軟路由器是什么（一）
軟路由器是指通過軟件實現路由功能的路由器。由于用戶對網絡延遲和帶寬的需求日漸走高，軟路由器逐漸流行。軟路由器功能豐富，本文介紹了部分軟路由器普遍支持的功能，其中傳統路由/網關功能包括防火墻、上網行為管理、PPPoE撥號上網和DDNS+端口映射，附加功能包括NAS、帶寬疊加和Docker。
1 概述
軟路由器是指通過軟件實現路由功能的路由器，又稱為“軟路由”。它與傳統路由器的本質差異在于傳統路由器依靠芯片實現底層轉發功能，而軟路由器的底層轉發功能是基于軟件實現的。
隨著互聯網的快速發展和新興業務的普及，在互聯網上瀏覽社交媒體、聽音樂、玩游戲和觀看視頻等活動已逐漸融入大眾生活，加之大數據和人工智能等新技術與各個行業的結合日趨緊密，用戶對網絡延遲和帶寬的需求水漲船高。
路由器是連接多個網絡、實現三層報文轉發的重要網絡設備。傳統路由器通過專用的轉發芯片實現轉發功能，受制于成本，其本身的CPU和內存配置通常較為有限，在應對高帶寬、大流量和多應用的場景時難以支撐通信需求。此外，傳統路由器通常由生產廠商維護軟件，其功能迭代通常針對大多數用戶的需求，很難滿足小部分特殊用戶的定制化需求。基于如上原因，軟路由器在互聯網上逐漸流行起來。
2 軟路由器的功能
除了部分商用的軟路由器軟件，大部分軟路由器的軟件都是開源的，其生態較為開放，功能相比傳統路由器更加豐富。除了傳統路由/網關功能之外，社區開發者和愛好者還為軟路由器開發了諸多附加功能。
由于軟路由器的具體功能是由軟件決定的，不同軟路由器軟件間存在功能和特性差異，本章節僅涉及軟路由器普遍支持的功能，并將其分為傳統路由/網關功能和附加功能兩個部分進行介紹。
2.1 傳統路由/網關功能
本節將介紹如下傳統路由/網關功能：
●防火墻
●上網行為管理
●PPPoE撥號上網
●DDNS+端口映射
2.1.1 防火墻
防火墻是計算機網絡內外網間的安全屏障。防火墻可以通過攔截外網攻擊、過濾不安全的服務和隔離措施保障內網信息安全。
圖2-1 防火墻功能示意圖
一般來說，軟路由器的防火墻功能包含如下三類：
●軟件內置規則：防火墻軟件通常會內置一些基礎的攻擊判斷規則。接收報文后，軟件會通過內置規則判斷內網是否正遭受某種攻擊（例如SYN Flood攻擊），并丟棄符合攻擊特征的報文。
●手動配置過濾規則：此類規則需要用戶手動配置，一般需要指定報文的源和目的IP以及端口號。在收到報文后，軟路由器會通過軟件提取報文字段并匹配過濾規則，依據匹配結果轉發或丟棄報文。
●流量審計：軟路由器會記錄流量信息，便于用戶在巡檢或內網遭受攻擊時獲取詳細的報表。
2.1.2 上網行為管理
上網行為管理一般部署于網關，常用于控制內網用戶的上網行為，可以防止用戶非法訪問外網或內網用戶瀏覽非法網站等。開啟上網行為管理能夠保護組織信息資產安全、保證內網用戶正常的上網行為和避免法律風險，還可以實時管理網絡資源使用情況，提高網絡資源使用效率。
圖2-2 上網行為管理功能示意圖
對于軟路由器，常見的上網行為管理功能包括：
●訪問限制：手動配置黑名單或者白名單。軟件通過解析內網報文的源MAC地址，并匹配黑名單或者白名單中的MAC地址，以確認用戶是否可以訪問互聯網。
●URL過濾：手動配置黑名單或者白名單。軟件會解析內網報文，匹配白名單或是黑名單中的URL信息，以確認用戶是否可以訪問指定的URL。
●上網時間控制：手動配置用戶上網時間，在指定時間外若軟路由器收到用戶的報文將會直接丟棄。
●應用過濾：限制內網的應用軟件訪問網絡。若軟件判斷報文特征和指定應用匹配，則直接丟棄此報文，阻斷應用和服務器之間的通信。
●帶寬管理：內網通常通過運營商或教育網入口訪問互聯網，其接入帶寬是有限的。帶寬管理可以限制內網用戶訪問外網的速率，也可以調整用戶報文優先級，從而保證關鍵用戶和應用的帶寬需求。
●流量審計：軟路由器會記錄訪問外部網絡的流量信息，便于用戶在巡檢時獲取詳細的報表。
2.1.3 PPPoE撥號上網
PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet，基于以太網的點對點協議）是一種在以太網上進行點對點連接的協議。PPPoE集成了PPP協議，支持身份驗證、加密以及壓縮等功能，是當前各大運營商普遍采用的接入協議。
軟路由器支持PPPoE客戶端功能。只需要將光貓設置為橋接模式，再使用軟路由器撥號，用戶即可通過軟路由器訪問互聯網。
圖2-3 軟路由器撥號上網拓撲示意圖
2.1.4 DDNS+端口映射
使用軟路由器充當網關時，通過DDNS（Dynamic Domain Name Server，動態域名服務）配合端口映射功能可以實現外網設備訪問內網服務器。
DNS（Domain Name System，域名系統）是保存互聯網域名和IP地址相互映射的分布式數據庫。DNS能提供靜態IP和主機名稱的映射服務。在訪問互聯網時，用戶只需記住主機名稱，即可在DNS的幫助下獲取主機的IP地址。但是，用戶僅依靠DNS是無法訪問內網服務器的，原因有二：
(1) DNS僅能提供靜態IP和主機名稱的映射服務，而普通用戶使用運營商提供網絡接入服務時，通常獲取到的是動態IP。
(2) 目標設備的IP地址不是運營商分配的動態IP。一般來說，用戶訪問的設備并不直接接入外網，而是連接在局域網的網關或路由器上；網關或路由器通過撥號認證接入運營商網絡，獲得運營商分配的動態IP。而目標設備此時使用的IP地址是內網IP，用戶仍無法從外網直接訪問。
DDNS配合端口映射能夠有效解決上述問題：
(1) DDNS可以將動態IP地址映射到一個固定的域名解析服務上。內網服務器連接網絡時，軟路由器作為DDNS客戶端將發送更新域名和IP地址對應關系的請求至DDNS服務器程序，由服務器程序通知DNS服務器重新建立域名和IP地址之間的對應關系。之后用戶即可通過DNS解析域名，獲取域名對應的動態IP并訪問。
圖2-4 DDNS示意圖
(2) 端口映射是NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）的一種，可以將外網IP地址的指定端口映射到內網中的一臺機器。當用戶訪問外網IP地址的指定端口時，即可訪問此端口映射的內網主機。
圖2-5 端口映射功能示意圖
2.2 附加功能
本節將介紹如下附加功能：
●NAS
●帶寬疊加
●Docker
2.2.1 NAS
NAS（Network Attached Storage，網絡附屬存儲）是一種連接在網絡上且能存儲資料的裝置。NAS專注于管理數據，將存儲介質和服務器分離開來，能夠釋放帶寬、提高性能和降低成本。
軟路由器在安裝了大容量硬盤和專用的數據管理軟件后，可以在充當傳統路由/網關角色的同時提供NAS服務。用戶不必再單獨購買NAS設備，節約了資金，也減少了內網設備占用的接口總數。
2.2.2 帶寬疊加
在持有不同運營商網絡的有效賬號時，軟路由器可以通過多個WAN（Wide Area Network，廣域網）口接入不同運營商的方式實現帶寬疊加。
圖2-6 帶寬疊加功能示意圖
帶寬疊加的優點在于：
●增加帶寬：局域網內的主機可以通過多個運營商接入網絡，可使用的網絡帶寬增加了。對于單主機而言，其可用帶寬視其使用的應用而定，通常多鏈接應用能夠充分利用疊加的帶寬。
●鏈路備份：當其中一條鏈路出現故障時，主機可以使用其他鏈路上網，避免長時間斷網。
2.2.3 Docker
Docker是一個開源的應用容器引擎。Docker豐富了軟路由器的第三方功能，許多運行在Docker環境中的應用也可以運行在軟路由器的Docker當中。開發者在移植應用時無需在適配上投入過多精力，只需要打包目標應用和依賴包到一個Docker鏡像中，然后發布到軟路由器上即可。
3 總結
軟路由器通過軟件實現路由功能，性能強勁且成本低廉。由于其軟件的開放性，軟路由器的功能豐富，除了傳統的路由/網關功能外，還支持NAS等附加功能。那么，相比于傳統路由器，軟路由器的優勢和劣勢是什么呢？軟路由器是否可以取代傳統路由器？且看下回分解。
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