雖然路由器本質上還是一臺特殊的專門執行協議處理的計算機，但從功能上看，路由器與計算機還是有較大的區別。這種區別雖然大多在低檔路由器或在路由器的初期發展階段表現得并不突出，但到了網絡系統的規模、速度、種類、應用都已發生巨大變化的今天，這些網絡系統本身的變化當然要導致作為網絡核心的路由器的體系結構發生巨大變化。
目前，路由器主要有三種發展趨勢：一是越來越多的功能以硬件方式來實現，具體表現為ASIC芯片使用得越來越廣泛；二是放棄使用共享總線，而使用交換背板，即開始普遍采用交換式路由技術；三是并行處理技術在路由器中運行，極大地提高了路由器的路由處理能力和速度。 下面是路由器的總體發展過程：
·第一代單總線單CPU結構路由器
最初的路由器采用了傳統計算機體系結構，包括共享中央總線、中央CPU、內存及 掛在共享總線上的多個網絡物理接口。如Cisco2501路由器就是第一代路由器的典型代表，其中CPU是Motorola的68302處理器，具有一個AUI以太網接口和兩個廣域網接口。
中央CPU完成除所有物理接口之外的其他所有功能，數據包從一個物理接口接收進 來，經總線送到中央CPU中做到轉發決定處理，然后又經總線送到另一個物理接口發送 出去。這種單總線單CPU的主要局限是處理速度慢，一個CPU完成所有的任務，從而限制了系統的吞吐量。另外，系統容錯性也不好，CPU若出現故障容易導致系統完全癱瘓 。但該結構的優點是系統價格低。目前的邊緣路由器基本上都是這種結構。
·第二代單總線主從CPU結構路由器
采用主從兩個CPU代替了原來僅一個CPU結構，因而較大地降低了CPU的負荷，提高 了處理速度。第二代路由器的兩個CPU為非對稱主從式關系結構，其中一個CPU負責通 信鏈路層的協議處理，另一個CPU則作為主CPU負責網絡層以上的處理，主要包括轉發決 定、路由算法和配置控制等計算工作。
總體上來說，第二代體系結構實際上是第一代體系結構的簡單延伸，對系統的容錯性能沒 有多大提高，速度的提高也非常有限。像這種單總線主從CPU結構的典型設備有3Com公 司的NetBuilder2路由器等。
·第三代單總線對稱式多CPU結構路由器
第三代路由器可以說改善了在第二代體系結構中主要限制，因為它開始采用了簡單 的并行處理技術，即做到在每個接口處都有一個獨立CPU，專門單獨負責接收和發送本 接口數據包，管理接收發送隊列、查詢路由表做到出轉發決定等。而主控CPU僅完成路 由器配置控制管理等非實時功能。
這種體系結構的優點是本地轉發／過濾數據包的決定由每個接口處理的專用CPU來完 成，對數據包的處理被分散到每塊接口卡上。第三代路由器的主要代表有北電的Bay BCN系列，其中大部分接口CPU采用的是性能并不算高的Motorola 60MHz的MC68060或 33MHz的MC68040。
·第四代多總線多CPU結構路由器
第四代路由器至少包括三類以上總線和三類以上CPU。顯然，這種路由器的結構非常 復雜，性能和功能也非常強大。這完全可以從該類路由器的典型之作Cisco7000系列中看 出。在Cisco7000中共有3類CPU和3條總線，分別是接口CPU、交換CPU、路由CPU、CxBUS 、dBUS、SxBUS。
·第五代共享內存式結構路由器
在共享存儲器結構路由器中，使用了大量的高速RAM來存儲輸入數據，并可實現向輸 出端的轉發。在這種體系結構中，由于數據首先從輸入端口存入共享存儲器，再從共享 存儲器結構路由器的交換帶寬主要由存儲器的帶寬決定。為了提高帶寬，必須增大存儲 器的帶寬，并采用較多存儲模塊。
顯然，當規模較小時，這類結構還比較容易實現，但當系統升級擴展時，設備所需 要的連線將會大量增加，控制也會變得越來越復雜。這種結構不適應向更高水平發展。
·第六代交叉開關體系結構路由器
與共享內存式結構路由器相比，基于交叉開關設計則有更好的可擴展性能，并且省 去了控制大量存儲模塊的復雜性和高成本。在交叉開關體系結構路由器中，數據直接從 輸入端經過交叉開關流向輸出端。它采用交叉開關結構替代共享總線，這樣就允許多個 數據包同時通過不同的線路進行傳送，從而極大地提高了系統的吞吐量，使得系統性能 得到了顯著提高。系統的最終交換帶寬僅取決于中央交叉陣列和各模塊的能力，而不是 取決于互連線自身。就目前來看，這種方案是高速核心路由器的最佳方案。
新一代路由器普遍采用交換方法來充分利用公共通信鏈路設備，不但有效地提高 了整個鏈路的利用率，其交換還為各結點間通信的并行傳輸提供了可能性，這類路由 器也就是具有交換功能的路由器。一個性能和功能優秀的路由器，不但要有科學的路由計算法則，有足夠的傳輸帶寬和高速率，還要有較強的信息流量控制能力。
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