路由器是网络连接的核心设备,负责数据包的转发和路径选择。传统的路由器采用软件运算和处理器统一协调的方式,导致处理速度较慢,无法满足现代高速网络的需求。随着互联网的快速发展,广域网的数据流量超过了局域网,使得路由器的性能成为网络瓶颈。
交换技术的出现解决了这一问题,尤其是第三层交换技术,它结合了路由和交换的功能,显著提高了网络数据传输的速度。路由器的体系结构分为中、低档和高档,它们的实现方式有所不同。
对于中、低档路由器,其体系结构通常包括多个交换端口、数据总线、共享内存以及CPU。共享内存作为数据存储和转发的中心,其中包含包缓冲和系统缓存。CPU负责根据路由表和快速缓存为数据包选择路径。快速缓存存储的是经常使用的路由条目。数据在从一个交换端口发送到另一个(如以太网到FDDI)时,可能需要对数据帧结构进行重组。
数据包在路由器中的交换步骤大致如下:
1. 数据包进入端口,去除物理层的前导码、源目的MAC地址和CRC校验码。
2. 三层以上数据通过数据总线进入共享内存的数据包缓存。
3. 共享缓存取出目的网络地址,送CPU进行路由处理。
4. CPU在交换式缓存中查找匹配的网络/主机条目。
5. 一旦找到匹配项,数据包会被转发到相应端口,完成路由交换。
高档路由器则采用更高级的交换技术,比如使用专用的硬件交换芯片或ASIC(应用特定集成电路),这些芯片可以直接处理数据包的转发,减轻CPU的负担,提高处理速度。
了解路由器的体系结构和交换路径对于网络设计人员至关重要,因为这有助于选择适合需求的网络设备,并进行有效的网络管理。不同的路由器层次适用于不同规模和性能要求的网络环境。例如,小型办公室可能只需要中、低档路由器,而大型企业或数据中心可能需要高性能的高档路由器。
总的来说,路由器的体系结构和交换实现是网络技术中的核心部分,不断发展的交换技术推动了网络速度的提升,满足了日益增长的网络流量需求。随着技术的进步,未来的路由器可能会集成更多智能化和自动化功能,以适应更加复杂和动态的网络环境。