2.3 勤奮的引路者——路由器
1.路由器能干什么
路由器是組成IP網絡最主要的選路設備。
路由器是一個能夠讓進入其體內的、攜帶原始信息的數據包選擇出口道路的盒子。
路由器是一個引路者，當你在陌生的城市里，找不到到達目的地的道路，引路者將指引你正確的方向，并將你送達出口。
路由器是一個信息中轉站，它能夠將不同制式的網絡連接在一起。數據可能以各種方式進入路由器，比如以太網幀、ATM信元、SDH幀、PPP幀、HDLC幀、幀中繼幀等。無論采用哪種方式，路由器都會把數據打開并進行分析，根據出口線路的類型重新封裝到幀或者信元里面。就像貨物乘船從水路進入港口，而在港口又被打包到火車上運送到內地。
路由器還是一臺特殊的計算機，雖然它長得和我們經常使用的計算機看起來區別實在太大（當然，計算機的概念早已經被擴大化了）。最早的路由器，就完全采用傳統計算機的體系結構。它也有CPU、內存、中央總線、掛在共享總線上的多個網絡物理接口。
路由器專門執行各種路由協議（后面章節將專門介紹路由協議），并進行數據包的轉發工作。也就是說，它擅長做TCP/IP協議規定的內容，卻不擅長做繪圖、科學計算、電子游戲、多媒體處理等方面的工作。
路由器還能做很多諸如安全、VPN、流控、負載均衡等方面的工作，每個制造者都有不同的構想，他們往往賦予路由器更多的使命。
路由器的接口類型可以涵蓋通信技術中幾乎所有的接口類型，選擇哪些接口類型的路由器，這完全取決于他們的應用場景。下面是最常用的接口類型。
以太網接口：包括電接口（RJ45居多）和光接口（單模或多模光纖接口），光接口的接頭類型很多，外觀都有一定差異，目前較流行的是SPF和SPF+。
E1/E3、T1/T3接口、DS3接口：BNC接口、RJ48接口（和RJ45外觀一樣，只是線序不同），在邏輯上還分信道化、非信道化，信道化是指可以將一個E1/E3、T1/T3、DS3接口拆分成多個邏輯端口，每個邏輯端口可以有自己獨立的IP地址、封裝格式等。
通用串行接口：可轉換成X.21DTE/DCE、V.35DTE/DCE、RS232DTE/DCE、RS449DTE/DCE、EIA530DTE等的接口。
POS接口：155M、622M、2.5G、10G等。
電話接口：最常用的是RJ11接口，也就是普通電話機上的那種接口。
另外還有ATM接口（2M、8M/IMA、155M、622M）等。
路由器有自己的記憶。其中最關鍵的記憶，是它的路由表。
每臺路由器都可以按照一定規則動態更新它的記憶，也就是更新自己的路由表（這叫動態路由）。
有了這張路由表，從某個端口進來的IP包才能在其指導下正確地選路。所有的路由協議，都是為獲取這張可能不斷變化著的路由表服務的。在第3章，我們將專門向各位介紹各種常用路由協議的“法律法規”。
2.路由器的分類
路由器因所管轄范圍不同，體積、容量、端口類型和密度、轉發性能也有很大差異。按照最俗套的分類方法，我們將其分為核心路由器（也可稱作“骨干層路由器”，CR）、匯聚路由器（有人稱作“分發層路由器”，BR）和接入路由器（又稱“訪問層路由器”，AR）。也有的分類方法舍去了“匯聚路由器”而都歸為接入路由器類。
按照通用的以背板交換能力來區別，核心路由器的交換容量通常大于40Gbit/s（這些參數隨著帶寬需求量的增加在不斷升級放大），也就是說，每秒鐘能處理40Gbit位以上的數據，一般被用做核心層路由器；2.5Gbit/s～40Gbit/s的，被用作匯聚層路由器；低于2.5Gbit/s的，被稱為“接入路由器”。
如果將網絡比作管道、終端比作水龍頭，那么核心路由器作為信息傳送樞紐就相當于水閘，其處理性能直接影響到管道容量的大小。核心路由器被部署在網絡核心位置，一般都是大個子。這類路由器的接口類型不多，但接口的速率都很高，很少有2Mbit/s以下的。在線應用的核心層路由器，所存儲的路由表一般也非常龐大；由于處于網絡核心，這類路由器對安全性、穩定性要求最高。因此，一般要采用控制部件熱備份、雙電源熱備份、雙數據通路等技術保障硬件可靠性。
常見的核心路由器，有思科的CRS系列，Juniper的T1600系列，華為的NE5000E系列等。
匯聚路由器被部署在核心層和接入層之間，而實際上匯聚層也經常采用三層以太網交換機。匯聚路由器的接口類型豐富，容量中等。
這類路由器起到承上啟下的作用。對下，將用戶側的數據流量收集起來，能在本地做路由的，就盡快做路由，不能在本地做路由的，就向上，將收集起來的流量送到核心路由器上去。
典型的匯聚路由器，如思科的ASR9000系列，Juniper的M120系列，華為的NE40系列等。
接入路由器距離用戶最近，是用戶網絡和骨干IP網之間的橋梁，容量較小，接口數量不多，因此每臺路由器的接口種類也不多，但是不同的路由器，接口類型差異很大；一般情況下，這類路由器的路由表表項都很少，甚至很多小企業或者家庭用的路由器，路由表只有幾條，且都是人工輸入的。這種人工輸入的路由表項，叫作“靜態路由”。另外，許多接入路由器還支持諸如PPTP、IPSec等VPN協議。
典型的接入路由器，如思科的26系列，Juniper的E系列，華為的AR系列等。
3.路由器的性能如何提高
路由器是網絡中的交叉路口，信息在線路上傳送，是不會引起任何擁塞的，那么擁塞的發生地一定都出現在路口上。這就像道路交通，正常的道路交通，如果不發生車禍等非可控因素，都是在交叉路口、道路的出入口發生擁塞的。如何解決擁塞問題呢？
城市交通管理部門和道路規劃部門一般采用以下幾種方式。
提高道路的承載能力，擴寬交叉路口的道路寬度。
設置紅綠燈，提高交叉路口車輛在單位時間的通過率。
在交叉路口建設立交橋，避免多個方向的車輛同時涌入同一路面。
新的路由器設計，也采用和道路交通治理類似的方式，如下所述。
第一類，越來越多的功能以硬件方式實現，具體表現為用精簡指令集（ASIC）芯片裝備路由器。ASIC芯片的好處，是去掉了復雜的、和路由器關系不大的處理邏輯，讓芯片把精力都放在和路由處理直接相關的功能上來，專一意味著高效。
第二類，放棄使用共享總線，采用交換背板，這就是“交換式路由技術”。
第三類，并行處理技術在路由器中運行，模塊化設計，這將極大地提高路由器的路由處理能力和速度。
專業廠商正在不斷嘗試提高路由器性能的新辦法，以期待未來IP網絡更加暢通無阻。這方面的業界領袖，當屬大名鼎鼎的思科網絡。
4.路由器的龍頭老大——思科網絡
1984年，一對來自斯坦福的教師夫婦，萊昂納德·波薩克（斯坦福大學計算機系主任）和桑德拉·勒納（斯坦福商學院的計算機中心主任），在美國硅谷的圣何塞成立了一家公司。
他們設計了一種名為“多協議路由器”的聯網設備，希望把斯坦福大學中互不兼容的計算機網絡連在一起。于是，這家公司制造出全世界第一臺路由器。
這家公司，叫思科網絡（CISCO）。兩位系主任的聯姻，成為業界一段佳話。
硅谷位于美國西海岸城市舊金山南部。舊金山以雄偉的金門大橋著稱，因此思科的名稱就取自sanFrancisco中的CISCO，標志就是金門大橋的圖案。
1990年，兩位創始人見好就收，退出思科；1991年，一個叫約翰·錢伯斯的人加入思科；1996年，錢伯斯執掌思科帥印，就是在他手里，思科成就了巨大輝煌！
從1986年生產第一臺路由器以來，思科公司在其進入的每一個領域都占有第一或者第二的市場份額，成為市場的絕對領導者。1990年上市以來，它的年銷售額已從6 900萬美元上升到2010年的400億美元！
思科是目前全球電信行業排名前列的設備供應商，且并購成癮。自1993年并購Crescendo以來，思科用了十多年時間成功并購了100多家公司，包括Webex、Cerent、Linksys，以及著名的挪威視頻會議公司騰博。
思科的產品系列、用戶使用界面都成為廠商們追捧和參照的對象。Juniper、華為技術、惠普（H3C）等，都成了CISCO的競爭者。
2010年，思科推出了其超級路由器——CRS-3產品，并稱其將是下一代互聯網的基礎。
這個吞吐量高達332Tbit/s的家伙，是上一代產品——CRS-1的3倍。
你可以想象把你家門前的十字路口擴大三倍吞吐量的感覺，也就是說，十字路口的四條道路，每條都擴展3倍寬度！
而這個吞吐量，用思科的比喻，可以在1秒鐘內下載美國國會圖書館的所有藏書，中國13億人口可以同時撥打可視電話，人類歷史上的所有電影通過它進行流媒體傳輸，用時不會超過4分鐘！
不過正所謂十年河東十年河西，思科過去是路由器領域中公認的“老大”，但隨著技術正在被超越。2012年9月，華為領先行業半年發布了480G路由線卡，點燃了新一輪吞吐量競賽；2013年4月，在業界還沉浸在對480G關注之時，華為又在年度分析師大會上發布了1T路由線卡，這一次它領先了思科等其他廠商1～2年。
2013年，“棱鏡門”揭秘者美國國家安全局前雇員愛德華·斯諾登在香港對外透露，美國情報部門監控中國的數據傳輸使用了思科的路由器。因被質疑安全問題，思科在中國的市場直接受到影響，2015年第二季度，思科在中國路由器市場的份額為10.8%，遠低于華為的67%。