硬核科普：路由器的工作原理

硬核科普：路由器的工作原理什么叫路由？路由器的英文是Router，也就是「找路的工具」。找什么路？尋找各個網絡節(jié)點之間的路。換句話說，路由器就像是快遞中轉站，包裹會經過一個個的中轉站，從遙遠的地方寄到你家附近，數據包也是一樣。路由器是連接兩個網絡的硬件設備，承擔尋路功能，是網絡的大門，因此，路由器又叫做網關設備（Gateway）。路由表路由器和交換機一樣，也有自己的小本本，這個路由表上記載了到各個網絡節(jié)點之間的路，會記錄數據來源、相應的路由條目以及下一跳。路由表就相當于路由器的導航，路由器只需要按照路由表的指示走就可以了。當然前提是，路由表中存在匹配該數據包目的IP地址的路由條目。路由表會周期性更新，當網絡拓撲發(fā)生變化時也會更新，不用擔心走錯路。路由器收發(fā)數據包的流程路由器在收發(fā)數據包的時候會先查看路由表，如果路由表里有匹配項，就會把數據包交給下一跳。如果沒有匹配項，就會直接丟棄數據包，然后告訴主機，這個目的地不可達。直連、靜態(tài)路由、動態(tài)路由路由條目的獲取來源有很多種，比如說直連、靜態(tài)路由和動態(tài)路由。直連，也就是路由器的直接鄰居。路由器會自己去認識鄰居，然后記錄下來。當然，也可以通過手動添加的方式告訴路由器目的網段的路徑，也就是靜態(tài)路由，適合網絡規(guī)模比較小的場景。但是當網絡拓撲發(fā)生變化，或是規(guī)模擴大的時候，配置和維護的成本就會很高。這時候就需要結合動態(tài)路由，讓路由器通過動態(tài)的方式來學習。在大型網絡中，往往采用這種動、靜路由相結合的方式進行部署。三層尋址上期講解的「二層尋址」，大家還記得嗎？二層尋址就是交換機根據MAC地址，在物理層進行尋址。三層尋址就是指路由器根據IP地址，在網絡層進行尋址。路由器三層尋址流程當主機想要發(fā)送數據的時候，首先會查看目的地是否和自己在同一個網段，如果在同一個網段就會讓交換機進行二層轉發(fā)。如下圖所示，PC1要給PC2發(fā)送數據，就會通過交換機來完成。如果不在同一個網段，主機會把數據包交給自己的路由器，路由器再根據目的IP查詢自己的路由表，如果有匹配的條目，則交給下一跳，沒有就丟棄。如下圖所示，PC1要給PC3發(fā)送數據，發(fā)現PC3和自己不在同一個網段，就會把數據包交給路由器A，再根據路由表的條目轉發(fā)給路由器B->C，最后通過交換機C送達PC3。尋路原則既然路由器是負責找路的，那條條大路通羅馬，哪條大路最近呢？來源：Giphy默認情況下，路由的查詢遵循最長匹配原則，也就是掩碼越長、越精確，路由器就會優(yōu)先選擇那條路。然后考慮路徑開銷，比如說帶寬、管理距離、度量值等。也就是如果從這條路走，要花上多少時間和金錢。絕大部分數據通信行為是雙向的，考慮流量的時候，還要關注流量的往返，從這條路去，也得從這條路回來，回來的時候沒路了，這也不行。路由查詢的行為是逐跳的，到目標網絡沿途的每個路由器都必須有關于該目標網段的路由信息。簡單來說，數據包每經過一個路由器，路由器就會告訴它下一跳是誰，該往哪個方向走。如何選擇路由器？路由器選型可以考慮這幾個因素：帶寬需求/轉發(fā)性能、端口數量、帶機量。比如說家里拉了千兆寬帶，那么路由器一定得是千兆路由器，還要滿足千兆NAT轉發(fā)的性能。順帶一提，運營商配的光貓是自帶路由功能的，如果沒有特殊需求，普通家庭一般夠用了。一般家用場景，路由端口用的不太多，可以通過交換機補充。大部分商用場景，4-12口也就夠了，再多的話，相信大部分企業(yè)會選擇三層交換機。帶機量是一個很重要的指標，我們一般會考慮并發(fā)用戶，還有用戶的業(yè)務類型。以UniFi的網關設備為例：USG可以到100并發(fā)，普通家庭