数据传输的主要瓶颈。因此，对提
高路由器性能方法的研究，是路由器技术的主要内容之一。在研究如何提高路由
协议的效率，减小维护路由表所需时间的同时，要在路由器内部采用高效率的硬
件结构和高性能的处理部件。比如在一些高档的路由器中，采用对称多处理器阵
列的并行结构，大大提高了路由器的运行速度。另一方面，实现对各种高速网络
传输接口的支持，提高路由器的端口速度，也是提高路由器性能的主要方法。
四、路由器与网络安全
Internet最初的应用目标，是建设一个资源可自由共享的信息环境，为了便
于信息的开放，Internet 在网络安全方面存在着许多漏洞。近年来，随着 Inte
rnet 和其它类型网络的飞速发展，网络安全逐渐成为急待发展的应用技术。在全
球针对网络安全展开广泛研究的今天，路由器的安全技术自然成为其中的主要内
容之一。
在 TCP/IP 网络中，路由器是唯一能够对进出网络的各个层次报文进行控制
与记录的设备。从安全意义上说，它是一个网络进行安全管理的第一扇大门。因
此，通过路由器，可以实现严格的资源保护 （但这是在暂不考虑网络的运行效率
的前提下）。相应的技术手段包括：
1、通过实现过滤墙（IP Filter, 或 Access Control List，防火墙的一种），
可以有效地限制进出网络的报文。这是路由器基本的安全功能。
2、通过边界路由器的特殊配置（如静态 ARP），防止伪造 IP 地址（IP Spoofi
ng）的报文进出网络。
3、通过运行带认证功能的路由协议，防止假路由信息改变报文的流向。
4、在关键网段的边界路由器上，运行具有地址转换功能的防火墙软件，或直接将
其设置为哑路由器（即不与外部进行路由信息的交换），向外隐藏内部的网络结
构，使入侵者找不到渗入内部网络的切入点。
5、在路由器上配置加密功能，对向外的 IP 报文的内容进行加密。
6、对经过路由器转发的 IP 报文进行精确到应用层数据的完整记录，以备定期的
安全检查。
带有安全功能的路由器产品，随着应用需求的增长，正在不断涌现。网络层的防
火墙技术（Firewall）是其中较为成熟、并已得到广泛应用的技术。
五、路由器面临的挑战
路由器作为 TCP/IP 网络的关键互连设备，在 Internet 中，处于不可替代
的地位，但随着网络规模的扩大和对网络依赖性的增加，路由器的局限性逐渐显
露出来，主要是低性能造成了网络传输的瓶颈，同时高复杂性和重新配置所需的
大量时间和技能增加了网络维护的费用。近年来，局域网交换技术、异步传输模
式（ATM）、透明网关等技术的出现，对网络领域的发展产生了革命性的影响，也
对路由器在不同规模网络，尤其是园区网中的地位，提出了挑战。
在 Internet 主干网和地区网上，为了有效利用 A 类 IP 地址，出现了透明
网关（Transparent Gateway）技术。另外，针对 B 类地址资源将近枯竭，出现
了无类域间路由技术（CIDR－Classless Inter-Domain Routing），不仅在一定
程度上缓解了 IP 地址（尤其是 B 类地址）资源的紧缺，而且大幅度减小了 In
ternet 主干上的路由表的大小。CIDR 技术在 1994 年和 1995 年得到迅速应用
，使 Internet 整个路由信息维持在 30,000 多条，而原本预计的路由表大小约
为 70,000 条。
随着技术的发展，ATM 交换机越来越多地融合了路由器的功能。即将发布的
新标准－－ATM 上的多协议支持（MPOA－Multi-Protocol Over ATM）及其相应产
品的出现，可望使传统的基于路由器的网络向基于交换的网络迈出新的一步。另
一方面，路由器也正在融合交换技术，以大幅度提高端口速度和降低端口价格。
最新出现的 IP Switching 技术可望使路由器重新焕发出青春。
浅谈路由器技术