网络硬件三剑客──集线器、交换机与路由器（中）
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四、路由器
1.路由器的作用
通过集线器或交换机，我们可以将很多台电脑组成一个比较大的局域网(图3)，但是当机器的数量达到一定数目时，问题也就来了：对于用集线器构成的局域网而言，由于采用“广播”工作模式，当网络规模较大时，信息在传输过程中出现碰撞、堵塞的情况越来越严重，即使是交换机，这种情况也同样存在。其次，这种局域网不安全，也不利于管理。
为了解决这些问题，人们便将一个较大的网络划分为一个个小的子网、网段，或者直接将它们划分为多个VLAN(即虚拟局域网)，在一个VLAN内，一台主机发出的信息只能发送到具有相同VLAN号的其他主机，其他VLAN的成员收不到这些信息或广播帧。采用VLAN划分网络后，可有效地抑制网络上的广播风暴，增加网络的安全性，使管理控制集中(图4)。
既然是局域网，万一分别处于不同VLAN的主机需要互相通信时该怎么办呢？这时候就得通过路由器(Router，转发者)来帮忙了。路由器可以将处于不同子网、网段、VLAN的电脑连接起来，让它们自由通信。另外，我们都知道目前的网络有很多种结构类型，且不同网络所使用的协议、速度也不尽相同。当两个不同结构的网络需要互连时，也可以通过路由器来实现。路由器可以使两个相似或不同体系结构的局域网段连接到一起，以构成一个更大的局域网或一个广域网。
可见，路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络、网段或VLAN之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。
2.路由器的工作原理
所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。那么路由器具体是如何进行“翻译”工作的呢？我们平时在学习、翻译英语时，肯定会准备一本英汉字典，通过它来实现英文与中文之间的互现转换。而对于路由器而言，它也有这种用于翻译的字典──路径表。路径表(Routing Table)保存着各种传输路径的相关数据，如子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。
通过路由器可以让不同子网、网段进行互连，因此路由器与集线器、交换机不同，它一般安装在网络的“骨干”部位，而不像集线器、交换机那样工作在基层。比如说一个较大规模的企业局域网，基于管理、安全、性能的考虑，一般都会将整个网络划分为多个VLAN，如此一来，当VLAN与VLAN之间进行通讯时，就必须使用路由器。
对于该企业网而言，肯定还需要与互联网相连，对于企业而言，一般都是通过租用电信的DDN专线或者利用ADSL、Cable、ISDN等方式将企业网接入互联网，而此时由于网络体系及所用协议的不同，也需要路由器来完成企业网与互联网的互连工作(图5)。
一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层(数据链路层)，而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择，这也是路由器名称的由来。
三剑客的外观比较
前面我们已经讲解了集线器、交换机、路由器的工作原理，但是对于很多初学者来说，有时也希望能够从外观上去区分它们。当然，集线器、交换机、路由器在外观上肯定有所区别，但这些往往只能作为参考信息，毕竟现在很多集线器、交换机与路由器产品在外观上看非常相似。而这里面最难区分的就是普通桌面型的集线器与交换机，而路由器相对比较容易识别。
1.集线器与交换机的外观区别
1)集线器的外观
集线器的结构比较简单，因此集线器一般都比较小巧：接口面板上一般具备8个、16个、24个、32个等数量不等的RJ45接口。
由于单个集线器的最大接口数一般也就32个，如果要连接50台甚至100台主机的话该怎么办呢？集线器上的“Uplink”级联口就是为了解决这个问题而出现的──通过级联口，可以将多个集线器连接在一起，以便拓展集线器的接口数及连接距离，但最多只能级联4个集线器。
与接口对应的则是面板上标有数字的一排或两排指示灯，用来指示集线器的工作状态。其中“Power”是电源指示灯，标有数字的是“Link”(连接)与“Action”(活动)指示灯，当某个RJ45接口中有正确的信号接入时，该接口的“Link”灯呈常亮状态，当有信号传输时，则“Action”灯闪烁。现在集线器一般都将“Link”与“Action”指示灯合二为一，用一个指示灯来完成“Link”与“Action”的工作(图6)。
2)交换机的外观
根据应用范围不同交换机存在着多种多样的外观。例如一些用于骨干线路的交换机，往往采用的是“模块式”集成方式，用户可以通过购买、增加模块来增强交换机的功能，这类交换机一般应用在大型企业，其体积也很大。
而对于那些应用在小型局域网的桌面型交换机，其外观与普通的集线器非常相似，要想在外观上区分它们，除了铭牌上“HUB”与“Switch”标志的区别外，关键是指示灯：如今的交换机大多是10/100Mbps自适应交换机，因此其面板上一般有用来表示该端口是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯。另外，交换机既可以工作在全双工状态下，也可以工作在半双工状态下，因此其面板上一般还有一排“FDX/COL”或“FD/COL”指示灯(图7)。
其中“FDX”或“FD”是“Full Duplex”(全双工)的缩写，当交换机上的某个端口工作在全双工状态时，其对应的“FDX”指示灯会亮，否则该端口工作在半双工状态下；“COL”则是信息碰撞指示灯，当该端口中传输的数据出现碰撞时，则该灯会闪烁，碰撞越厉害，闪烁越厉害。
对于集线器而言，虽然有些10/100Mbps自适应的集线器也有用来指示是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯，但绝对没有“FDX/COL”指示灯。初学者可以通过这一点来区分集线器与交换机。
2.路由器的组成与外观
1)路由器的组成
路由器作为一种高级的网络设备，并不是每个人都可以接触到的，这是因为它的普及性不如集线器、交换机高。
集线器、交换机在工作时都是通过硬件直接实现信号的传输，而路由器则不同，事实上路由器是一台特殊的计算机，它有CPU、存储介质以及操作系统，只不过这些都与PC上的有点差别而已。总的说来，路由器也可分为硬件及软件两部分。软件部分主要是操作系统，普通PC的操作系统有Windows系列、Linux/Unix等，而路由器的操作系统就是IOS(Internetwork Operating System，互联网际操作系统)。
路由器的硬件主要有CPU、接口和存储介质等。路由器中的CPU和计算机中的CPU所要实现的功能都是一样的。一般来说，计算机的CPU处理能力比路由器强大，但是在一些高端路由器上也会用到频率高到300MHz的CPU。路由器中的接口是非常重要的，因为它是连接网络最直接的媒介，它的接口主要有以太网口、串口、FDDI、令牌环等。计算机中有内存和硬盘，路由器中也有，只不过它的名字不同而已；路由器中的存储介质主要有ROM(Read-Only Memory，只读储存设备)、Flash(闪存)、NVROM(非易失性随机存储器)、DRAM(动态随机存储器)等几种。
路由器正是通过其特殊的软件功能来完成路由工作的，由于这种专业的路由器价格昂贵，所以现在人们也会在一些对路由器要求不高的应用环境中利用普通的PC机来实现路由功能，比如说只要在一台PC机上安装Windows2000 Server，然后进行必要的配置，一台“路由器”就打造出来了。
2)路由器的外观
路由器主要运行在骨干网络上，因此外观也千姿百态，比如一些应用于因特网骨干线路的千兆级别的路由器，往往也是模块化设计，体型也很庞大。
而那些应用于中小型企业的路由器则相对比较小巧，这类外观看起来与集线器、交换机差不多的路由器，其最大的外观特点就是端口数量相对较少，但类型多样。图8是某种路由器背面的接口图。
其实也很好理解，路由器主要是用来连接不同类型的网络，它位于网络的最高层，基于成本的考虑，其端口肯定比较少，但同时为了连接多种类型的网络，又必须具备多种类型的网络接口。