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如何自己制作一个路由器？

硬件方面需要哪些？路由器上的一些协议也自己实现，有哪些资料参考？

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Andrew Song

华为技术有限公司硬件工程师

我建议题主先写下要求，比如转发容量是多少？出多少端口，时候需要支持灵活插卡。你描述的越详细，回答会越贴近你的要求。

下班后详细回家你这个问题。

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下班更新：

我还没有回答，就开始点赞/感谢的人，我表示你们太抬举我了，我定不负你们的支持。

我对路由器的研究也有一段时间了，随未称为路由器专家，但也小有心得，给题主提供个参考。

一下实现按难以程度逐步递增：

1.刷路由器类

硬件：购买家用路由器，支持openwrt 等各个wrt

软件：刷openwrt等软件。

实现：自己写一些APP或者如果有能力看懂或实现简单的协议。

优点：目前主流的路由器玩法，硬件容易购买，软件开源，目前比较火爆，各种教程充斥网络，上手容易。

详细可参考：

如何从零开始学习OpenWrt？ - 无线路由器

开发openwrt，除了需要懂linux外，还需要哪些技能？ - Linux

不再赘述

2.低端集成网口的单片机类：

硬件：带网口的单片机，如TI 的LM3S8962(当年我玩的东西)

软件：一般这类单片机不带MMU,无法使用linux,可以使用无操作系统的lwIP,或者ucOS加lwIP等

实现：要看芯片的手册了，进来的数据包会触发什么样的中断？中断处理函数怎么写，你可以任意实现从2~7层的所有协议，比如我当年就写了个简单的ARP应答。

优点：更容易看清下数据连路层，网络层的工作方式，也可以不带OS,协议栈，完全自己写，会遇到很多问题，这时候才能看协议的精妙。

3.高端处理器开发板类

硬件：Freescale QorIQ系列 P1020WLAN

QorIQ P1 WLAN Appliance Solutions|Freescale=

软件：openwrt 或者自带的 linux都行，

实现：手册都是全的，你完全可以自由发挥。和上面一样，但是这个就可以作为一个企业级路由器的项目了。数据包处理能力也是贴近于真正的路由器的。

优点：基本能实现你所有你想要学习，实践的所有功能，只要你知识储备充足。

4.高端FPGA开发方案

硬件：多网口的FPGA

软件：linux，verilog(也算硬件吧)

实现：主要可以实现硬件上的二层三层转发。比如进来个数据包，你可以先存在你的内存里面，然后根据你FPGA里面的转发表，转发到这个数据包应该进的地方。

优点，你可以学习到数据的二三层转发。协议什么的，不是这个的关键。

下面要开大招了，下方高能量小心：

5.CPU + FPGA方案

硬件：自己画板，加工，找地方加工单板。

FPGA链接多个端口，可以使用FPGA自带的PHY,或者外接PHY，但鉴于非正式产品化，且PHY的几个供应厂家的样片，数据手册都非常难拿到，所以建议使用xilinx自带PHY功能的FPGA

软件：linux 或者 wrt

实现：现在FPGA中实现数据包进来以后，根据查找表，查找出接口，查找表由CPU通过控制通道下发到FPGA中，这个通道建议做成pcie,localbus,mdio等。

FPGA其中的一个通道连接到CPU上，作为数据包上送CPU处理的通道。

也就是说，路由表是由CPU通过控制通道发送到FPGA中，在由FPGA负责来转发到端口，还是转发给CPU

优点，已经开始实现现代路由器的架构了。

6.控制平面，转发平面分离，支持主备互相备份。

将刚才FPGA的那部分拆分出来，独立做一块单板

CPU单独做一块单板。然后每个路由器使用2块单板。

刚才说下路由器表的控制通道拆分成2部分。

CPU1-------主备通道-------CPU2

| |

|------------ FPGA------------|

既路由表可以通过CPU1下发给FPGA,也可以通过FPGA2下发。

同事FPGA上送给CPU的报文，这时候要通过FPGA自身备份下同事发给CPU1,CPU2.

路由协议报文要求CPU1,CPU2获得相同的报文，计算结果也是相同的，同事CPU1,CPU2引入主备用竞争，主备监控，平时主用CPU负责下发路由表，备用CPU只是监控，当主用CPU死掉，由备用CPU负责下发路由表，这样保证当主用的CPU失效的时候，备用CPU立即替代它的职责，保证FPGA转发不会断流量。

7.转发平面1:1备份

从上面6我们发现一些不足，就是如果FPGA挂掉了，是不是流量就会断，我们路由器要保持稳定啊！那怎么做？聪明的你一定想到，FPGA也要备份啊。

具体：

CPU1---主备通道---CPU2

| \ / |

| X |

| / \ |

FPGA1 FPGA2

| |

|------转发卡[1:N]------|

转发卡可以通过FPGA1转发，也可以通过FPGA2转发，FPGA1和FPGA2也引入主备机制。

CPU下发的路由表要同时下发给FPGA1 FPGA2，正常情况主用FPGA负责转发，但是备用FPGA中也有同样的转发表，但是没有数据进来，当主用FPGA挂掉的时候，转发卡将数据倒到备用FPGA中，由于备用FPGA也有同样的转发表，所以可以直接转发，也不会断流量。

8.当然了，备份也少不了电源，风扇等，暂不在讨论之列

关于上面的几点说明：

1)后面提到的CPU不是只代表CPU而是代表控制平面，即路由器中的主控板MPU，里面可能有CPU,FPGA，CPLD等，但是他不负责转发数据包。

2)同理后说的FPGA已不代表只是FPGA,而代表转发平面，即路由器中的转发板LPU，或NPU板。这个单板不负责计算路由器协议，不直接接受用户命令，只接受主控板的转发表项。

3)大家会问道为什么你不用CPU+LSW(lanSwitch)因为LSW的资料一般博通，马威尔外面都找不到资料，不具备可行性。相比而言使用FPGA简单灵活，便于后续功能扩展。

需要学习的资料：

硬件相关的就不说了，因为如果你使用前几种，估计是你是不感知硬件的。

软件方面：

TCP/IP详解第一卷讲的是各种原理，必须要看的。基础知识要牢固

TCP/IP详解第二卷具体讲代码，将数据结构的设计，建议你根据第一卷自己先尝试实现，遇到问题再回来看，你会发现他们的代码是经过深思熟虑的。

如果要实现各种协议，各大厂商的教程（目前正式出版的好像只有思科）会帮助你快速理解，当然如果想深研究，得看各种IEEE 802协议了，RFC,G.xxxx这些东西。

最后的建议，如果想搞路由器玩玩就搞使用方案1.买路由器刷 wrt，简单实惠。

如果要是想彻底研究TCP/IP，建议使用方案2.3,你可以从下到上，比如先写ARP,对方发出ARP请求，你回复个ARP Reply，在电脑上arp -a看看学没学到，然后在尝试写相应IP报文，响应ping命令等，再回头看看TCP/IP详解第二卷你会很有体会。

太晚了，有空继续更的详细点。明天还要上班。。。。。作于2015.05.06凌晨

编辑于 2015-05-06

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