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 <p id="34SQ571L">路由器本身就是一台计算机，如果连着键盘、鼠标、显示器，操作系统里再安装个 Office，就可以当做办公电脑使用了。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1101%2F4820c6ebj00sm96fi0010d000k000cdg.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34SQ571M">但是，如果真把路由器当电脑用，那真是太屈才了，<strong>好比开着坦克去菜场买菜</strong>！ 路由器的“<strong>高效的 IP 报文的硬件转发能力</strong>”就被严重浪费了。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1101%2Ff5f71768j00sm96fi001od000k000dbg.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34SQ571N"><strong>路由器到底是干什么的？</strong></p><p id="34SQ571O">如图所示，A 网络信封数据，是如何沿着箭头的方向，先到达 B 网络，再到达 C 网络，然后到达 D 网络，最后到达目的地主机的？</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1101%2F4162bc12j00sm96fj000td000k000bgg.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34SQ571P">逻辑很简单，<strong>路由器在信封数据产生之前</strong>，已经和自己的邻居路由器，通过<strong>路由协议</strong>数据报文，<strong>同步了整个网络（互联网）的 IP 路由表</strong>。</p><p id="34SQ571Q">当 IP 报文到达时，路由器知道如何将接收到的 IP 报文，转发给自己的邻居。邻居也知道如何将接收到的 IP 报文，转发给更靠近目的地的路由器。通过<strong>连续接力</strong>的方式，最终 IP 报文到达了目的地。</p><p id="34SQ571R">A 网络与 B 网络、B 网络与 C 网络、C 网络与 D 网络相交处，都有一个椭圆形的图标。这些椭圆形的图标就是<strong>路由器</strong>！</p><p id="34SQ571S">路由器为了连接多个网络，通常有多个网络接口。接口的类型取决于连接的是什么网络。</p><p><ul><li id="34SQ572M">连接的是以太网，使用以太网接口。</li><li id="34SQ572N">连接的是 ATM 网，使用 ATM 接口。</li><li id="34SQ572O">连接的是 ISDN 网，使用 E1/T1 接口。</li></ul></p><p id="34SQ571T">读者可能会说，这有什么稀奇的？<strong>在普通电脑的扩展插槽中，插入这些接口卡，电脑不是一样可以实现路由器功能？这也许是题主真正想表达的意思，对吗！</strong></p><p id="34SQ571U">完全可以，只要两个网卡就可以在普通电脑上实现路由器的功能。</p><p id="34SQ571V"><strong>很少有人会用这样的路由器，为什么呢？</strong></p><p id="34SQ5720"><strong>转发效率太低了！</strong></p><p id="34SQ5721"><strong>问大家一个问题，TCP/IP 协议栈是软件还是硬件？</strong></p><p id="34SQ5722">当然是软件了。</p><p id="34SQ5723">当电脑充当路由器时，从一个接口收到的 IP 报文，是否要交由 IP 协议来处理？</p><p id="34SQ5724">没错！</p><p id="34SQ5725">既然 IP 协议是软件实现，那么转发 IP 报文的工作，全部由软件来实现。</p><p id="34SQ5726"><strong>软件完全依靠电脑的 CPU 作为计算的引擎，所以 CPU 直接决定着 IP 报文的转发效率</strong>。</p><p id="34SQ5727">CPU 很忙的，是整个电脑的计算中枢。要处理各种计算工作，还要兼顾着来自硬件外设的中断信号，CPU 高速运转的间隙，还要处理来自网卡的中断信号。</p><p id="34SQ5728">CPU 计算能力大小、同时竞争 CPU 资源的事务的多寡，将直接决定着 CPU 转发 IP 报文的效率。</p><p id="34SQ5729">一般的电脑 IP 报文的转发效率，无法达到每秒几百万次的转发效率。商业的路由器是可以达到的！</p><p id="34SQ572A">接下来的问题是，<strong>路由器是如何做到的？</strong></p><p id="34SQ572B"><strong>硬件加速</strong></p><p id="34SQ572C">一个 IP 报文在路由器内部的行走轨迹，不过是从入口流入，从出口流出的过程，对吗？</p><p><ul><li id="34SQ572P">查路由表，找出口</li><li id="34SQ572Q">根据出口的接口类型，决定接口的封装方式</li><li id="34SQ572R">要么点对点，PPP/HDLC 封装</li><li id="34SQ572S">要么 ATM，ATM 信元封装</li><li id="34SQ572T">要么以太网，EthernetII 封装</li></ul></p><p id="34SQ572D"><strong>屁大点事，为何要劳烦日理万机的 CPU 大驾？</strong></p><p id="34SQ572E">于是，路由器将这些简单判断逻辑的工作，统统外包给了硬件转发芯片。</p><p id="34SQ572F"><strong>硬件转发芯片</strong>，拥有自己的硬件转发表，也有出口下一跳对应的 MAC 地址，压根不需要 ARP 的参与，这些内容 CPU 已经统统提前告诉了硬件芯片。</p><p id="34SQ572G">CPU 语重心长地对着硬件转发芯片说：<strong>孩子，我已经给了你所有的转发信息，你可以独立处理转发事务了</strong>。</p><p id="34SQ572H">但要记住一点，有两种情况你必须要通知我来处理：</p><p><ul><li id="34SQ572U"><strong>IP 报文的目的 IP =</strong> <strong>路由器任何接口的 IP</strong></li><li id="34SQ572V"><strong>硬件芯片无法处理的复杂逻辑，比如无法找到 IP 报文的对应的硬件转发表</strong></li></ul></p><p id="34SQ572I">通过以上外包的方式，路由器的 CPU 从繁杂的 IP 报文转发事务中解脱了出来。把更多的 CPU 资源用于处理“路由协议”的路由表的同步工作，以及物理链路失效，如何快速检测失效并快速将失效消息通告给所有的邻居，让所有的邻居都意识到某一条链路已经失效，从而在路由算法中将该条链路剔除出去。</p><p id="34SQ572J">最终，整个网络的路由器的路由表又一次同步（达成一致），这个过程就叫<strong>网络收敛</strong>！</p><p id="34SQ572K"><strong>路由器成就了互联网，互联网又推动了路由器向更快、更强、更安全的方向发展。</strong></p>