在图 3-9 中可以看见，数据报到达路由器后，数据报会经过物理层、链路层、网络层、链路层、物理层的一系列数据处理过程，体现了数据在路由器中的非线性。
所谓线性状态，是指数据报在如图 3-9 所示的传输过程中，在网络设备上经历的凸起折线小到近似直线。 Hub 只需要在物理层再生数据信号，因此它的凸起折线最小，线性化程度最高。交换机需要分析目标 MAC 地址，并完成链路层的校验等其他功能，它的凸起折线略大。但是与路由器比较起来，仍然称它是工作在线性状态的。路由器工作在网络层，因此它对数据传输产生了明显的延迟。
我们看到，就像交换机的工作全依靠其内部的交换表一样，路由器的工作也完全依靠其内存中的路由表。
图 3-10 列出了路由表的构造。
路由表主要由六个字段组成，指出能够前往的网络和如何前往那些网络。路由表的每一行表示路由器了解的某个网络的信息。
网络地址字段列出本路由器了解的网络的网络地址。端口字段标明前往某网络的数据报该从哪个端口转发。
下一跳字段是在本路由器无法直接到达的网络中，下一跳的中继路由器的 IP 地址。
距离字段表明到达某网络有多远，指出在 RIP 路由协议中需要穿越的路由器数量。
协议字段表示本行路由记录是如何得到的。图 3-10 中， C 表示是手工配置， RIP 表示本行信息是通过 RIP 协议从其他路由器学习得到的。
定时字段表示动态学习的路由项在路由表中已经多久没有刷新了。如果一个路由项长时间没有被刷新，该路由项就被认为是失效的，需要从路由表中删除。
我们注意到，前往 160.4.1.64、 200.12.105.0、 178.33.0.0 网络，下一跳都指向 160.4.1.34路由器。其中 178.33.0.0 网络最远，需要 12 跳。路由表不关心下一跳路由器将沿什么路径把数据报转发到目标网络，它只要把数据报转发给下一跳路由器就完成任务了。
路由表是路由器工作的基础。路由表中的表项有静态配置和动态学习两种获得方法。静态配置是将计算机与路由器的 console 端口连接，使用计算机上的超级终端软件或路由器提供的配置软件就可以对路由器进行配置。
手工配置路由表需要大量的工作。动态学习路由表是最为行之有效的方法。一般情况下，都手工配置路由表中直接连接的网段的表项，而间接连接的网络的表项使用路由器的动态学习功能来获得。
动态学习路由表的方法非常简单。每个路由器定时把自己的路由表广播给邻居，邻居之间互相交换路由表。路由器通过其他路由器的路由广播可以了解更多、更远的网络，这些网络都将被收到自己的路由表中，只要把路由表的下一跳地址指向邻居路由器就可以了。
静态配置路由表的优点是可以人为地干预网络路径选择。静态配置路由表的端口没有路由广播，节省带宽和邻居路由器 CPU 维护路由表的时间。对邻居屏蔽自己的网络情况时，要使用静态配置。静态配置的最大缺点是不能动态发现新的和失效的路由。如果一条路由失效而不能及时发现，数据传输就失去了可靠性，同时，无法到达目标主机的数据报不停地发送到网络中，浪费了网络的带宽。对于一个大型网络来说，人工配置工作量大也是静态配置的一个问题。
动态学习路由表的优点是可以动态了解网络的变化。新增、失效的路由都能动态地导致路由表做相应变化。这种自适应特性是使用动态路由的重要原因。对于大型网络，无一不采用动态学习的方式维护路由表。动态学习的缺点是路由广播会耗费网络带宽。另外，路由器的 CPU 也需要停下数据转发工作来处理路由广播，维护路由表，降低了路由器的吞吐量。
路由器中大部分路由信息是通过动态学习得到的。但是，路由器即使使用动态学习的方法，也需要静态配置直接相连的网段。不然，所有路由器都对外发布空的路由表，互相之间是无法学习的。
2．路由器的分类
（ 1）从性能高低上划分，可将路由器分为高、中、低端路由器。
通常将路由器吞吐量大于 40 Gbps 的路由器称为高端路由器，吞吐量在 25 Gbps～ 40 Gbps 之间的路由器称为中端路由器，而将低于 25 Gbps 的路由器看作低端路由器。当然，这只是一种宏观上的划分标准，各厂家的划分标准并不完全一致，实际上路由器档次的划分不仅是以吞吐量为依据的，它是由一个综合指标所控制的。
（ 2）从结构上划分，可将路由器分为“模块化路由器”和“非模块化路由器”。
模块化结构可以灵活地配置路由器，以适应用户不断增加的业务需求，非模块化的路由器只能提供固定的端口。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。
（ 3）从功能上划分，可将路由器分为“骨干级路由器”、“企业级路由器”和“接入级路由器”。
骨干级路由器是实现企业级网络互连的关键设备，数据吞吐量大。对骨干级路由器的基本性能要求是高速度和高可靠性。为了获得高可靠性，网络系统普遍采用诸如热备份、双电源、双数据通路等传统冗余技术。
企业级路由器连接许多终端系统，但系统相对简单，且数据流量较小。对这类路由器的要求是以尽量简单的方法实现尽可能多的端点互连。同时还要求能够支持不同的服务质量。
接入级路由器主要应用于连接家庭或 ISP 内的小型企业客户群体。
（ 4）根据所处网络位置划分，可将路由器分为“边界路由器”和“中间节点路由器”。
“边界路由器”处于网络边缘，用于不同网络路由器间的连接；而“中间节点路由器”则处于网络的中间，通常用于连接不同网络，起到数据转发的桥梁作用。由于各自所处的网络位置有所不同，其主要性能也就有相应的侧重，中间节点路由器因为要面对各种各样的网络，需要具有较强的 MAC 地址记忆功能。边界路由器由于它可能要同时接收来自许多不同网络路由器发来的数据，要求这种边界路由器的背板带宽要足够。
此外，路由器还可以分为“线速路由器”和“非线速路由器”。“线速路由器”完全可以按传输介质的带宽进行通畅传输，基本上没有间断和延时。通常线速路由器是高端路由器，具有非常强大的端口带宽和数据转发能力；中低端路由器一般是非线速路由器，但一些新型的宽带接入路由器也有线速转发能力。
3．路由器的主要性能指标
路由器具有如下主要性能指标。
1）路由器的配置
（ 1）接口种类：路由器能支持的接口种类体现了路由器的通用性。常见的接口种类有：通用串行接口（通过电缆转换成 RS 232 DTE/DCE 接口、 V.35 DTE/DCE 接口、 X.21 DTE/DCE 接口、 RS 449 DTE/DCE 接口和 EIA 530 DTE 接口等）、 10 Mbps 以太网接口、快速以太网接口、 10/100 Mbps 自适应以太网接口、吉比特位以太网接口、 ATM 接口（2 MB、25 MB、 155 MB、 633 MB 等）、 POS 接口（ 155 MB、 622 MB 等）、令牌环接口、 FDDI接口、 E1/Tl 接口、 E3/T3 接口、 ISDN 接口等。
（ 2）用户可用槽数：该指标指模块化路由器中除 CPU 板、时钟板等必要系统板或系统板专用槽位外用户可以使用的插槽数。根据该指标及用户板端口密度可以计算该路由器所支持的最大端口数。
（ 3） CPU：无论在中低端路由器中还是在高端路由器中， CPU 都是路由器的心脏。通常在中低端路由器中， CPU 负责交换路由信息、路由表查找及转发数据包的工作。在上述路由器中， CPU 的能力直接影响路由器的吞吐量和路由计算能力。在高端路由器中，包转发和查表通常由 ASIC 芯片完成， CPU 只实现路由协议、计算路由及分发路由表。高端路由器中许多工作都可以由硬件（专用芯片）实现， CPU 性能并不完全反映路由器性能。路由器性能由路由器吞吐量、时延和路由计算能力等指标体现。
（ 4）内存：路由器中具有多种内存，如 Flash、 DRAM 等。内存提供路由器配置、操作系统、路由协议软件的存储空间。通常来说，路由器内存越大越好（不考虑价格）。但是与 CPU 能力类似，内存同样不直接反映路由器的性能，因为高效的算法与优秀的软件可能大大节约内存。
（ 5）端口密度：该指标体现路由器制作的集成度。由于路由器体积不同，该指标应当折合成机架内每英寸端口数。但是出于直观和方便考虑，通常可以使用路由器对每种端口支持的最大数量来替代。
2）对协议的支持
（ 1）对路由信息协议（ RIP）的支持： RIP 是基于距离向量的路由协议，通常用跳数作为计量标准。 RIP 是一种内部网关协议。该协议收敛较慢，一般用于规模较小的网络。 RIP协议在 RFC 1058 中有规定。
（ 2）对路由信息协议版本 2（ RIPv2）的支持：该协议是 RIP 的改进版本，允许携带更多的信息，并且与 RIP 保持兼容。在 RIP 基础上增加了地址掩码（支持 CIDR）、下一跳地址、可选的认证信息等内容。该版本在 RFC 1723 中进行规范。
（ 3）对开放的最短路径优先协议版本 2（ OSPFv2）的支持：该协议是一种基于链路状态的路由协议，由 IETF 内部网关协议工作组专为 IP 开发。 OSPF 的作用在于最小代价路由、多相同路径计算和负载均衡。 OSPF 拥有开放性和使用 SPF 算法两大特性。
（ 4）对“中间系统-中间系统”（ Is-Is）协议的支持： Is-Is 协议同样是基于链路状态的路由协议。该协议由 ISO 提出。最初用于 OSI 网络环境，后修改成可以在双重环境下运行。该协议与 OSPF 协议类似，可用于大规模 IP 网并作为内部网关协议。
（ 5）对边缘网关协议（ BGP4）的支持： BGP4 是当前 IP 网上最流行的也是唯一可选的自治域间路由协议。该版本协议支持 CIDR，并且可以使用路由聚合机制大大减小路由表规模。 BGP4 协议可以利用多种属性来灵活地控制路由策略。
（ 6）对 802.3、 802.1Q 的支持： 802.3 是 IEEE 针对以太网的标准，支持以太网接口的路由器必须符合 802.3 协议。 802.1Q 是 IEEE 对虚拟网的标准，符合 802.1Q 的路由器接口可以在同一物理接口上支持多个 VLAN。
（ 7）对 IPv6 的支持：未来的 IP 网可能是一个采用 IPv6 的网络。 IPv6 解决的问题是扩大地址空间，同时还在 IP 层增加了认证和加密的安全措施，并且为实时业务的应用定义了流标签（ Flow Label）。但是由于市场的巨大惯性及无类别编址（ CIDR）的有效应用大大推迟了 IP 地址耗尽的时间， IPv6 至今尚未得到广泛应用。但是随着业务的增加、 Internet 的进一步发展，采用 IPv6 是不可避免的。
（ 8）对 IP 以外协议的支持：除支持 IP 外，路由器设备还可以支持 IPX、 DECNet、AppleTalk 等协议。这些协议在国外有一定应用，在国内应用较少。
（ 9）对 PPP 与 MLPPP 的支持： PPP 是 Internet 协议中的一个重要协议，早期的网络是由路由器使用 PPP 点到点连接起来的，并且大多数用户采用 PPP 接入。所以凡是具有串口的路由器都应当支持 PPP。 MLPPP 是将多个 PPP 链路捆绑使用的方法。
（ 10）对 PPPOE 的支持： PPP Over Ethernet 是一种新型的协议，用于解决对以太网接入用户的认证和计费问题。与此类似的是 PPP Over ATM 协议。当前 PPPOE 与 PPPOA 协议存在的问题是容量问题。大多数支持该协议的路由器只能处理几千个活动的会话。
3）组播支持
Internet 组管理协议（ IGMP）运行于主机和与主机直接相连的组播路由器之间，是 IP主机用来报告多址广播组成员身份的协议。通过 IGMP，一方面可以通过 IGMP 主机通知本地路由器希望加入并接收某个特定组播组的信息；另一方面，路由器通过 IGMP 周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态。
4） VPN 支持
虚拟专用网（ Virtual Private Network， VPN）是一条穿过公用网络的安全、稳定的隧道。通过对网络数据的封装和加密传输，在一个公用网络（通常是 Internet）建立一个临时的、安全的连接，从而实现在公网上传输私有数据、达到私有网络的安全级别。在 VPN 中可能使用的协议有 L2TP、 GRE、 IP Over IP、 IPSec 等。
5）全双工线速转发能力
路由器最基本且最重要的功能就是数据包转发。在同样端口速率下转发小包是对路由器包转发能力的最大考验。全双工线速转发能力是指以最小包长（以太网 64 字节、 POS 端口 40 字节）和最小包间隔（符合协议规定）在路由器端口上双向传输同时不引起丢包。该指标是体现路由器性能的重要指标。
6）吞吐量
（ 1）设备吞吐量：设备吞吐量指设备整机包转发能力。路由器的工作在于根据 IP 包头或 MPLS 标记进行选路。设备吞吐量通常不小于路由器所有端口吞吐量之和。
（ 2）端口吞吐量：端口吞吐量是指端口包转发能力，通常使用 packet/s（包每秒）来衡量，它是路由器在某端口上的包转发能力。通常采用两个相同速率接口测试。但是测试接口可能与接口位置及关系相关。例如，同一插卡上端口间测试的吞吐量可能与不同插卡上端口间吞吐量值不同。
7）背靠背帧数
背靠背帧数是指以最小帧间隔发送最多数据包不引起丢包时的数据包数量。该指标用于测试路由器缓存能力。具有线速全双工转发能力的路由器该指标值无限大。
8）背板能力
背板能力是路由器的内部实现。背板能力体现在路由器吞吐量上，背板能力通常要大于依据吞吐量和测试场所计算的值。但是背板能力只能在设计中体现，一般无法测试。
9）丢包率
丢包率是指测试中所丢失数据包数量占所发送数据包的比例，通常在吞吐量范围内测试。丢包率与数据包长度及包发送频率相关。在测试时也可以附加路由抖动和大量路由。
10）时延
时延是指从数据包第一个比特进入路由器到最后一比特从路由器输出的时间间隔。在测试中通常使用测试仪表，测出以发出测试包到收到数据包的时间间隔。时延与数据包长度相关，通常在路由器端口吞吐量范围内测试，超过吞吐量测试该指标没有意义。
11）时延抖动
时延抖动是指时延变化。数据业务对时延抖动不敏感，只有在包括语音、视频业务的环境中，该指标才有测试的必要性。
12）无故障工作时间
该指标按照统计方式指出设备无故障工作的时间。一般无法测试，可以通过主要器件的无故障工作时间计算或按照大量相同设备的工作情况计算。
13）路由表能力
路由器通常依靠所建立及维护的路由表来决定如何转发数据包。路由表能力是指路由表内所容纳路由表项数量的极限。该项目是路由器性能的重要体现。
14）支持 QoS 能力
QoS（服务质量）是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。如果没有这一功能，某些应用系统（如音频和视频）就不能可靠地工作。
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