從零開始系列又和大家見面了！從零開始系列文章的宗旨就是為了為廣大網友介紹關于各種網絡設備的基本常識。前三期我們分別談了談無線路由器的話題，本期節目我們將目光轉向路由器這個在組網中的核心設備。一談到路由器，我們的第一反應可能就是讓家中多臺設備能夠同時上網的那個“盒子”。要是沒有它，我們現在的上網方式可能就會完全被顛覆！今天我們就來聊聊路由器的歷史，看看它發展到今日，是如何演變的吧！
存在于網絡中的“橋梁”——路由器
網絡目前已經全面滲透進人們的生活中，那么是什么把各個網絡相互連接起來呢？沒錯，正是今天我們話題的主人公——路由器。路由器可以說是互聯網中的樞紐，現在它廣泛的應用于各種行業和場景。路由器不僅可以連通不同的網絡，還可以選擇數據傳送的路徑，并且能夠阻隔非法訪問。作為IP網絡的核心設備，路由器的技術已經成為現在信息產業的重要技術，它在數據通信中起到的作用也越來越重要。
家中常用的無線路由器
簡單來說，路由器的作用就是通過相互連接的網絡把信息從源地點移動到目標地點。在路由器的工作過程中，信息至少會經過一個或多個中間節點。也有許多朋友會把路由器和交換機的功能相比，發現他們的功能差不多，其實二者存在著本質的區別。路由器和交換機之間的最重要的區別，是交換發生在第二層（數據鏈路層），而路由活動則發生在第三層，也就是網絡層。這樣一來，路由器和交換機在工作中需要使用不同的控制信息，所以說這兩種設備實現各自功能的方式是有區別的。
企業級路由器
“路由器是互聯網的主要節點設備，路由器通過路由決定數據的轉發。轉發策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來（router，轉發者）。作為不同網絡之間互相連接的樞紐，路由器系統構成了基于TCP/IP的國際互聯網絡Internet的主體脈絡，也可以說，路由器構成了Internet的骨架。它的處理速度是網絡通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網絡互連的質量。因此，在園區網、地區網、乃至整個Internet研究領域中，路由器技術始終處于核心地位，其發展歷程和方向，成為整個Internet研究的一個縮影。”——來自百度百科
路由器組網拓撲示意圖
飛速發展的網絡技術不斷推動者路由器性能的提升，并且在實際的應用中讓路由器變得越來越智能而且業務能力越來越強。路由器的性能在其歷史發展的前期起著主導的作用，隨著IP網絡和業務的迅猛發展，業務性能在網絡中將起到越來越重要的作用。現在，各大路由器廠商已經不再吧性能的提升作為宣傳的重點，業務更加智能、部署運維更加簡便等內在因素讓路由器的發展進入了一個全新的時期。
路由器的誕生與發展——出生與發展
路由器的發明與網絡的關系密不可分，隨著電腦網絡的不斷發展，人們迫切的需要一種先進的方式來解決網絡互連的難題。1984年，隨著思科公司的創立，其創始人設計了一種叫做“多協議路由器”的全新網絡設備。使得斯坦福大學中相互不兼容的計算機網絡聯接到了一起，這就是路由器的前身。隨后，思科公司在1986年正式推出了第一款多協議路由器——AGS。
思科推出的第一款多協議路由器AGS
上文說到路由器工作在第三層，那么這樣做有什么好處呢？在網絡中存在著各種不同的網絡協議，這些協議大多數都能夠在第三層上運行IP協議，讓路由器能夠輕松地與不同類型的網絡相連。并且路由器還可以利用網絡中定義的IP地址來完成對于每臺電腦的定位，而不是通過電腦的物理地址。這樣一來，每個網絡中的IP得知都是在一定范圍內的不沖突的、唯一的地址。路由器可以根據這個因素，來對各個不同的網絡進行區分，讓各個網絡在互相連通的同時保持各自網絡的獨立性。
通過網卡轉發報文
早先的IP網絡并不像現在這樣龐大，路由器所連接的設備以及需要處理的業務也都很小。路由器的功能可以使用一臺計算機接上多塊網卡的方式來實現路由器的功能。CPU則負責路由手機、轉發處理、設備管理等等。第一代的路由器主要用于科研和教育機構以及企業連接到互聯網，并沒有太多的網絡連接。
模塊化的路由器
隨著網絡流量的不斷增大，為了解決越來越大的CPU和總線負擔，將少數常用的路由信息采用Cache技術保留在業務接口卡上，使大多數報文直接通過業務板Cache的路由表進行轉發，減少對總線和CPU的請求。只對于Cache中找不到的報文傳輸到CPU進行處理，這就是第二代路由器。第二代路由器轉發性能提升較大，還可以根據具體的網絡環境提供豐富的連接方式和接口密度，在互聯網和企業網中得到了廣泛的應用。
第3頁：伴隨互聯網高速發展 進化速度遞增
伴隨互聯網高速發展 進化速度遞增
20世紀90年代互聯網高速發展，Web技術更是讓IP網絡得到了迅猛的發展，用戶上網的訪問內容得到了極大的豐富。為了應對這一局面，人們采用了全分布式結構-路由與轉發分離的技術，制造出第三代路由器。第三代路由器通過主控板負責整個設備的管理和路由的收集、計算功能，并把計算形成的轉發表下發到各業務板;各業務板根據保存的路由轉發表能夠獨立進行路由轉發。另外總線技術也得到了較大的發展，通過總線、業務板之間的數據轉發完全獨立于主控板，實現了并行高速處理，使得路由器的處理性能成倍提高。
路由器內部結構圖（圖片來源：互聯網）
90年代中后期，隨著IP網絡的商業化，Web技術出現以后，互聯網技術得到空前的發展，互聯網用戶呈爆炸式增長。網絡流量特別是核心網絡的流量以指數級增長，傳統的基于軟件的IP路由器已經無法滿足網絡發展的需要。報文處理中需要包含諸如QoS保證、路由查找、二層幀頭的剝離/添加等復雜操作，以傳統的做法是不可能實現的。于是一些廠商提出了ASIC實現方式，它把轉發過程的所有細節全部采用硬件方式來實現。另外在交換網上采用了Crossbar或共享內存的方式解決了內部交換的問題。使得路由器的性能達到千兆比特，即早期的千兆交換式路由器(Gigabit Switch Router，GSR)。
路由器集群
進入新世紀后，圍繞業務能力，廠商對路由器展開了大刀闊斧的改革。網絡管理、用戶管理、業務管理、MPLS、VPN、可控組播、IP-QoS和流量工程等各種新技術紛紛加入到路由器中。第五代路由器在硬件體系結構上繼承了第四代路由器的成果，在關鍵的IP業務流程處理上則采用了可編程的、專為IP網絡設計的網絡處理器技術。網絡處理器(NP)通常由若干微處理器和一些硬件協處理器組成，多個微處理器并行工作，通過軟件來控制處理流程，實現業務靈活性與高性能的有機結合。
適合大型企業使用的路由器
路由器的發展歷史大致就是如此，伴隨著性能和業務這兩個重要因素的推動，在短短30年間路由器技術取得了令人瞠目結舌的進步。近年來，隨著軟件定義網絡（SDN）等新技術的出現，廠商在進行路由器的研發時將更多的精力投入到了提供高品質的業務保障上面。高性能、高安全、高可靠、智能化以及易使用已經成為當下廠商制造路由器的標簽。
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