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路由器的工作原理

一、回顾交换机的工作原理

• 交换机里面维护了一张MAC地址表，主要记录的是MAC地址和接口的对应关系
• 交换机在初始状态下，MAC地址表是空的，当收到一个来自某接口（F0/1）的数据时，首先查看数据帧中的源MAC地址，对照自己的MAC地址表，如果不在表中，将发送方的MAC地址学习并记录到自己的MAC地址表中，并附上对应的接口（F0/1），再查看目的MAC地址，如果目的MAC地址不在MAC地址表中，将进行从接收接口（F0/1）外的其他所有连接接口转发出去（广播方式），此时，目的主机将接收到，其他主机也会接收到，其他主机接收到直接丢弃，目的主机接收到后进行回应，回应的过程中数据同样会交由给交换机进行转发，目的主机这时候就变成回应的发送主机，当交换接收到来自目的主机的回应报文时（F0/10），同样查看发送方的MAC地址，进行学习并记录，并附带对应接口（F0/10），再去查看目的MAC，由于之前已经有记录，所以直接从记录的接口（F0/1）进行转发（单播）
• 总结：交换学习源MAC，广播数据帧，接收方回应，回应使用单播直接转发

二、回顾路由器相关知识

• 路由器时属于三层（网络层）设备
• 网络层所封装的IP头部

• 网络层功能

  • 进行逻辑地址（IP地址）寻址，实现不同网络（网络地址不等或者说内网和外网分割），强调：内网的IP地址时无法在外网上进行路由）直接的路径选择
  • 去查找目的是否可以到达，如果可以到达，选择一条最优的路径，如果不能到达，直接返回给发送方一个消息
• 网络层所传输的PDU（传输数据单元）是数据包（IP数据包）

三、网络层IP数据包的格式

• IPv4的

  • 版本：标识当前使用的IP版本（IPv4，IPv6）
  • 首部长度：由于IP数据报文的首部有一个可选项，造成首部长度是可变，所以需要定义
  • 区分服务（服务质量/优先级和服务类型）：为了保障更好的服务，主要是在IP层做Qos
  • 总长度：主要用来标识整个数据包的长度
  • 标识、标志、片位移：上层来的数据到IP层会被分片，这几个字段用来对数据包进行标识，使数据到达目的端重组的时候不会乱序
  • 生存时间（TTL值）：数据包在路由器转发消耗时间的如果小于1秒，TTL就会减1
  • 协议：标识上层数据是使用的何种协议（TCP是6或UDP是17）
  • 首部校验：校验数据报文的首部
  • 源地址：发送方的IP地址
  • 目的地址：接收方的IP地址
• IPv6的

四、路由器的工作原理

1、路由

• 从源主机到目标主机的转发过程（跨网络访问）

• 包含两个内容：

  • 确定最佳路径
  • 通过网络传输信息

2、路由器的工作原理

• 路由表

  • 直连路由：当路由器的接口配置好对应的IP地址并开启接口后自动生成
  • 非直接路由：需要手动配置静态路由或者使用动态路由协议学习到

3、静态路由

• 由管理员手动配置，不灵活，而且是单向

• 特殊的静态路由：默认路由，当在路由器中找不到目标网络的路由条目时，再去查看默认路由

  • 使用场景：一般应用于末节（末梢）网络（网络的最末端）（路由器的一端只连接了一个网络）

4、动态路由

• 通过某种动态路由协议自动的去建立自己路由表
• 常见的动态路由协议：RIP OSPF IS-IS BGP IGRP EIGRP