路由器的工作原理

一、回顾交换机工作原理

• 交换机里维护了一张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，对照自己记得MAC地址表，如果不在表中，将发送发的MAC地质学系并记录到自己的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地址也不在MAC地址表中，将进行从接口（f0/1）外的其他连接的接口转发出去（广播方式），此时，目的主机和其他主机都会接收到，其他主机接收到后直接丢弃，目的主机接收到后进行回应，回应过程中数据同样会交给交换机转发，这时目的主机就变成回应的发送主机，当交换机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），再去看目的MAC，由于之前已有记录，所以直接从记录的接口（f0/1）进行转发（单播）
• 总结：交换机学习源MAC，广播数据帧，接收方回应，回应使用单播直接发送

二、回顾路由器相关知识

• 路由器是网络层设备
• 网络层所封装的是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（网络地址不等或者内网和外网分割，强调：内网IP地址是无法在外网上进行路由的）之间的路径选择
  • 去查找目的是否可达，如果可达，选择一条最优路径，如果不能达，直接返回发送方一个消息
• 网络层所能传输的PDU（传输数据单元）是数据包

三、网络层IP数据包的格式

• IPv4

  

  • 版本：标识当前使用的IP版本

  • 首部长度：由于IP数据报文的首部有一个可选项，所以首部长度是可变的，所以需要定义首部长度

  • 区分服务（服务质量）：为了保障更好的服务，主要在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、片偏移：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）：数据包在路由器的消耗时间如果小于1秒，TTL就会减一，减完丢掉

  • 协议：标识上层数据是使用的何种协议（TCP是6，UDP是17）

  • 首部校验：校验数据报文的首部

  • 源地址：发送方IP地址

  • 目的地址：接收方IP地址

• IPv6

四、路由器工作原理

1. 路由

• 从源主机到目标主机的转发过程
• 包含两个内容：
  • 确定最佳路径（手动指定、动态路由协商方式）
  • 通过网络传输信息

2. 路由器工作原理

• 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
  • 非直连路由：需要手动配置静态路由或者使用动态路由协议学习
• 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，当在路由器的路由表中找不到目标网络条目是，再去查看默认路由
  • 使用场景：一般应用于末节网络（网络的最末端/路由器只连接了一个网络）
• 动态路由
  • 通过某种动态路由西医自动地去建立自己路由表
  • 常见动态路由协议：RIP OSPF IS-IS BGP IGRP EIGRP

五、路由器转发数据包的封装过程