路由器交换结构的交换方式有哪些

Question

如题所述

Answer 1

路由器交换结构的交换方式有电报交换、分组交换、报文交换。

1、电报交换（面向连接）：

从通信资源的分配角度来看，交换是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。要经过“建立连接（占用通信资源）-->通话（一直占用资源）-->释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换

特点：整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像是一个管道中传送。

优点：实时性好。

缺点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。资源利用率低。

2、分组交换：

分组交换则采用存储转发技术。 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。每一个数据段前面添加上首部构成分组(packet)。分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。

分组首部：每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。每个分组在互联网中独立地选择传输路径。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

接收端收到分组后剥去首部还原成报文。最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。

特点：

（1）高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

（2）灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。

（3）迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。

（4）可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。

缺点：

（1）分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延.

（2）分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

3、报文交换：

利用存储转发原理，整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来之后查找转发表，转发到下一个结点。

若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。

报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

扩展资料：

路由器体系构成：

路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关、路由处理器和其他端口。输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。

第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。

第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。

第三，为了提高QoS（服务质量），端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别。

第四，端口可能需要运行诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。

一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源（如交换开关）的仲裁协议。

交换开关可以使用多种不同的技术来实现。迄今为止使用最多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。最简单的开关使用一条总线来连接所有输入和输出端口，总线开关的缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。

交叉开关通过开关提供多条数据通路，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因此，调度器限制了交换开关的速度。

在共享存贮器路由器中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但是，开关的速度受限于存贮器的存取速度。尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。

输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。

路由处理器计算转发表实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那些目的地址不在线卡转发表中的包。

其他端口一般指控制端口，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）。

参考资料来源：百度百科-电报交换

参考资料来源：百度百科-分组交换

参考资料来源：百度百科-报文交换

参考资料来源：百度百科-路由器

Answer 2

高性能路由器交换结构的设计需要考虑的因素包括：吞吐量，报文丢失率，报文延时，缓冲空间和实现的复杂性等。1.交换结构的实现 从实现手段来看，交换芯片一般有两种实现方式：Crossbar方式和共享内存方式。Crossbar方式相当于一个开关阵列，入口数据通过自寻路方式到达出口，当然还需要周边的控制部件对寻路方式进行设置。而共享内存芯片则像一个功能单一的CPU，有控制部件和寄存器部件，控制部件可以灵活地实现各种控制算法来操作寄存器。相对来说，共享内存方式实现起来更为复杂。 交换芯片对于外部接口的处理方式也有两种：不包括接口功能，或者将接口功能集成在交换芯片内。2.构造大型路由器交换结构 共享存储和共享介质的方法受访存时间的影响，吞吐量受限。空分结构对吞吐量没有特殊的制约，影响规模扩展的是一些物理因素，例如引脚的数目，电路的密度等。但是随之出现的互连复杂性，功耗以及可靠性，可维护性等问题复杂。为了提高Crossbar结构的吞吐量，需要解决HOL阻塞问题，从而进一步增加了实现的复杂性。 一般认为，实现T比特及其以上的交换性能只靠扩大规模和增大尺寸是很难做到的。比较有效的方法是将一组交换模块互连，通过小型的交换模块互连实现更高性能的交换结构。3.容错和可靠性 通过对关键部件的冗余备份来实现，在路由器中，报文路由和缓冲结构是关键部件。除了冗余，还要考虑故障的检测，隔离和恢复。4.多播的支持 新闻，商业数据，音频，视频信息的分发和多方会议等新型应用或服务具有多播特性，要求路由器支持多播。在基于共享介质和分布式输出缓冲交换结构中，多播支持非常自然，可以通过广播发送和输出接口过滤的方法实现。但是需要附加的控制逻辑，有两种方法，一是对报文进行复制，这样需要更多存储空间；而是从同一个存储位置多次读取一个报文，这要求控制逻辑将报文在存储体内保存较长时间，直到送到所有多播接口。 在Crossbar交换结构中实现多播并不复杂。但是会带来问题。在基于输入缓冲的Crossbar交换结构中，将到达的报文从一个接口广播到多个接口非常简单，但是会加剧输入缓冲区的HOL阻塞问题。缓解此问题要增加缓冲控制的复杂性。但是，如果采用报文复制方法，会降低交换结构的有效吞吐量。还有其他一些方法，提高多播转发性能，这是业界研究的一个热点问题。5.缓冲区管理和QoS IP电话，视频会议以及其他一些关键应用要求路由器交换结构提供优先级支持。这些应用对绝对时延和延迟变化（即抖动）非常敏感。这可以通过划分优先级来实现。例如，在输出缓冲交换结构中，每个输出端口一般有多个缓冲区，每个缓冲区与一个QoS级别的数据相对应。这些缓冲区可以是物理上彼此分离的缓冲区，也可能是一个物理缓冲区逻辑划分的结果。 缓冲区管理包括输入端口的报文丢弃策略和输出端口的报文调度策略。IP路由器中的缓冲区管理涉及时间（报文调度）和空间（报文丢弃）两个方面。不同QoS级别的报文在时空二维的差异分别表现为转发时延和丢弃优先级。6.定长和变长报文 报文通过背板进行交换时可以作为长度可变报文，或者分割为定长的信元，到输出端口再重新组装。由于变长会影响交换性能，所以高性能路由器一般都采用信元模式进行交换。原因：如果将时间均分成一个个时槽，在每个时槽结束的时候，所有的输出和输入会同时空闲，调度器将检查那些等待通过交换开关的报文。然后，选择一种配置，决定在下一个时槽哪些输入和哪些输出互连。这种做法很容易在连接间实现公平性，不会饿死输入或输出，维持Crossbar交换开关的高效利用。7.报文延时控制 输入阻塞和输出阻塞都会造成报文延时不可预测。有两种方法可以克服这个问题：优先级方法和提高加速比的方法。8.大容量交换芯片的实现 对于CPU，Intel已经有了2GHz以上的微处理器。在交换芯片产品方面，Vitesse也推出了160G容量的芯片。杰尔系统面向城域和核心网络推出了OC-768C的交换芯片。2003年9月，Vitesse推出业界首个时隙交换的340G交换芯片VSC9195。9.波长交换和IP路由的综合本回答被网友采纳