6.1.1 路由器的层次结构及用途
1.路由器的层次结构
IP网络中，路由器(Router)用于连接各种数据通信网，它是在网络层进行网络互连，可实现网络层及以下各层的协议转换。
为了说明路由器是如何进行协议转换的，这里首先以OSI参考模型为例介绍路由器的层次结构，如图6-1所示。
设主机A挂在以太网上，其网络层协议采用IP，链路层和物理层协议采用DIX Ethernet V2标准〔DIX Ethernet V2标准是以太网常用的标准，包括链路层(具体是MAC子层)和物理层协议。DIX Ethernet V2标准的MAC帧包括MAC首部、尾部和数据部分，详见7.1.3小节。图6-1中为了简单，称其为V2标准〕。
设主机B挂在X.25网(传统的分组交换网)上，其网络层协议采用X.25分组级协议，链路层协议采用HDLC，物理层协议采用X.21建议。
以太网和X.25网之间采用路由器相连。
整个通信过程如下:主机A的上层送下来的数据单元在网络层组装成IP数据报，在链路层将IP数据报加上DIX Ethernet V2标准的MAC首部和尾部组成MAC帧，然后送往物理层以DIX Ethernet V2标准比特流的形式出现。数据信号经以太网传输后到达路由器，图中路由器的左侧(其实对应下述的路由器的输入端口)物理层收到比特流，在链路层的MAC子层识别出MAC帧，利用MAC帧的首部和尾部完成相应的控制功能后，去掉MAC帧的首部和尾部还原为IP数据报送给网络层。在网络层去掉IP数据报报头后将数据部分送到路由器的右侧(对应下述的路由器的输出端口)的网络层，加上X.25分组头构成X.25分组，X.25分组下到链路层加上HDLC的首部和尾部组成HDLC帧，HDLC帧送到物理层以X.21比特流的形式出现。数据信号再经X.25网传输后到达主机B。
图6-1 路由器的层次结构(OSI参考模型)
由上述分析可见，路由器实现了网络层、链路层和物理层的协议转换。
下面再以TCP/IP参考模型为例分析路由器的层次结构，如图6-2所示。
图6-2 路由器的层次结构(TCP/IP参考模型)
设主机A挂在以太网上，主机B挂在广域网(WAN)上，以太网和WAN之间采用路由器相连。
主机A和主机B的传输层协议均采用TCP，网络层协议采用IP。主机A的网络接口层协议采用DIX Ethernet V2标准，主机B的网络接口层协议采用PPP。
整个通信过程如下:主机A的应用层送下来的报文在传输层组装成TCP报文段，TCP报文段在网络层组装成IP数据报1，在网络接口层将IP数据报1封装成V2标准的MAC帧，然后送往以太网。数据信号经以太网传输后到达路由器，图中路由器的左侧的网络接口层收到MAC帧，在网络接口层去掉MAC帧的控制信息(首部和尾部)还原为IP数据报1送给网络层。在网络层去掉IP数据报1的报头后将数据部分送到路由器的右侧的网络层，加上IP数据报2的报头构成IP数据报2(经过路由器，IP数据报报头的一些字段会发生变化)，IP数据报2下到网络接口层加上PPP帧的首部和尾部封装成PPP帧。PPP帧经WAN传输后到达主机B。
2.路由器的用途
路由器主要用于以下几个方面。
(1)局域网之间的互连
利用路由器可以互连各种类型的局域网。
(2)局域网与广域网(WAN)之间的互连
局域网与WAN互连时，使用较多的互连设备是路由器。路由器能完成局域网与WAN低三层协议的转换。路由器的档次很多，其端口数从几个到几十个不等，所支持的通信协议也可多可少。
(3)WAN与WAN的互连
利用路由器互连WAN，要求两个WAN只是网络层及以下各层协议不同。