目前,我国的路由器技术发展很迅猛,于是我研究了一下路由器技术中的关键技术,在这里拿出来和大家分享一下,希望对大家有用。互联网是依靠路由器连接起来的,路由器技术是互联网或者说IP网络的核心设备。宽带接入的不断增长,带动了路由器技术的需求不断增加。
谈到路由器技术的开发,我们就不免要谈到“嵌入式”设备的开发,没错,通俗的说,路由器技术就是一种嵌入式产品。那么究竟什么是嵌入式设备呢?其实就目前而言,嵌入式设备已经不断深入我们的日常生活方方面面。通俗的讲,嵌入式设备是指具有计算机功能,但又不称为计算机的设备或器材,它几乎包括了我们周围的所有电器设备:PDA、手机、机顶盒、汽车、微波炉、电梯、安全系统、自动售货机、医疗仪器、立体音响、自动取款机等。
用较为专业的话来表述的话,嵌入式设备就是使用微处理器或微控制器芯片(MCU)加上外围电路再加上内部的程序部分来实现特定功能的嵌入设备。比如8位的单片机、32的ARM以及DSP芯片等都属于嵌入式核心芯片的范畴。8位MCU市场已逐步趋向稳定,32位MPU代表着嵌入式技术的发展方向,正在加速发展。在32位嵌入式微处理器市场上,基于ARM内核的微处理器在市场上处于绝对的领导地位,因此追踪ARM技术的发展趋势显得尤为重要。
路由器的开发通常都是基于32位处理器的,就通常的中低端路由器而言,在开发的配置上有多种选择,比如有ARM9核心芯片+Wince操作系统、ARM7核心芯片+uClinux操作系统、DSP芯片+Vxworks操作系统等等各种各样的选择。本文针对常用的SOHO路由器技术来介绍,选择ARM7核心芯片+uClinux操作系统开发模式,以完整形象的实例为大家清晰讲解路由器技术实现过程。
我们为什么以SOHO路由器技术为介绍对象呢?什么是SOHO路由器?前很多家庭中有不止一台电脑,需要上网获取信息、收发邮件等。这些小型公司和家庭网络用户计算机的数目一般不多,网络结构不复杂。功能和带宽的要求不高。出于提高网络性能、共享有限IP地址或节省上网费用等原因,这些用户迫切需要具有较高性价比的小型路由器。我们把这种小型路由器称为SOHO路由器。目前市场上已经充斥了大量的这类低端路由器.由于ARM7系列芯片价格便宜,非常适合嵌入式系统使用。目前市场上的SOHO路由器技术大多采用ARM7系列处理器。不过由于技术的发展,ARM9系列的专用路由芯片的路由器技术也逐渐普及。
我们可以形象的把嵌入式设备的开发简单的理解成三层模式,最底层的是微控制器芯片加外围器件组成的硬件系统,比如我们介绍的开发小型SOHO路由器技术所使用的ARM7TDMI芯片等硬件环境,它是设备功能实现的硬件基础,要实现上层的应用肯定离不开最底层硬件的支持。中间层是操作系统,比如我们所选择的uClinux操作系统,它是衔接硬件部分和应用程序的过渡层,它既可以完成对底层硬件的基本操作,又能为上层应用程序提供运行环境支持。最上层自然就是应用程序层了,它是实现针对性应用的程序代码部分,比如路由设置等功能程序部分。
路由器技术工作原理
要实 现 网 络中通信节点彼此之间的通信,首先必须给每个节点分配一个唯一的IP地址。路由器技术应该至少有两个网络端口,分别连接LAN或者WAN子网上,每个端口必须具有一个唯一的IP地址,并且要求与所连接IP子网的网络号相同。不同的端口有不同的网络号,对应不同的IP子网,这样各子网中的主机才能通过自己子网的IP地址把要求发出去的IP数据报送到路由器上。
当路由器收到一份IP数据报后,首先要对该报文进行判断,然后根据判断的结果做进一步的处理。如果数据报是有效或正确的,路由器就根据数据报的目的IP地址转发该报文:否则就把报文丢弃。如果这个数据报的目的IP地址与路由器直接相连的一个子网上,路由器技术会通过相应的接口把报文转发到目的子网上去;否则会把它转发到下一跳(Hop)路由器。为了完成上述的操作,每台路由器必须维护一个路由表。把对应不同目的地的最佳路径存放在路由表中,这就是路由策略(Routing Policy)问题。路由表反映网络的拓扑结构,一般一条表项应该包含数据报的目的IP地址(通常是目的主机所在网络的地址)、下一跳路由器技术的地址和相应的网络接口等,在网络拓扑发生变化的时候,路由表也应该做相应的变动。所以路由器技术必须能够生成并更新路由表。
选路机制实际上就是如何查找路由表,通过查询路由表来决定向哪个方向转发数据。一般来说,路由器首先搜索匹配的主机地址:如果没有,再搜索匹配的网络地址:最后搜索默认路由。一旦查到匹配的表项,路由器技术就会把数据从相应的接口发送出去。路由器具备了上述各要素后,就可以完成数据转发任务了。另外,路由器技术不仅负责对IP包的转发,还要负责与别的路由器技术进行联络,共同确定互联网的路由选择和路由表的更新维护。