路由器工作原理

路由器工作原理

8. 引言

互联网是20世纪通信领域的最伟大发明之一。它的存在使得人们能够在数秒内将电子邮件发送给对方。此外，它还能使人们浏览到很多信息，其中就包括您现在正在浏览的博闻网文章。我们现在已经对互联网的各部分给家庭和办公提供的各种便利感到习以为常，例如网页、电子邮件和下载的文件等等，这些都使互联网成为一个充满生机和活力的媒介和宝库。但是，如果缺少了其中一个重要的部分，上述那些由互联网提供的服务都将无法到达您的计算机终端，而且您很可能从未见过它的这一重要部件。事实上，大多数人都不曾亲眼目睹这一确保互联网正常运作的重要技术组件：路由器。

Ne wst re a 供图

Fujitsu GeoStr eam R980工业级路由器

路由器是一种专用的计算机，它会将您和所有其他互联网用户的信息沿着成千上万条路径高速传送到目的地。在这篇文章中，您将领略到这些工作在幕后的机器是如何保证互联网正常运行的。

保持信息的正常传输

当您将一封电子邮件发送给身在外地的朋友时，如何确保这一信息会到达您朋友的计算机，而不是世界上其他数百万计算机中的另外一台？将信息从一台计算机发送到另外一台计算

机的工作就主要是由路由器来承担的，这是因为它们是保证网络间而不是网络内消息正常流动的重要设备。

让我们举个例子来看看一个简单的路由器是如何工作的。设想一家小型的公司，这间公司主要为当地电视台制作3-D动画。公司有10名员工，每人都配备有计算机。其中4名员工是动画制作者，剩下的员工主要从事营销、会计和管理等工作。在完成项目的过程中，动画制作者之间需要来回传送很多非常大的文件。为实现这一需求，他们需要一个计算机网络。当一位动画制作者发送文件给另外一位制作者时，大型文件将会占用绝大部分的网络资源，使得该网络对于其他用户而言速度显得极其缓慢。事实上，一个高负荷用户会影响整个网络的性能，其中的原因之一缘于以太网的工作原理。从一台计算机发送出的每个数据包都将会被本网络中其他计算机检测到，随后，每台计算机检查该数据包并判断其目标地址是否为本机。这一工作原理简化了网络的基本设计，但是当网络规模或是网络负荷程度变大时，就会出现性能问题。为了防止动画制作者的工作影响到前端办公室中的员工，公司建立了两个独立的网络，一个网络供动画制作者使用，另外一个被其他人员所用。而一台路由器就将这两个网络连接起来并将它们一同连接到互联网。

引导网络流量

路由器是唯一能接收到该公司两个网络中所有计算机所发送的全部信息的设备。在我们所举的例子中，当一位动画制作者发送一个很大的文件给另外一位制作者时，路由器先查看信息数据里的目标地址，然后将其保留在制作者专用的网络上。另一种情况下，如果一个制作者向会计员发送邮件询问报销单核对事宜时，路由器查看到信息数据的目标地址，然后会将其转发到另一个网络上。

配置表是路由器用来判定数据包如何传输的依据之一，它是一系列信息的集合，其中包括：

∙哪些连接是指向特定地址组的

∙使用的连接的优先级

∙处理常规网络流量和特殊网络流量的规则

在最小的路由器中，配置表可能简单到只有六行，但是在处理大量的互联网信息的大型路由器中，配置表会变庞大而又复杂。

路由器有两个相互独立而又相互关联的功能：

∙路由器需要确保信息不会被传送到不相关的地址，这对于防止大量数据堵塞他人连接是至关重要的，否则其他连接将成为“毫不相干的旁观者”。

∙路由器需要确保信息被传送到指定的地址。

正是由于对上述两个功能的执行，路由器非常适用于处理互联的两个独立网络。它将两个网络联结起来，将信息从一个网络传输到另外一个网络。在某些情况下，路由器还会实现两个网络间不同协议的互相转换。它还能保护网络，避免一个网络中的信息意外泄露到另一个网络上。随着互联的网络数量增加，负责处理这些网络间信息传送的配置表也在不断增大，路

由器的处理能力也得相应地变得更强大。然而，无论互联的网络数量有多大，路由器的基本操作和功能都是一样的。由于互联网是一个由数以万计的较小网络组成的庞大网络，所以路由器的使用是必不可少的。

分组发送

当您拨打电话给远在他乡的友人时，电话系统将会为您的电话和被呼电话之间建立起一个固定线路。这一线路可能又由六个或是更多的链路组成，其中包括线缆、交换机、光纤、微波和卫星等。一旦建立起连接之后，该线路在整个通话过程中是不会发生改变的。固定线路连接方法意味着在通话过程中线路的质量是保持一致的。如果整个线路中的任何一个环节出现问题，例如一棵树压倒了其中的部分电线或是线路中的某个一个交换机出现电源问题，那么通话将会被突然中断。而当您发送一封带有附件的电子邮件时，计算机网络所采用的方法却与电话系统截然不同。

无论互联网数据以何种形式存在（如网页、下载的文件或是电子邮件），这些数据都会在一个被称为分组交换网络的系统上传输。在这一系统中，电子邮件或文件的数据被分割为数个大小为1500字节左右的数据包。每个数据包的外层会被加上额外的信息，其中包括发送方地址、接收方地址、该数据包在整个消息中所处的位置，以及接收的计算机如何确定数据包是否完整抵达。每个数据包（又称为分组）将会沿着最佳的可用路径发送到目的地。同一消息中的其他数据包可能均采用这一路径，也可能不会采用。与使用固定线路连接方法的电话系统相比，计算机网络采用的分组交换方法看起来似乎非常复杂，但分组交换方法对于数据网络有两大优势：

∙在毫秒级的时间内，网络能在各个设备间平衡负荷。

∙在信息传输过程中，如果网络上的一个设备出现故障，数据包将会绕行以确保整个消息的完整传输。

数据包的传输路径

路由器是互联网的重要组成部分，它能对分组进行路径的重新配置，因为路由器会根据数据包附带的额外信息来判断网络条件，例如接收数据和发送数据的延时以及网络上各部分的流量。然而，并不是所有路由器都会实现上述功能。路由器也有不同的规格大小，例如：∙如果您在两台装有Windows 98系统的计算机之间开启了互联网连接共享功能，您将其中一台与互联网连接的计算机作为简单的路由器。在这个例子中，路

由器执行很简单的操作，只是根据数据判断其目标地址是哪台计算机。而这

一操作又可以在系统的后台完成，从而避免了严重影响到其他正在运行的程

序。

∙稍大型的路由器将会执行较多的操作，例如将一个小型办公室连接到互联网上的路由器。这一类路由器通常会为保护办公室网络安全而实施一定的规则，

防止某些恶意攻击危害网络安全。为了处理足够规模的网络流量，这类路由

器往往是一些独立的硬件设备，而不是运行在服务器上的软件程序。