路由器体系结构

OSI 的七层体系结构：应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层物理层物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。

物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

∙媒体和互连设备物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。

通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。

DTE既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。

而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。

数据传输通常是经过DTE──DCE，再经过DCE──DTE的路径。

互连设备指将DTE、DCE 连接起来的装置，如各种插头、插座。

LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，接收器，发送器,中继器等都属物理层的媒体和连接器。

∙物理层的主要功能1.为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而成.一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接.所谓激活,就是不管有多少物理媒体参与,都要在通信的两个数据终端设备间连接起来,形成一条通路.2.传输数据.物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务.一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信道上的拥塞.传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行,半双工或全双工，同步或异步传输的需要.3.完成物理层的一些管理工作.∙物理层的一些重要标准物理层的一些标准和协议早在OSI/TC97/C16 分技术委员会成立之前就已制定并在应用了,OSI也制定了一些标准并采用了一些已有的成果.下面将一些重要的标准列出,以便读者查阅.ISO2110:称为"数据通信----25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配".它与EIA(美国电子工业协会)的"RS-232-C"基本兼容。

路由器的体系结构欢迎来到店铺，本文为大家讲解路由器的体系结构，欢迎大家阅读学习。

路由器的体系结构从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU结构路由器、第二代单总线主从CPU结构路由器、第三代单总线对称式多CPU 结构路由器;第四代多总线多CPU结构路由器、第五代共享内存式结构路由器、第六代交叉开关体系结构路由器和基于机群系统的路由器等多类。

路由器的构成路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关和路由处理器。

输入端口是物理链路和输入包的进口处。

端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。

第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。

第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口(称为路由查找)，路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。

第三，为了提供QoS(服务质量)，端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别。

第四，端口可能需要运行诸如SLIP(串行线网际协议)和PPP(点对点协议)这样的数据链路级协议或者诸如PPTP(点对点隧道协议)这样的网络级协议。

一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。

如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。

这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源(如交换开关)的仲裁协议。

交换开关可以使用多种不同的技术来实现。

迄今为止使用最多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。

最简单的开关使用一条总线来连接所有输入和输出端口，总线开关的缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。

交叉开关通过开关提供多条数据通路，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。

如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。

交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因此，调度器限制了交换开关的速度。

在共享存贮器路由器中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但是，开关的速度受限于存贮器的存取速度。

Cisco内存体系结构介绍
Cisco路由器的软件部分即网络操作系统。

通过IOS，Cisco路由器可以连接IP，IPX，IBM，DEC，AppleTalk 的网络，并实现许多丰富的网络功能。

软件是需要内存的，Cisco 2500,1600系列路由器的内存体系结构，如图：
其中，ROM相当于PC 机的BIOS，Cisco路由器运行时首先运行ROM中的程序。

该程序主要进行加电自检，对路由器的硬件进行检测。

其次含引导程序及IOS的一个最小子集。

ROM为一种只读存储器，系统掉电程序也不会丢失.
FLASH是一种可擦写、可编程的ROM，FLASH包含IOS及微代码。

可以把它想象和PC机的硬盘功能一样，但其速度快得多。

可以通过写入新版本和OS对路由器进行软件升级。

FLASH中的程序，在系统掉电时不会丢失。

DRAM：动态内存。

该内存中的内容在系统掉电时会完全丢失。

DRAM中主要包含路由表，ARP缓存，
fast-switch缓存，数据包缓存等。

DRAM中也包含有正在执行的路由器配置文件。

NVRAM：NVRAM中包含有路由器配置文件，NVRAM中的内容在系统掉电时不会丢失。

一般地，路由器启动时，首先运行ROM中的程序，进行系统自检及引导，然后运行FLASH中的IOS，并在NVRAM中寻找路由器的配置，并将装入DRAM中。

第四章路由器硬件结构及工作原理4.1路由器的硬件构成路由器主要由以下几个部分组成：输入/输出接口部分、包转发或交换结构部分（switching fabric）、路由计算或处理部分。

如图4-1所示。

图4-1 路由器的基本组成输入端口是物理链路和输入包的进口处。

端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。

第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。

第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。

第三，为了提供QoS（服务质量），端口要对收到的数据包进行业务分类，分成几个预定义的服务级别。

第四，端口可能需要运行诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。

一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。

如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。

这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源（如交换开关）的仲裁协议。

普通路由器中该部分的功能完全由路由器的中央处理器来执行，制约了数据包的转发速率（每秒几千到几万个数据包）。

高端路由器中普遍实现了分布式硬件处理，接口部分有强大的CPU处理器和大容量的高速缓存，使接口数据速率达到10Gbps，满足了高速骨干网络的传输要求。

路由器的转发机制对路由器的性能影响很大，常见的转发方式有：进程转发、快速转发、优化转发、分布式快速转发。

进程转发将数据包从接口缓存拷贝到处理器的缓存中进行处理，先查看路由表再查看ARP 表，重新封装数据包后将数据包拷贝到接口缓存中准备传送出去，两次查表和拷贝数据极大的占用CPU的处理时间，所以这是最慢的交换方式，只在低档路由器中使用。

快速交换将两次查表的结果作了缓存，无需拷贝数据，所以CPU处理数据包的时间缩短了。