路由器的工作原理（计算机网络-网络层）
目录
路由器的构成
转发和路由选择的区别
典型的路由器结构
交换结构
输出端口
路由器与交换机的比较
两种基于存储转发的分组交换设备的比较
交换机和路由器各有的应用场合
三层交换机
三层交换机的应用
路由器的构成
路由器的任务
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组
路由器将某个输入端口收到的分组，按照分组要去的目的地（即目的网络）， 把该分组从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳路由器
下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到该分组到达终点为止
转发和路由选择的区别
转发：就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去
路由选择：则是按照路由选择算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由
路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是由路由表生成的
典型的路由器结构
若分组的接收者是路由器自己，需要交给相应的 上层协议 去处理，如发送给路由器的RIP或 OSPF分组等需要 送交路由器的路由选择部分中的路由选择处理机。
否则，网络层处理模块按照 分组首部 中的 目的地址 查找转发表，交给交换结构交换到合适的 输出端口。
若交换结构处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则会导致输入队列排队！
交换结构
最早的路由器就是多网络接口的计算机，收到一个分组时，将分组就从输入端口复制到存储器中，从 分组首部 提取 目的地址 ，查找路由表，再将分组复制到合适的 输出端口 的缓存中。
采用这种方式分组要两次经过系统的总线（一次写和 一次读），交换速度比较慢。
许多现代的低端路由器也通过存储器进行交换，与早期路由器的区别是 目的地址 的 查找 和 分组 在存储器中的缓存都是在 输入端口 中进行的。
分组从 输入端口 通过 共享的总线直 接传送到合适的 输出端口，不需要路由选择处理机的干预。
但是，由于 总线是共享的，因此在同一时间只能有一 个分组在总线上传送。
当分组到达输入端口时，若发 现总线忙，则被阻塞而不能通过交换结构，并在输入 端口排队等待。
路由器的转发带宽显然要 受到总线速率的限制；
要想 实现无阻塞交换，交换总线的速率 要大于所有输入端口速率的总和。
由于只经过一次总线，比通过存储器 交换要快。
这 种 交 换 结构 常 称 为互连 网 络（Interconnection Network），它有2N条纵横交叉的总线，通过控制相应的交叉结点使水平总线和垂直总线接通还是断开， 将分组转发到合适的输出端口。
当输入端口收到一个分组时，就将它发送到与该输入 端口相连的水平总线上。若通向所要转发的输出端口 的垂直总线是空闲的，则在这个结点将垂直总线与水 平总线接通，然后将该分组转发到这个输出端口。
但若该垂直总线已被占用（有另一个分组正在转发到 同一个输出端口），则后到达的分组就被阻塞，必须 在输入端口排队。
输出端口
把交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层处理模块将 分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线路。
若从交换结构到达队列的分组速率超过链路的速率，则会导致输出队列排队！
路由器与交换机的比较
两种基于存储转发的分组交换设备的比较：
交换机工作在数据链路层
优点是：即插即用，并具有相对高的 分组过滤 和 转发速度。
缺点是：大型交换机网络要求交换机维护大的转发表，主机中维护大的ARP表，并可能产生广播风暴，逻辑拓扑被限制为树。
路由器工作在网络层
优点是：能提供更加智能的路由选择，并能隔离广播域。
缺点是：路由器不是即插即用的，对每个分组处理时间通常比交换机更长。
交换机和路由器各有的应用场合：
包含几百台主机的小网络，交换机就足够了，因为它们不需要任何IP地址的配置就可 以互连这些主机，并提供高性能的数据交换。
但是包含上千台主机的更大的网络，通常在网络中要使用路由器（除了交换机之外） 将整个网络划分成多个局域网并构成一个互连网络。这时，路由器提供更健壮的流量 隔离和对广播风暴的控制，并在网络的主机之间使用更“智能的”路由。
三层交换机
由于三层交换机所处理的都是 封装在以太网帧中的IP数据报，可以对处理算法进 行很多特殊的优化并尽量用硬件来实现，因此比传统路由器转发分组的速度要快。
虽然三层交换机的转发性能比普通路由器要高，但通常接口类型单一（一般就是以太网接口），支持的路由选择协议也较少。
而路由器则不同，它的设计初衷就是为了互连不同类型的异构网络，如局域网与广域 网之间的连接、不同协议的网络之间的连接等。因此路由器的接口类型非常丰富。
三层交换机的应用
典型的做法是：
处于同一个局域网中的各个子网的互连以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替普通路由器，实现广播域的隔离。
只有局域网与广域网互连，或广域网之间互连时才使用普通路由器。