路由器的硬件构造

子夜的金

路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器由硬件和软件组成。硬件主要由中央处理器、内存、接口、控制端口等物理硬件和电路组成；软件主要由路由器的IOS操作系统组成。
   
8 M! M& _6 Y7 o    我们以当前普遍应用的Cisco路由器为例给大家介绍一下路由器的硬件组成及其工作情况。让大家在使用它们的同时，对它们的组成也有所了解。
, ]: ]& `* g& a* T1 a+ P' p   
  Q" R1 n/ I& V% F0 g  c    中央处理器（CPU）
   
    与计算机一样，路由器也包含了一个中央处理器（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/R4600两种处理器。路由器的CPU负责路由器的配置管理和数据包的转发工作，如维护路由器所需的各种表格以及路由运算等。路由器对数据包的处理速度很大程度上取决于CPU的类型和性能。
   
6 A( `- u  \/ }% u" ?    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。
) C2 L# H* d( Q2 L$ A8 ?' |# U9 }   
    1.只读内存（ROM）
9 ~4 R2 R4 ~/ P7 E# y" d$ k9 p   
    只读内存（ROM，Read .ly Memory）在Cisco路由器中的功能与计算机中的ROM相似，只能读取而不能写入，通常用来存储生产厂家固化写入的程序数据，在特定专业条件下才可以写入如要进行升级，则要替ROM芯片。ROM中主要包含：
   
) p  V  a8 M9 [/ e: z    1）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；
   
    2）系统引导区代码（BootStrap），用于启动路由器并载入IOS操作系统；
   
9 v' ^2 u9 L( a4 Y    3）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比现运行IOS的版本低一些，但却足以使路由器启动和工作。
) e6 T1 P' V6 R- e2 G   
    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 _' O9 G. U. i$ q1 Y, c   
, Q5 J7 ^( t; U( z! I  X% O    3.非易失性RAM （NVRAM）
   
- R& z- _" b" ~( v  h& p3 i- S% K    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32KB~128KB大小的NVRAM。同时，NVRAM的速度较快，成本也比较高。
5 H( G  P: ]$ M# l- D+ j   
; G; J% R- r% T& y# y/ u+ z" i( s    4.随机存储器 （RAM）
' H' g2 t4 C, J4 ?   
# y" n8 ?* j/ z% O; S2 f6 G% H5 }, j    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。
   
$ R- d2 N& s* F/ {6 P" l4 @: |    运行期间，RAM中包含路由表项目、ARP缓冲项目、日志项目和队列中排队等待发送的分组。除此之外，还包括运行配置文件（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。
& E  l/ w3 Q1 z6 m7 y2 z   
    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）。
$ D+ t0 l: j4 V$ N( P   
0 k8 c! n5 Y5 B7 V1 R    PS：RAM有两大类，一种称为静态RAM，Static RAM/SRAM。SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵。所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。另一种称为动态RAM，Dynamic RAM/DRAM，动态RAM的速度比SRAM慢，不过比任何ROM都要快。计算机内存就是DRAM的。DRAM 只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM 必须隔一段时间刷新（refresh）一次。如果存储单元没有被刷新，数据就会丢失。
   
    路由器加电启动过程：
$ ?& N% I- H. R8 |$ U2 `   
7 j( q% W  x; g7 y    1）系统硬件加电自检。运行ROM中的硬件检测程序，检测各组件能否正常工作。完成硬件检测后，开始软件初始化工作。
3 I" H5 i0 P6 [- o! V   
    2）软件初始化过程。运行ROM中的BootStrap程序，进行初步引导工作。
+ x4 ~) t: _5 O( s- U/ F   
    3）寻找并载入IOS系统文件。IOS系统文件可以存放在多处，至于到底采用哪一个IOS，是通过命令设置指定的。
, S) b9 n, o; Z# p; B2 J/ S   
/ A! q- t0 ?1 i) {+ s8 B    4）IOS装载完毕，系统在NVRAM中搜索保存的Startup-Config文件，进行系统的配置。如果NVRAM中存在Startup-Config文件，则将该文件调入RAM中并逐条执行。否则，系统进入Setup模式，进行路由器初始配置。
9 R4 p" c8 E6 j# D, V   
7 j& W' ?9 x% a    路由器接口
# H' L: E( R8 ^7 ~   
! K+ Z; g1 p, \    所有路由器都有接口（Interface），每个接口都有自己的名字和编号。一个接口的全名称由它的类型标志与数字编号构成，编号自0开始。对于接口固定的路由器（如Cisco 2500系列）或采用模块化接口的路由器（如Cisco  4700系列），在接口的全名称中，只采用一个数字，并根据它们在路由器的物理顺序进行编号，例如Ethernet0表示第1个以太网接口，Serial1表示第2个串口。
   
8 z6 a, R6 ?) d/ P    对于支持“在线插拔和删除”或具有动态更改物理接口配置的路由器，其接口全名称中至少包含两个数字，中间用斜杠“/”分割。其中，第1个数字代表插槽编号，第2个数字代表接口卡内的端口编号。如Cisco 3600路由器中，serial3/0代表位于3号插槽上的第1个串口。
8 q( q, p$ m1 j0 C. q   
. M/ a/ H& e6 g  n3 Q" a    对于支持“万用接口处理器（VIP）”的路由器，其接口编号形式为“插槽/端口适配器/端口号”，如Cisco 7500系列路由器中，Ethernet4/0/1是指4号插槽上第1个端口适配器的第2个以太网接口。
   
8 H' |$ c4 X9 p4 w! N    控制台端口
   
; f% l/ ~) I% H. y    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）。路由器的型号不同，与控制台进行连接的具体接口方式也不同，有些采用DB25连接器。