34、深入探究路由器内部结构与工作原理

深入探究路由器内部结构与工作原理

在网络世界中，路由器扮演着至关重要的角色，它就像交通枢纽的指挥者，负责将数据包准确无误地从一个地方转发到另一个地方。本文将深入探讨路由器的内部结构和工作原理，包括输入处理、交换、输出处理以及队列的形成等方面。

1. 路由器控制平面与数据平面的类比

在深入了解路由器的控制和数据平面之前，我们可以通过一个形象的类比来理解数据包的转发过程。将数据包的转发比作汽车进出环形交叉路口。汽车在进入环形交叉路口之前，需要在入口站进行一些处理，表明其最终目的地。入口站的工作人员会查找最终目的地，确定通往该目的地的环形交叉路口出口，并告知司机该从哪个出口离开。汽车进入环形交叉路口后，最终从指定的出口离开。

在这个类比中，入口道路和入口站对应路由器的输入端口（具有查找功能以确定本地输出端口）；环形交叉路口对应交换结构；环形交叉路口出口道路对应输出端口。这个类比有助于我们思考路由器和交换机设计者面临的关键问题，例如：
- 如果汽车到达速度极快，但入口站工作人员处理速度慢，会发生什么？
- 工作人员需要多快的工作速度才能确保入口道路不出现拥堵？
- 即使工作人员处理速度很快，如果汽车在环形交叉路口行驶缓慢，是否还会出现拥堵？
- 如果大多数进入的汽车都想从同一个出口离开，出口匝道或其他地方是否会出现拥堵？
- 如果要为不同的汽车分配优先级，或者阻止某些汽车进入环形交叉路口，环形交叉路口应该如何运行？

2. 输入处理

输入处理是路由器操作的重要环节，其详细流程如图 4.7 所示。输入端口的线路终端功能和链路层处理实现了单个输入链路的物理层和链路层。输入端口的查找操作是路由器操作的核