2.3 勤奋的引路者——路由器

1.路由器能干什么

路由器是组成IP网络最主要的选路设备。

路由器是一个能够让进入其体内的、携带原始信息的数据包选择出口道路的盒子。

路由器是一个引路者，当你在陌生的城市里，找不到到达目的地的道路，引路者将指引你正确的方向，并将你送达出口。

路由器是一个信息中转站，它能够将不同制式的网络连接在一起。数据可能以各种方式进入路由器，比如以太网帧、ATM信元、SDH帧、PPP帧、HDLC帧、帧中继帧等。无论采用哪种方式，路由器都会把数据打开并进行分析，根据出口线路的类型重新封装到帧或者信元里面。就像货物乘船从水路进入港口，而在港口又被打包到火车上运送到内地。

路由器还是一台特殊的计算机，虽然它长得和我们经常使用的计算机看起来区别实在太大（当然，计算机的概念早已经被扩大化了）。最早的路由器，就完全采用传统计算机的体系结构。它也有CPU、内存、中央总线、挂在共享总线上的多个网络物理接口。

路由器专门执行各种路由协议（后面章节将专门介绍路由协议），并进行数据包的转发工作。也就是说，它擅长做TCP/IP协议规定的内容，却不擅长做绘图、科学计算、电子游戏、多媒体处理等方面的工作。

路由器还能做很多诸如安全、VPN、流控、负载均衡等方面的工作，每个制造者都有不同的构想，他们往往赋予路由器更多的使命。

路由器的接口类型可以涵盖通信技术中几乎所有的接口类型，选择哪些接口类型的路由器，这完全取决于他们的应用场景。下面是最常用的接口类型。

以太网接口：包括电接口（RJ45居多）和光接口（单模或多模光纤接口），光接口的接头类型很多，外观都有一定差异，目前较流行的是SPF和SPF+。

E1/E3、T1/T3接口、DS3接口：BNC接口、RJ48接口（和RJ45外观一样，只是线序不同），在逻辑上还分信道化、非信道化，信道化是指可以将一个E1/E3、T1/T3、DS3接口拆分成多个逻辑端口，每个逻辑端口可以有自己独立的IP地址、封装格式等。

通用串行接口：可转换成X.21DTE/DCE、V.35DTE/DCE、RS232DTE/DCE、RS449DTE/DCE、EIA530DTE等的接口。

POS接口：155M、622M、2.5G、10G等。

电话接口：最常用的是RJ11接口，也就是普通电话机上的那种接口。

另外还有ATM接口（2M、8M/IMA、155M、622M）等。

路由器有自己的记忆。其中最关键的记忆，是它的路由表。

每台路由器都可以按照一定规则动态更新它的记忆，也就是更新自己的路由表（这叫动态路由）。

有了这张路由表，从某个端口进来的IP包才能在其指导下正确地选路。所有的路由协议，都是为获取这张可能不断变化着的路由表服务的。在第3章，我们将专门向各位介绍各种常用路由协议的“法律法规”。

2.路由器的分类

路由器因所管辖范围不同，体积、容量、端口类型和密度、转发性能也有很大差异。按照最俗套的分类方法，我们将其分为核心路由器（也可称作“骨干层路由器”，CR）、汇聚路由器（有人称作“分发层路由器”，BR）和接入路由器（又称“访问层路由器”，AR）。也有的分类方法舍去了“汇聚路由器”而都归为接入路由器类。

按照通用的以背板交换能力来区别，核心路由器的交换容量通常大于40Gbit/s（这些参数随着带宽需求量的增加在不断升级放大），也就是说，每秒钟能处理40Gbit位以上的数据，一般被用做核心层路由器；2.5Gbit/s～40Gbit/s的，被用作汇聚层路由器；低于2.5Gbit/s的，被称为“接入路由器”。

如果将网络比作管道、终端比作水龙头，那么核心路由器作为信息传送枢纽就相当于水闸，其处理性能直接影响到管道容量的大小。核心路由器被部署在网络核心位置，一般都是大个子。这类路由器的接口类型不多，但接口的速率都很高，很少有2Mbit/s以下的。在线应用的核心层路由器，所存储的路由表一般也非常庞大；由于处于网络核心，这类路由器对安全性、稳定性要求最高。因此，一般要采用控制部件热备份、双电源热备份、双数据通路等技术保障硬件可靠性。

常见的核心路由器，有思科的CRS系列，Juniper的T1600系列，华为的NE5000E系列等。

汇聚路由器被部署在核心层和接入层之间，而实际上汇聚层也经常采用三层以太网交换机。汇聚路由器的接口类型丰富，容量中等。

这类路由器起到承上启下的作用。对下，将用户侧的数据流量收集起来，能在本地做路由的，就尽快做路由，不能在本地做路由的，就向上，将收集起来的流量送到核心路由器上去。

典型的汇聚路由器，如思科的ASR9000系列，Juniper的M120系列，华为的NE40系列等。

接入路由器距离用户最近，是用户网络和骨干IP网之间的桥梁，容量较小，接口数量不多，因此每台路由器的接口种类也不多，但是不同的路由器，接口类型差异很大；一般情况下，这类路由器的路由表表项都很少，甚至很多小企业或者家庭用的路由器，路由表只有几条，且都是人工输入的。这种人工输入的路由表项，叫作“静态路由”。另外，许多接入路由器还支持诸如PPTP、IPSec等VPN协议。

典型的接入路由器，如思科的26系列，Juniper的E系列，华为的AR系列等。

3.路由器的性能如何提高

路由器是网络中的交叉路口，信息在线路上传送，是不会引起任何拥塞的，那么拥塞的发生地一定都出现在路口上。这就像道路交通，正常的道路交通，如果不发生车祸等非可控因素，都是在交叉路口、道路的出入口发生拥塞的。如何解决拥塞问题呢？

城市交通管理部门和道路规划部门一般采用以下几种方式。

提高道路的承载能力，扩宽交叉路口的道路宽度。

设置红绿灯，提高交叉路口车辆在单位时间的通过率。

在交叉路口建设立交桥，避免多个方向的车辆同时涌入同一路面。

新的路由器设计，也采用和道路交通治理类似的方式，如下所述。

第一类，越来越多的功能以硬件方式实现，具体表现为用精简指令集（ASIC）芯片装备路由器。ASIC芯片的好处，是去掉了复杂的、和路由器关系不大的处理逻辑，让芯片把精力都放在和路由处理直接相关的功能上来，专一意味着高效。

第二类，放弃使用共享总线，采用交换背板，这就是“交换式路由技术”。

第三类，并行处理技术在路由器中运行，模块化设计，这将极大地提高路由器的路由处理能力和速度。

专业厂商正在不断尝试提高路由器性能的新办法，以期待未来IP网络更加畅通无阻。这方面的业界领袖，当属大名鼎鼎的思科网络。

4.路由器的龙头老大——思科网络

1984年，一对来自斯坦福的教师夫妇，莱昂纳德·波萨克（斯坦福大学计算机系主任）和桑德拉·勒纳（斯坦福商学院的计算机中心主任），在美国硅谷的圣何塞成立了一家公司。

他们设计了一种名为“多协议路由器”的联网设备，希望把斯坦福大学中互不兼容的计算机网络连在一起。于是，这家公司制造出全世界第一台路由器。

这家公司，叫思科网络（CISCO）。两位系主任的联姻，成为业界一段佳话。

硅谷位于美国西海岸城市旧金山南部。旧金山以雄伟的金门大桥著称，因此思科的名称就取自sanFrancisco中的CISCO，标志就是金门大桥的图案。

1990年，两位创始人见好就收，退出思科；1991年，一个叫约翰·钱伯斯的人加入思科；1996年，钱伯斯执掌思科帅印，就是在他手里，思科成就了巨大辉煌！

从1986年生产第一台路由器以来，思科公司在其进入的每一个领域都占有第一或者第二的市场份额，成为市场的绝对领导者。1990年上市以来，它的年销售额已从6 900万美元上升到2010年的400亿美元！

思科是目前全球电信行业排名前列的设备供应商，且并购成瘾。自1993年并购Crescendo以来，思科用了十多年时间成功并购了100多家公司，包括Webex、Cerent、Linksys，以及著名的挪威视频会议公司腾博。

思科的产品系列、用户使用界面都成为厂商们追捧和参照的对象。Juniper、华为技术、惠普（H3C）等，都成了CISCO的竞争者。

2010年，思科推出了其超级路由器——CRS-3产品，并称其将是下一代互联网的基础。

这个吞吐量高达332Tbit/s的家伙，是上一代产品——CRS-1的3倍。

你可以想象把你家门前的十字路口扩大三倍吞吐量的感觉，也就是说，十字路口的四条道路，每条都扩展3倍宽度！

而这个吞吐量，用思科的比喻，可以在1秒钟内下载美国国会图书馆的所有藏书，中国13亿人口可以同时拨打可视电话，人类历史上的所有电影通过它进行流媒体传输，用时不会超过4分钟！

不过正所谓十年河东十年河西，思科过去是路由器领域中公认的“老大”，但随着技术正在被超越。2012年9月，华为领先行业半年发布了480G路由线卡，点燃了新一轮吞吐量竞赛；2013年4月，在业界还沉浸在对480G关注之时，华为又在年度分析师大会上发布了1T路由线卡，这一次它领先了思科等其他厂商1～2年。

2013年，“棱镜门”揭秘者美国国家安全局前雇员爱德华·斯诺登在香港对外透露，美国情报部门监控中国的数据传输使用了思科的路由器。因被质疑安全问题，思科在中国的市场直接受到影响，2015年第二季度，思科在中国路由器市场的份额为10.8%，远低于华为的67%。