[发明专利]提升第二层以太网交换器功能的路由交换器装置及方法

说明书

本发明系一种提升第二层(MAC层)以太网交换器功能至第三层以上路由交换器的装置及方法，尤指一种利用一主中央处理单元对路由表进行维护管理，再将该路由表复制至其上的各输出入端口，或直接由各输出入端口所配置的另一中央处理单元(如：RISC)对路由表进行维护管理，令该等输出入端口内的中央处理单元依该路由表执行网络地址的辨认工作，并透过将该等输出入端口与传统第二层交换器的输出入端口相连接，使藉由该传统第二层交换器完成分组数据搬运的工作，以将该传统第二层交换器的功能提升至第三层以上的“路由交换器”。

按，现今电脑网络的传输速度愈来愈快，以高速以太网为例，其分组传输量最快可达每秒传送148,800的分组数(Gigabit的以太网每秒传送的分组数更将十倍于此)，而网络内大量信息的迅速传输，无可避免地在网络信息传输上发生所谓的“交通拥塞”问题。

此一“交通拥塞”问题，虽因第二层以太网交换器(Switch)的价格大幅滑落，且日益普及，而令使用者得以成功地予以解决，惟，由于网络与网络间(网际间)信息传输等第三层以上的功能仍必须仰赖路由器(Router)完成，以对分组数据进行交换处理。

互联网(Internet)系指透过路由器将许多网络连接而成的一大网络，其中各网络被路由器所区隔，各路由器均须知悉该互联网上的每一网络，而路由协议程序则系用以交换该项数据的方法。在网络上使用路由器时，必须先知道网络号码，而网络号码与实体地址并不相同，网络号码可在逻辑上指定一网络，而一网络可组织一群网络上的工作站，网络号码与实体地址的组合又可在互联网上定义一台唯一的主机。若网络上的主机已设有网络层的软件，则可令其完全了解互联网的环境，当一网络层软件的网络操作系统收到一由上层应用软件送来的数据时，路由器将依正常的处理程序先比较分组的目的地址是否与自己地址相符，若网络号码与自己的网络号码不同时，网络层协议即得知分组系来自远端网络地址，此时，分组将试图找到一路由器，使以最短的路径送至目的地，而路由器在互联网上则系唯一能将分组传送至远端主机的装置。

又，在终端主机中，管理网络层的软件一般均设有一路由表，以记载网络号码与其相关的路由器，包含路由器的实体地址、路由器所在地的网络号码及最终目的主机地址的距离，若该路由表中并不包含目的地址的号码，或终端主机并没有该路由表，则送出端将会要求路由器提供远端主机的信息，送出端主机将利用送回的信息，令其送出的分组经由一路由器或一个以上的路由器到达最后的目的地。当分组以格式化填入适当信息后，即可将分组与目的地主机的第二层(MAC层)地址送至网络上，该第二层(MAC层)地址并非最后接收的主机地址，而系某一台路由器的地址，最后的网络号码与接收主机的地址，均将存放于分组的网络层表头中，而路由器即据此将分组传送至目的地。

路由器在收到分组后，将读出分组内某些字段(field)的信息，如：目的地址的网络号码，若目的地址的网络号码系在路由器已连接的网络上，仅需单纯地将分组送达目的地址即可，若不在已知的网络上，则依其路由表中所记录的其他路由器地址，询问其他路由器，下一个路由器在收到分组后，亦会以相同的程序处理分组，直到送达目的地为止。当分组最后到达目的地的网络号码所连接的路由器上时，路由器会依分组的实体地址将其传送至目的地，并记住分组的来源地址，以便有任何可能要送回原地址的分组时，可将其直接传送予该路由器，并以原路径送回原始地址。

由以上所述可知，路由器在将分组传送到不同网络上时，需为分组进行路由处理，路由器只接受直接指定给它的分组，并决定传递分组的最佳路径，因此，路由器中必须保有一份以网络号码表示的完整网络表，一般称之“路由表”，以得知所有可供使用的路由器及互联网上所有运作中的网络。该路由表主要包含一连串的网络号码及相关路径，使路由器得以决定传送分组的路径，将分组传输到最终的目的网络。

简而言之，传统路由器(Router)的工作大体可分为下列四大部分：1.依RIP，OSPF...等路由协议结果维护路由表；2.当分组进入路由器，路由器将立即分辨标头字段的目的网络地址，并依绕路表决定该分组将移往路由器上的那一个输出入端口(目的地)；3.路由器将更改该分组的目的地址、来源地址及分组标头；4.路由器再将该等更改过的分组搬运至该输出入端口，并将该等分组送出；在传统路由器中，由于受限于其硬件架构的设计方式，上述四大工作项目均系由单一的中央处理单元予以完成，致该中央处理单元负荷沉重，减缓了该种传统路由器的运算速度，而无法迅速完成分组数据的交换处理工作，故仍然造成网际间信息传输的瓶颈。