路由器的工作原理

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路由器的是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，在不同網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)單元的重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。路由器主要工作在OSI參考模型的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），路由器的主要任務(wù)就是為經(jīng)過路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)幀尋覓一條最正確傳輸路徑，并將該數(shù)據(jù)有效地傳送到目的站點(diǎn)。為了完成這項(xiàng)工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)——路由表（RoutingTable），供路由選擇時(shí)使用。由此可見，選擇最正確路徑的策略即路由算法是路由器的關(guān)鍵所在。因此，當(dāng)路由器接收到來自一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包時(shí)，首先根據(jù)其中所含的目的地址查詢路由表，決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑（轉(zhuǎn)發(fā)接口和下

一跳地址），然后從ARP緩存中調(diào)出下一跳地址的MAC地址，將路由器自己的MAC

地址作為源MAC，下一跳地址的MAC作為目的MAC,封裝成幀頭，同時(shí)IP數(shù)據(jù)包頭的TTL（TimeToLive）也開始減數(shù),最終將數(shù)據(jù)發(fā)送至轉(zhuǎn)發(fā)端口，按順序等待，傳送到輸出鏈路上去。在這個(gè)過程中，路由器被認(rèn)為了執(zhí)行兩個(gè)最重要的基本功能：路由功能與交換功能。?路由功能

路由功能是指路由器通過運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由協(xié)議或其他方法來學(xué)習(xí)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立，查詢和維護(hù)路由表。

路由表里則保存著路由器進(jìn)行路由選擇時(shí)所需的關(guān)鍵信息，包含了目的地址、目的地址的掩碼、下一跳地址、轉(zhuǎn)發(fā)端口、路由信息來源、路由優(yōu)先級(jí)、度量值（metric）等。

路由信息可通過多種協(xié)議的學(xué)習(xí)而來，其來源方式可分為直連路由、靜態(tài)路由、缺省路由和動(dòng)態(tài)路由。一個(gè)路由器上可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的路由協(xié)議，每個(gè)路由協(xié)議都會(huì)根據(jù)自己的選路算法計(jì)算出到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的最正確路徑，但是由于選路算法不同，不同的路由協(xié)議對(duì)某一個(gè)特定的目的網(wǎng)絡(luò)可能選擇的最正確路徑不同。此時(shí)路由器根據(jù)路由優(yōu)先級(jí)（決定了來自不同路由來源的路由信息的優(yōu)先權(quán)）選擇將具有最高路由優(yōu)先級(jí)（數(shù)值最?。┑穆酚蓞f(xié)議計(jì)算出的最正確路徑放置在路由表中，作為到達(dá)這個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。（優(yōu)先級(jí)順序：直連路由>靜態(tài)路由>動(dòng)態(tài)

路由（OSPF>RIP））

而對(duì)于一個(gè)特定的路由協(xié)議，可以發(fā)現(xiàn)到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的所有路徑，根據(jù)選路

算法賦予每一條路徑metric值，并比較metric值，選擇metric數(shù)值最小的路徑為最正確路徑。

在路由器的交換過程中查找路由時(shí)也可能會(huì)發(fā)現(xiàn)能匹配上多條路由條目。此時(shí)路由器將根據(jù)最長(zhǎng)匹配原則(最長(zhǎng)匹配原則的優(yōu)先級(jí)最高，大于優(yōu)先級(jí)和metric)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。路由器會(huì)選擇匹配最深的，也就是說可以匹配的掩碼長(zhǎng)度最長(zhǎng)的一條路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

?轉(zhuǎn)發(fā)功能

一般來說，路由器的主要工作是對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，具體過程如下：

第一步：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀到達(dá)某一端口，端口對(duì)幀進(jìn)行CRC校驗(yàn)并檢查其目的數(shù)據(jù)

鏈路層地址是否與本端口符合。

其次步：假使通過檢查，則去掉幀的封裝并讀出IP數(shù)據(jù)包中的目的地址信息，

查詢路由表，并決定轉(zhuǎn)發(fā)接口與下一跳地址。

第三步：根據(jù)路由表中所查到的下一跳IP地址，再?gòu)腁RP緩存中調(diào)出下一跳的

MAC地址，并將轉(zhuǎn)發(fā)接口的MAC地址作為源MAC，下一跳地址的MAC作為目的MAC，封裝成幀頭。同時(shí)，IP數(shù)據(jù)包頭的TTL減一，并重新計(jì)算校驗(yàn)和。

第四步：最終封裝成幀，經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)接口發(fā)送到輸出鏈路上去。

當(dāng)主機(jī)A發(fā)向主機(jī)B的數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)層封裝成IP數(shù)據(jù)包，IP數(shù)據(jù)包的首部包含了源地址和目標(biāo)地址。主機(jī)A會(huì)用本機(jī)配置的24位IP網(wǎng)絡(luò)掩碼255.255.255.0與目標(biāo)地址進(jìn)行與運(yùn)算，得出目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址與本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址是不是在同一個(gè)網(wǎng)段中。假使不是，主機(jī)A則會(huì)通過ARP的請(qǐng)求獲得默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的MAC地址并將IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)。

當(dāng)網(wǎng)關(guān)路由器接收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀中的目標(biāo)MAC地址是自己的某一個(gè)端口的物理地址，這時(shí)路由器會(huì)把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的封裝去掉。路由器認(rèn)為這個(gè)IP數(shù)據(jù)包是要通過自己進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，接著它就在匹配路由表。匹配到路由項(xiàng)后，它就將包發(fā)往下一條地址。路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包就是這樣，所以它始終是不

會(huì)改IP地址的，只會(huì)改MAC。當(dāng)有數(shù)據(jù)包傳到路由器時(shí)，路由器首先將其的目的地址與路由表進(jìn)行對(duì)比，假使是本地網(wǎng)絡(luò)，將不會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)到外網(wǎng)絡(luò)，而是直接轉(zhuǎn)發(fā)給本地網(wǎng)內(nèi)的目的主機(jī)，改變的只是數(shù)據(jù)包的源地址,（原源地址MAC變?yōu)榱寺酚善鞯腗AC）。但是假使目的地址經(jīng)路由表對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不是在本網(wǎng)中，有nat就將改變?cè)吹刂返腎P（原源地址的IP地址改為了路由器的IP地址），路由器將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口，進(jìn)行通信。

如：A訪問B，首先對(duì)比是否同一子網(wǎng)，假使是,檢查ARP表,有B的MAC就直接發(fā)送,沒有就發(fā)送ARP請(qǐng)求.假使否，發(fā)送到默認(rèn)網(wǎng)關(guān)C，源IP為A，