라우터의 개념
라우터는 인터넷에서 LAN 과 WAN 을 연결하는 장치입니다. 채널 조건에 따라 경로를 자동으로 선택하고 설정하여 최적의 경로로 차례로 신호를 보냅니다. 라우터는 인터넷의 허브이며' 교통경찰' 이다. 현재 라우터는 모든 업종에 광범위하게 적용되고 있으며, 각기 다른 등급의 제품은 이미 각종 백본 내부 연결, 백본 간 상호 연결, 백본 및 인터넷 상호 연결의 주력군이 되었다. 라우팅과 스위치의 주요 차이점은 교환이 OSI 참조 모델의 두 번째 계층 (데이터 링크 계층) 에서 발생하고 라우팅이 세 번째 계층, 즉 네트워크 계층에서 발생한다는 것입니다. 이러한 차이는 라우터와 스위치가 정보를 이동하는 동안 서로 다른 제어 정보를 사용해야 한다는 것을 결정하므로 각기 다른 방식으로 기능을 구현합니다.
게이트웨이 디바이스라고도 하는 라우터는 논리적으로 분리된 여러 네트워크를 연결하는 데 사용됩니다. 논리적 네트워크란 단일 네트워크 또는 서브넷을 나타냅니다. 한 서브넷에서 다른 서브넷으로 데이터를 전송할 때 라우터의 라우팅 기능을 통해 데이터를 전송할 수 있습니다. 따라서 라우터는 네트워크 주소를 결정하고 IP 경로를 선택할 수 있습니다. 다중 네트워크 상호 연결 환경에서 유연한 연결을 설정할 수 있으며 다양한 데이터 그룹화 및 미디어 액세스 방식이 완전히 다른 서브넷을 연결할 수 있습니다. 라우터는 소스 스테이션 또는 기타 라우터의 정보만 허용하며 네트워크 계층에 속하는 상호 연결 디바이스입니다.
라우터의 하드웨어 구성
첫째, 라우터의 하드웨어 구성
라우터는 주로 입/출력 인터페이스, 그룹 전달 또는 스위칭 패브릭, 라우팅 계산 또는 처리와 같은 부분으로 구성됩니다.
입력 포트는 물리적 링크와 입력 패킷의 포털입니다. 포트는 일반적으로 회선 카드에서 제공됩니다. 회선 카드는 일반적으로 4 개, 8 개 또는 16 개의 포트를 지원하며 입력 포트에는 많은 기능이 있습니다. 첫 번째 기능은 데이터 링크 계층을 캡슐화하고 캡슐화하는 것입니다. 두 번째 기능은 전달 테이블에서 입력 패킷의 대상 주소를 찾아 대상 포트 (라우팅 조회라고 함) 를 결정하는 것입니다. 라우팅 조회는 공통 하드웨어를 사용하거나 각 회선 카드에 마이크로프로세서를 내장하여 수행할 수 있습니다. 셋째, QoS (서비스 품질) 를 제공하기 위해 포트는 수신된 데이터를 사전 정의된 서비스 수준으로 분류해야 합니다. 넷째, 포트에는 SLIP (직렬 회선 인터넷 프로토콜) 및 PPP (지점 간 프로토콜) 또는 PPTP (지점 간 터널 프로토콜) 와 같은 데이터 링크 계층 프로토콜을 실행해야 할 수 있습니다. 라우팅 조회가 완료되면 패킷은 스위치를 통해 출력 포트로 전송되어야 합니다. 라우터가 입력 및 대기인 경우 여러 입력 * * * 이 동일한 스위치를 공유합니다. 이 입력 포트의 마지막 역할은 스위치 교환과 같은 공용 자원에 참여하는 중재 프로토콜입니다. 일반 라우터에서 이 부분의 기능은 전적으로 라우터의 중앙 프로세서에 의해 이루어지며 패킷의 전달 속도 (초당 수천 ~ 수만 패킷) 를 제한합니다. 하이엔드 라우터는 분산 하드웨어 처리를 광범위하게 구현하며, 인터페이스 부분에는 강력한 CPU 프로세서와 대용량 캐시가 있어 인터페이스 데이터 속도가 10Gbps 에 도달하여 고속 백본 네트워크의 전송 요구 사항을 충족합니다.
라우터의 전달 메커니즘은 라우터의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 일반적인 전달 방식으로는 프로세스 전달, 빠른 전달, 최적화된 전달, 분산 빠른 전달 등이 있습니다. 프로세스 전달은 처리를 위해 인터페이스 캐시에서 프로세서 캐시로 패킷을 복사합니다. 먼저 라우팅 테이블을 본 다음 ARP 테이블을 봅니다. 패킷을 재패키지화하면 패킷을 인터페이스 캐시로 복사하여 전송합니다. 두 번의 조회와 데이터 복제는 CPU 처리 시간이 많이 걸리기 때문에 가장 느린 스위칭 방법이며 로우 엔드 라우터에서만 사용됩니다. 데이터를 복제하지 않고 캐시 조회 결과를 두 번 빠르게 교환하여 CPU 에서 패킷을 처리하는 시간이 단축됩니다. 최적화된 전환은 빠른 전환을 기반으로 약간 개선되어 캐시 테이블의 데이터 구조가 변경되었습니다. 깊이가 32 인 다이트리 또는 해시 테이블은 깊이가 4 인 256 트리로 대체되어 CPU 검색 시간이 더욱 단축됩니다. 이 두 가지 전달 방법은 하이 엔드 라우터에서 널리 사용됩니다. 백본 라우터에서는 라우팅 테이블 항목의 승수로 인해 라우팅 테이블 또는 ARP 테이블을 변경하면 대부분의 라우팅 버퍼가 무효화되고 이전 스위칭 모드가 더 이상 적용되지 않습니다. 최신 스위칭 모드는 각 인터페이스 처리 보드에 미러 라우팅 테이블과 MAC 주소 테이블을 결합한 전달 테이블을 구축하는 분산 고속 스위칭입니다. 깊이가 4 인 256 트리이지만 각 노드의 데이터 부분은 라우터의 프레임 생성 요구 사항을 포함하는 이웃 테이블이라는 또 다른 포인터입니다. 이러한 구조를 통해 라우팅 테이블 및 ARP 테이블에서 전달 테이블을 완전히 업데이트할 수 있으며, 추가 에이징 프로세스가 필요하지 않으며, 다른 교환 방식에서는 캐시 테이블을 지속적으로 노화해야 하는 결함을 극복할 수 있습니다.
가장 일반적인 스위칭 패브릭은 버스, * * * * 공유 메모리 및 크로스바 공기 분리 구조입니다. 버스 구조는 가장 간단합니다. 모든 입출력 인터페이스가 하나의 버스에 걸려 있고 두 개의 인터페이스만 버스를 통해 데이터를 교환합니다. 단점은 스위칭 기능이 버스 용량 및 버스 중재로 인한 추가 오버헤드에 의해 제한된다는 것입니다. 그것은 일정 한 돈을 일정 한 데이터 전송 채널에 지출 해야 합니다, 버스 대역폭의 확장은 제한, 스위칭 기능의 확장을 제한 합니다. 일반적으로이 구조는 중급 라우터에서 사용됩니다. * * * 공유 메모리 구조에서 수신 패킷은 * * 공유 메모리에 저장되고 패킷 포인터만 교환하여 스위칭 용량을 증가시키지만 메모리 액세스 속도와 메모리 관리 효율성에 따라 제한됩니다. 메모리 용량은 65,438+08 개월마다 두 배가 될 수 있지만 메모리 액세스 시간은 매년 5% 만 줄어 * * 공유 메모리 스위칭 스위치의 고유 제한이다. * * * 공유 메모리 아키텍처는 초기 중저가 라우터에 널리 사용되었습니다. 크로스바 공간 분할 구조는 여러 버스 병렬 작업, N? N 개의 교차점이 있는 크로스바 스위치는 2N 개의 버스를 가진 것으로 간주될 수 있습니다. 교차점이 닫힌 경우 입력 버스의 데이터를 출력 버스에서 사용할 수 있습니다. 그렇지 않으면 사용할 수 없습니다. 이를 통해 흐르는 데이터는 끊임없이 교환되며, 스위칭 속도가 스위칭 기능을 결정한다는 것을 알 수 있습니다. 다양한 고속 장치가 계속 등장함에 따라 이러한 구조의 스위칭 용량은 일반적으로 수십 Gbps 이상에 달하며 하이엔드 라우터 및 스위치에 선호됩니다.
라우팅 계산 또는 처리 부분은 주로 동적 라우팅 프로토콜을 실행합니다. 라우팅 정보를 송수신하고, 라우팅 테이블을 계산하고, 패킷 전달의 기초를 제공합니다. 수준별로 라우터의 라우팅 테이블 항목 크기가 수천 개에서 수백만 개로 크게 다릅니다. 따라서 하이엔드 라우터 라우팅 테이블의 구축은 라우팅 검색 속도에 큰 영향을 미치며, 라우팅 테이블의 데이터 구조는 종종 다이트리 형식으로 검색 및 업데이트를 빠르게 합니다.
출력 포트는 그룹화를 출력 링크로 보내기 전에 그룹화를 저장하므로 복잡한 스케줄링 알고리즘을 구현하여 우선 순위 요구 사항을 지원할 수 있습니다. 입력 포트와 마찬가지로 출력 포트도 데이터 링크 계층과 많은 상위 계층 프로토콜의 캡슐화 및 캡슐화를 지원할 수 있어야 합니다.
일반적으로 라우터가 패킷을 교환하려면 일련의 복잡한 처리가 필요하며, 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다.
1) 압축 및 압축 해제
2) 암호화 및 암호 해독
3) 입출력 액세스 목록을 사용하여 메시지를 필터링합니다.
4) 속도 제한을 입력합니다
5) 네트워크 주소 변환 (NAT) 수행
6) 이 기사에 영향을 미치는 모든 전략적 경로를 처리하십시오.
7) 방화벽 기능을 적용하여 패키지를 확인합니다.
8) 웹 버퍼 리디렉션을 처리합니다.
9) IP 도움말 주소와 같은 물리적 브로드캐스트 처리
10) 활성화된 QoS 메커니즘을 사용하여 패킷을 대기열에 넣습니다.
1 1)TTL 값 처리
12) IP 헤더의 모든 옵션을 처리합니다.
13) 패킷 무결성을 검사합니다.
둘째, 라우터 소프트웨어 시스템
라우터는 소프트웨어의 통제하에 작동합니다. 일반적인 운영 체제에 비해 소프트웨어 시스템은 비교적 간단하며 모두 메모리에 상주하며 원래 플랫폼의 제한을 받습니다. 상용 실시간 운영 체제 커널을 기반으로 TCP/IP 스택을 포함한 인터페이스 플랫폼을 개발하여 다양한 기능 모듈을 보완하여 완벽한 소프트웨어 시스템을 형성합니다. 라우터의 메시지 빠른 교환 능력을 극대화하기 위해 운영 체제는 운영 오버헤드를 최소화하고 CPU 가 메시지 교환에 최대 대역폭을 사용할 수 있도록 설계되었습니다.
라우터의 소프트웨어 시스템은 주로 다섯 부분으로 구성됩니다.
1. 프로세스: 텔넷 데몬, 클라이언트 프로세스, FTP 프로세스, TFTP 프로세스, SNMP 프로세스, 다양한 프로토콜 프로세스 (IP, TCP, UDP, RRS) 와 같은 특정 작업을 수행하는 독립 스레드와 관련 데이터로 구성됩니다
2. 커널: 메모리 관리, 프로세스 일정, 타이머 및 클럭 관리와 같은 시스템의 다른 부분에 대한 기본적인 시스템 서비스를 제공합니다. 프로세스에 하드웨어 (CPU 및 메모리) 리소스 관리를 제공합니다.
3. 메시지 버퍼: 교환할 메시지를 저장하는 데 사용됩니다.
4. 장치 드라이버: 네트워크 인터페이스 하드웨어 장치 및 기타 주변 장치 (예: Flash) 를 제어합니다. 장치 드라이버 인터페이스는 프로세스, 커널 및 하드웨어 사이에 있으며 스위치 제어 소프트웨어와의 인터페이스가 있습니다.
5. 스위치 제어 소프트웨어: 전달 방식에 따라 메시지 교환을 제어하며 하이엔드 회선 속도 라우터에서 하드웨어에 의해 구현됩니다.