1.5.3 路由器的软件功能

在这种硬件构架下对IP报文的转发，过程如下。

① 路由器的一个接口卡接收到一个IP报文（封装在特定的链路层帧之内），接口卡缓存该报文，并向CPU发起一个中断申请。

② CPU响应中断请求，在中断处理程序中，把接口卡接收到的报文（报文缓存在接口卡的本地缓冲区内），复制到内存中。

③ 这时候，有两种处理方式：一种是直接在中断服务程序中提取IP报文头信息（比如目的IP地址），然后查找路由表，从另外一个接口转发报文（或丢弃），然后再从中断处理程序中返回；另一种方式是，系统中有一个IP转发任务在运行，中断处理程序仅仅是把接收的IP报文挂到转发任务的发送队列中，然后直接从中断处理程序中返回。这两种方式各有优缺点，我们的实例采用后者实现。

④ IP转发任务检查发送队列，发现有一个报文等待转发，于是根据IP报文的目的地址，查找路由表，查找到一个出接口后，调用出接口卡的驱动程序提供的发送功能函数，完成IP报文的发送。

⑤ 上述操作全部完成之后，IP报文转发过程结束。

除了IP转发任务（实际上是一个线程）之外，还需要对路由器进行维护。对路由器的维护，有两种典型的方式。

（1）通过Telnet，从远程的一台计算机上登录到路由器，然后通过命令行界面，对路由器进行维护。

（2）直接在路由器本地，通过一条符合RS-232标准的串口线缆连接路由器的COM接口，对路由器进行维护。

当然，若路由器被应用在电信、大型企业等环境中，则还需要支持SNMP（简单网路管理协议）等管理协议，来通过网管中心进行维护。在我们的实例中，仅仅考虑通过Telnet和串口进行维护的情况。

根据上面的描述，路由器的软件功能至少应该包含下列部分。

（1）IP转发功能，完成IP报文的转发。

（2）Telnet服务器功能，用于接收远程发起的连接请求，完成远程维护工作。

（3）COM接口响应服务器功能，用于完成通过COM接口进行维护的用户对话。

（4）路由协议功能，用于完成路由表的维护。一般情况下，根据作用的范围不同，路由协议又可进一步分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。其中OSPF是一个比较典型的内部网关协议，BGP（Version 4）是最典型的外部网关协议。在我们的实例中，这两种协议都做了考虑。

（5）TCP/UDP协议栈，这个协议栈用于路由器本身。

对于上述每个功能，我们创建一个任务（线程）与之对应，这样整个路由器的软件部分，就由图1-12中所示的6个任务组成。

图1-12 一个简单的路由器软件构架

其中，路由表是一个核心的数据结构，被多个任务所应用。比如IP转发任务需要通过路由表来决定转发方向，而路由协议任务（OSPF/BGP）则需要根据网络变化情况，实时更新路由表，等等。这样路由表就是一个共享的数据结构，在实现的时候，为了确保数据的一致性，需要采用任务同步机制进行保护。