路由器的设备选型.docx

1、路由器的设备选型【附录 2 】路由器的性能参数与设备选型 路由器是网络与网络的通信接口，也是内部网络与外部网络联系的桥梁。在网络组建的过程中，路由器的选购是极为重要的。在所有网络设备中，路由器的价格也比较昂贵，是网络设备的重要组成部分。 2.1 路由器的分类与性能参数 不同类型、不同性能的路由器价格也不相同，所以用户在选购时一定要注意路由器的功能和各种性能参数，否则买到的路由器可能不能满足网络的需要，或者花大价钱买到的路由器具有一些没有必要的功能和高性能和。购买设备通常够用就好，并适当留有余量。本节介绍路由器的组成和常用的性能参数。 2.1.1 路由器的组成 路由器的主要组成简介如下。 1.

2、处理器 与计算机一样，路由器也包含了一个中央处理器，也就是通常所说的 CPU 。不同系列和型号的路由器，其中的 CPU 也不尽相同。 Cisco 路由器一般采用 Motorola 68030 和 Orion/R4600 等处理器。 无论在中低端路由器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当中， CPU 负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包。在路由器中， CPU 的能力直接影响路由器的吞吐量（路由表查找时间）和路由计算能力（影响网络路由收敛时间）。在高端路由器中，通常转发数据包和查找路由表由 ASIC 芯片完成， CPU 只实现路由协议、计算路由以及分发路由表。

3、由于技术的发展，路由器中许多工作都可以由硬件实现（专用芯片）。 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。 2. 内存 路由器中可能有多种内存，例如 Flash （闪存） DRAM （动态内存）等。内存用作存储配置、路由器操作系统、路由协议软件等内容。在中低端路由器中，路由表也可能存储在内存中。通常来说在不考虑价格的情况下路由器的内存越大越好。但是与 CPU 能力类似，内存同样不直接反映路由器性能与能力。因为高效的算法与优秀的软件可能大大节约内存。路由器采用了以下几种不同类型的内存，每种内存以不同方式协助路由器工作。 只读内存 (ROM) 闪存

4、 (FLASH) 随机存取内存 (RAM) 非易失性 RAM(NVRAM) （ 1 ）只读内存（ ROM ） 只读内存（ ROM ）在 Cisco 路由器中的功能与计算机中的 ROM 相似，主要用于系统初始化等功能。 ROM 中主要包含： 系统加电自检代码（ POST ），用于检测路由器中各硬件部分是否完好； 系统引导区代码（ BootStrap ），用于启动路由器并载入 IOS 操作系统； 备份的 IOS 操作系统，以便在原有 IOS 操作系统被删除或破坏时使用。通常，这个 IOS 比当前运行 IOS 的版本低一些，但却足以使路由器启动和工作。 顾名思义， ROM 是只读存储器，不能修改其中

5、存放的代码。如要进行升级，则要替换 ROM 芯片。 （ 2 ）闪存（ Flash ） 闪存（ Flash ）是可读可写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。 Flash 中存放着当前使用中的 IOS 。事实上，如果 Flash 容量足够大，甚至可以存放多个操作系统，这在进行 IOS 升级时十分有用。当不知道新版 IOS 是否稳定时，可在升级后仍保留旧版 IOS ，当出现问题时可迅速退回到旧版操作系统，从而避免长时间的网路故障。 （ 3 ）非易失性 RAM(NVRAM) 非易失性 RAM(Nonvolatile RAM) 是可读可写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。由于

6、NVRAM 仅用于保存启动配置文件（ Startup-Config ），故其容量较小，通常在路由器上只配置 32KB128KB 大小的 NVRAM 。同时， NVRAM 的速度较快，成本也比较高。 (4) 随机存储器 (RAM) RAM 也是可读可写的存储器，但它存储的内容在系统重启或关机后将被清除。和计算机中的 RAM 一样， Cisco 路由器中的 RAM 也是运行期间暂时存放操作系统和数据的存储器，让路由器能迅速访问这些信息。 RAM 的存取速度优于前面所提到的 3 种内存的存取速度。 运行期间， RAM 中包含路由表、 ARP 缓冲、日志和队列中排队等待发送的分组。除此之外，还包括运行

7、配置文件（ Running-config ）正在执行的代码、 IOS 操作系统程序和一些临时数据信息。 路由器的类型不同， IOS 代码的读取方式也不同。如 Cisco 2500 系列路由器只在需要时才从 Flash 中读入部分 IOS ；而 Cisco 4000 系列路由器整个 IOS 必须先全部装入 RAM 才能运行。因此，前者称为 Flash 运行设备（ Run from Flash ），后者称为 RAM 运行设备（ Run from RAM ）。 3. 端口 (1) 广域网接口 路由器与广域网连接的接口称之为广域网接口（ WAN 接口）。路由器中常见的广域网接口有以下几种。 AUI 端

8、口 AUI 端口是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种“ D ”型 15 针接口，在令牌环网或总线型网络中是一种比较常见的端口之一。路由器可通过粗同轴电缆收发器实现与 10Base-5 网络的连接，但更多的是借助于外接的收发转发器（ AUI-to-RJ-45 ），实现与 10Base-T 以太网络的连接。当然也可借助于其他类型的收发转发器实现与细同轴电缆（ 10Base-2 ）或光缆（ 10Base-F ）的连接。这里所讲的路由器 AUI 接口主要是用粗同轴电缆作为传输介质的网络进行连接用的， AUI 接口示意图如图 2.1 所示。 图 2.1 AUI 接口 高速同步串口 同步串行接口的缺省封

9、装为 HDLC （ Cisco 私有），还可以是 PPP 、 FRAME-RELAY 、 X.25 等。缺省速度为 T1-1.544Mbps 。不同电缆最高速度不同， EIA/TIA 232 为 115.2Kbps ， EIA/TIA 449.X.21 为 2Mbps 等。 典型的同步串行接口卡如图 2.2 所示 图 2.2 同步串行接口 WIC-1T 异步串口 异步串行接口的缺省封装是 SLIP ，还可以是 PPP ，主要取决于使用的电缆，异步串行接口的速度最高可达 128K 。 Cisco 模块化路由器可以接入多种异步接口网络模块，如 8A 、 16A 、 32A 。图 2.3 是异步接口

10、网络模块 NM-32A 的照片 图 2.3 异步接口网络模块 NM-32A 异步 / 同步串行接口 异步 / 同步串行接口可以提供串行异步或同步连接。在异步模式时，最高速度可达 115.2Kbps ，在同步模式时，可以达到 128Kbps 。 典型的异步 / 同步串行接口模块如： 2A/S 、 8A/S 等。图 2.4 给出了异步 / 同步串行接口网络模块 NM-8A/S 的照片。 图 2.4 异步 / 同步串行接口网络模块 NM-8A/S ISDN BRI 端口 ISDN BRI 端口用于 ISDN 线路通过路由器实现与 Internet 或其他远程网络的连接，用于目前的大多数双绞线铜线电话

11、线。 ISDN BRI 的三个通道总带宽为 144 kbps 。其中两个通道称为 B （荷载 Bearer ）通道，速率为 64 kbps ，用于承载声音、影像和数据通信。第三个通道是 D （数据）通道，是 16 kbps 信号通道，用于告诉公用交换电话网如何处理每个 B 通道。 ISDN 有两种速率连接端口，一种是 ISDN BRI （基本速率接口），另一种是 ISDN PRI （基群速率接口），基于 T1 （ 23B+D ）或者 E1 （ 30B+D ），总速率分别为 1.544Mbps 或 2.048Mbps 。 ISDN BRI 端口是采用 RJ-45 标准，与 ISDN NT1 的连

12、接使用 RJ-45-to-RJ-45 直通线。如图 2.5 所示为 ISDN BRI 端口。 图 2.5 ?ISDN BRI 端口 CE1/PRI 端口 CE1/PRI 接口拥有两种工作方式： E1 工作方式（也称为非通道化工作方式）和 CE1/PRI 工作方式（也称为通道化工作方式）。 当 CE1/PRI 接口使用 E1 工作方式时，它相当于一个不分时隙、数据带宽为 2Mbps 的接口，其逻辑特性与同步串口相同，支持 PPP 、帧中继、 LAPB 和 X.25 等数据链路层协议，支持 IP 和 IPX 等网络协议。 当 CE1/PRI 接口使用 CE1/ PRI 工作方式时，它在物理上分为

13、32 个时隙，对应编号为 0 31 ，其中 0 时隙用于传输同步信息。对该接口有两种使用方法： CE1 接口和 PRI 接口。 当将接口作为 CE1 接口使用时，可以将除 0 时隙外的全部时隙任意分成若干组（ channel set ），每组时隙捆绑以后作为一个接口使用，其逻辑特性与同步串口相同，支持 PPP 、帧中继、 LAPB 和 X.25 等数据链路层协议，支持 IP 和 IPX 等网络协议。 当将接口作为 PRI 接口使用时，时隙 16 被作为 D 信道来传输信令，因此只能从除 0 和 16 时隙以外的时隙中随意选出一组时隙作为 B 信道，将它们同 16 时隙一起捆绑为一个 pri s

14、et ，作为一个接口使用，其逻辑特性与 ISDN PRI 接口相同，支持 PPP 数据链路层协议，支持 IP 和 IPX 等网络协议，可以配置 DCC 等参数。 2. 局域网接口 局域网接口主要是用于路由器与局域网进行连接，因局域网类型也是多种多样的，所以这也就决定了路由器的局域网接口类型也可能是多样的。不同的网络有不同的接口类型，常见的以太网接口主要有 AUI 、 BNC 和 RJ-45 接口。此外还有 FDDI 、 ATM 、光纤接口等。 AUI 是用于与粗同轴电缆连接的网络接口。其实 AUI 端口也被常用于与广域网的连接，但是这种接口类型在广域网应用得比较少。在 Cisco 2600 系

15、列路由器上，提供了 AUI 与 RJ-45 两个局域网连接端口。 BNC BNC 接口 BNC 是专门用于与细同轴电缆连接的接口。现在 BNC 基本上已经不再使用于路由器和交换机，只有一些早期的网络设备还提供 BNC 接口。 RJ-45 RJ-45 端口是最常见的端口了，根据端口的通信速率不同，路由器上 RJ-45 端口又可分为 10Base-T 网 RJ-45 端口和 100Base-TX 网 RJ-45 端口两类。其中 10Base-T 网的 RJ-45 端口在路由器中通常是标识为“ ETH ”，而 100Base-TX 网的 RJ-45 端口则通常标识为“ 10/100bTX ”，这主要

16、是现在快速以太网路由器产品多数还是采用 10/100Mbps 带宽自适应的。如图 2.6 所示左边为 10Base-T 的 RJ-45 端口，而右边的为 10/100Base-TX 的 RJ-45 端口。 图 2.6 10Base-T 和 10/100Base-TX 的 RJ-45 口 FDDI FDDI 接口具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。 光纤分布式数据接口（ FDDI ）是由美国国家标准化组织（ ANSI ）制定的在光缆上发送数字信号的一组协议。 FDDI 使用双环令牌，传输速率可以达到 100Mbps. CCDI 是 FDDI 的一种变型，它采用双绞铜缆为传输

17、介质，数据传输速率通常为 100Mbps. FDDI-2 是 FDDI 的扩展协议，支持语音、视频及数据传输，是 FDDI 的另一个变种，称为 FDDI 全双工技术（ FFDT ），它采用与 FDDI 相同的网络结构，但传输速率可以达到 200Mbps 。一些高端的路由器上有这种接口。 SC 接口（光纤接口） SC 端口是光纤端口的一种，通过光纤的连接至具有光纤端口的交换机。这种端口一般在高档路由器才有，以“ 100b FX ”标注。 3. 控制端口 由于路由器本身不带有输入和终端显示设备，但它需要进行必要的配置后才能正常使用，所以一般的路由器都带有一个控制端口“ Console ”，用来与计

18、算机或终端设备进行连接，通过特定的软件来进行路由器的配置。所有路由器都安装了控制台端口，使用户或管理员能够利用终端与路由器进行通信，完成路由器配置。该端口提供了一个 EIA/TIA-232 异步串行接口，用于在本地对路由器进行配置（首次配置必须通过控制台端口进行）。 CONSOLE 口 Console 口使用配置专用连线直接连接至计算机串口，利用终端仿真程序（如 Windows 下的“超级终端”）进行路由器本地配置。路由器的 Console 端口多为 RJ-45 端口。如图 2.7 就包含了一个 Console 口。 图 2.7 CONSOLE 配置口 AUX 口 除了本地对路由器进行配置的

19、“ Console ”端口外，另一种是远程配置时采用的“ AUX ”端口（图 2.7 中标以 AUX 字样），当需要通过远程访问的方式实现对路由器的配置时，就需要采用 AUX 端口进行了。 AUX 接口在外观上其实与上面所介绍的 RJ-45 结构一样，只是里面所对应的电路不同，实现的功能也不同而已。根据 Modem 所使用的端口情况不同，来确定通过 AUX 端口与 Modem 进行连接必须借助于 RJ-45 to DB9 或 RJ-45 to DB25 的收发器的选择。 路由器的 AUX 端口与 Modem 的连接方式如图 2.8 所示。 图 2.8 AUX 端口与 Modem 的连接 3.

20、支持扩展模块插槽数 该指标是针对模块化路由器而言，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之外用户可以使用的插槽数。根据该指标以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。通常来讲，模块化路由器都具有两个以上的扩展插槽，用来扩展局域网口、广域网口、 ISDN 口等。如果小型办公室使用可以不考虑此项指标，但如果为了以后扩充方便或者是中等规模以上网络用户使用，就非常必要考虑这个数值了。 远程访问接入（异步）模块 Cisco 也提供集成远程访问接入网络模块，如 8AM 、 16AM. 该网络模块将模拟调制解调器集成到远程访问接入模块中从而节省了外接调制解调器占用的空

21、间及投资。该网络模块提供了 816 个 RJ-11 接口，我们可以将电话线直接接入远程访问模块。如图 2.9 所示，给出了模拟调制解调器接入模块 NM-8AM 的照片。 当路由启动后，将自动发现、安装该模块。用命令 show line 可显示 8AM 模块线路 TTY 线路的状态。 图 2.9 NM-8AM 模块 2.1.2 性能与参数 一下几个方面的参数决定了路由器的性能。 1. 包转发率 包转发率，也称端口吞吐量，是指路由器在某端口（主要是高速同步串口）的数据包转发能力，单位通常使用 pps （包每秒）来衡量。一般来讲，低端的路由器包转发率只有几 K 到几十 Kpps ，而高端路由器则能达

22、到几十 Mpps （百万包每秒）甚至上百 Mpps 。如果小型办公使用，则选购转发速率较低的低端路由器即可，如果是大中型企业级别应用，预算允许的情况下此参数选取的越高越好。 2. 支持的网管协议 在路由器里最为常用的网管协议就是 SNMP 。 SNMP 是英文“ Simple Network Management Protocol ”的缩写，中文意思是“简单网络管理协议”。 SNMP 首先是由 Internet 工程任务组织 (Internet Engineering Task Force)(IETF) 的研究小组为了解决 Internet 上的路由器管理问题而提出的。 SNMP 是目前最常用

23、的环境管理协议。 SNMP 被设计成与协议无关，所以它可以在 IP ， IPX ， AppleTalk ， OSI 以及其他用到的传输协议上被使用。 SNMP 是一系列协议组和规范（见下表），它们提供了一种从网络上的设备中收集网络管理信息的方法。 SNMP 也为设备向网络管理工作站报告问题和错误提供了一种方法。 目前，几乎所有的网络设备生产厂家都实现了对 SNMP 的支持。领导潮流的 SNMP 是一个从网络上的设备收集管理信息的公用通信协议。设备的管理者收集这些信息并记录在管理信息库（ MIB ）中。这些信息报告设备的特性、数据吞吐量、通信超载和错误等。 MIB 有公共的格式，所以来自多个厂商

24、的 SNMP 管理工具可以收集 MIB 信息，在管理控制台上呈现给系统管理员。 通过将 SNMP 嵌入数据通信设备，如路由器、交换机或集线器中，就可以从一个中心站管理这些设备，并以图形方式查看信息。目前可获取的很多管理应用程序通常可在大多数当前使用的操作系统下运行，如 Windows95.Windows98.Windows NT 和不同版本 UNIX 的等。 一个被管理的设备有一个管理代理，它负责向管理站请求信息和动作，代理还可以借助于陷阱为管理站提供站动提供的信息，因此，一些关键的网络设备（如集线器、路由器、交换机等）提供这一管理代理，又称 SNMP 代理，以便通过 SNMP 管理站进行管理

25、。 3. 是否 VPN 支持 VPN (Virtual Private Network ，虚拟专用网络 ) ，早期的路由器可能不支持 VPN 。现在的路由器产品基本都支持 VPN 功能。 它可以通过特殊的加密通讯协议在通过 Internet 连接起来的两个或多个企业内部网之间建立虚拟的专有的通讯线路，其安全性能得到保证，就好比是架设了专线。 VPN 技术原是路由器具有的重要技术之一，目前在交换机，防火墙设备或 WINDOWS2000 等软件里也都支持 VPN 功能，总之 VPN 的核心就是在利用公共网络建立虚拟私有网。 4. 是否支持 Qos QoS (Quality of Service ，

26、服务质量 ) 是网络的一种安全机制和通信质量保证机制 , 也是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。现在的路由器一般均支持 QoS 。路由器上的 QoS 可以通过下面几种手段获得： (1) 通过大带宽得到 在路由器上除增加接口带宽以外不作任何额外工作来保障 QoS 。由于数据通信没有相应公认的数学模型作保障，该方法只能粗略地使用经验值作估计。通常认为当带宽利用率到达 50 以后就应当扩容，保证接口带宽利用率小于 50 。 (2) 通过端到端带宽预留实现 该方法通过使用 RSVP 或者类似协议在全网范围内通信的节点间端到端预留带宽。该方法能保证 QoS ，但是代价太高，通常只在企业网或者私网上

27、运行，在大网公网上无法实现。 (3) 通过接入控制、拥塞控制和区分服务等方式得到 该方式无法完全保证 QoS 。这能与增加接口带宽等方式结合使用，在一定程度上提供相对的 CoS 。 (4) 通过 MPLS 流量工程得到 5. 是否内置防火墙 防火墙是隔离本地和外部网络的一道防御系统。早期低端的路由器大多没有内置防火墙功能，而现在的路由器几乎都支持防火墙功能，有效的提高网络的安全性，只是路由器内置的防火墙在功能上要比专业防火墙产品相对弱些。 6. 安全认证标准 认证是指由可以充分信任的第三方证实某一经鉴定的产品或服务符合特定标准或规范性文件的活动。 NAS 产品的认证通常是指是否通过国际上通用的

28、安全标准。常见的安全认证有以下几个： FCC 认证 FCC （ Federal Communications Commission ，美国联邦通信委员会）通过控制无线电广播、电视、电信、卫星和电缆来协调国内和国际的通信。 CSA 认证 CSA （ Canadian Standards Association ）提供对机械、建材、电器、电脑设备、办公设备、环保、医疗防火安全、运动及娱乐等方面的所有类型的产品提供安全认证。 CE 认证 CE （ CONFORMITE EUROPEENNE ）提供产品是否符合有关欧洲指令规定的主要要求 Essential Requirements 。 TUV 认证

29、TUV 提供对无线电及通讯类产品认证的咨询服务。 UL 认证 UL （ Underwriter Laboratories Inc. ）采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程度；确定、编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料，同时开展实情调研业务。 以上 5 种认证的标识依次见图 2.10 。 图 2.10 五种认证标识 7. 电气规格 (1) 额定电压 额定电压用来标明路由器能够正常工作的交流电源电压取值范围，不同国家的供电部门所提供的民用电网电压有所不同，所以选购者在选定路由器的时候还应注意额定电压取值范围，中国一

30、般在 240 伏特左右，日本一般在 110 伏特左右。 (2) 额定功率 额定功率是路由器持续工作时可以提供的最大功率，单位为瓦（ W ），或者使用千瓦（ KW ）为单位，额定功率是在持续正常工作中可以提供的最大功率，而不是说工作时一定需要这样的功率。实际上路由器在工作时的功率远远小于这个数值， 一般我们可以通过额定功率来确定相应供电设备如 UPS 、供电线路、过压过载保安器等设备的参数。 8. 外观参数 外观参数主要包括路由器的重量、长度、宽度、高度等参数，这些参数有便于选购相应标准的机架。 9. 环境参数 环境参数主要主要包括工作温度、工作湿度、工作高度、存储温度、存储湿度、存储高度等。任

31、何交换机对环境都有一定的要求，这些要求表示厂家通过多次测试得出的，能够使路由器正常工作的取值范围。通常通过空调来调整设备工作环境，以满足设备对环境要求 2.4 路由器使用选型 构建或改造网络，其中的一项非常重要工作就是选择路由器。 路由器产品，按照不同的划分标准可分为多种类型。例如按性能档次分为高、中、低档（端）路由器；从结构上可分为模块化路由器和非模块化路由器，从功能上分为骨干级路由器，企业级路由器和接入级路由器；按所处网络位置划分通常把路由器划分为边界路由器和中间节点路由器，从性能上可分为线速路由器以及非线速路由器。 要选择合适的路由器产品，网络规划技术人员既要了解路由器的的容量、每秒钟能

32、处理多少数据包、能否被集群等性能问题，还要注意路由器是否能够提供增值服务和其他各种服务，如 VPN 、 SLA 、 QoS 、 MPLS 、 Diffserv 和组播通信等。 对于用户来讲，则要根据用户的实际使用情况，首先确定是选择接入级、企业级还是骨干级路由器。这是用户选择的大方向。然后，再根据路由器选择方面的基本原则，来确定产品的基本性能要求。 2.3.1 骨干级高端路由器选型 骨干路由器是 Internet 骨干网建设的核心设备。相对企业级路由器和接入路由器而言，骨干路由器是可运营的电信级路由器设备，要求其高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”网络设备。由于骨干路由器主宰 Internet 骨干网原始带宽，消除网络节点的带宽瓶颈，解决 Internet 骨干网日益面临的流量压力，是骨干路由器的重要任务。骨干路由器不仅是电信运营商网络建设的核