路由器的工作原理基于路由表,这张表记录了到达各个网络节点的最佳路径。当数据包进入路由器时,路由器会查看其目的ip地址,然后根据路由表中的信息,决定将数据包转发到哪个下一跳设备。如果路由表中没有匹配的条目,数据包就会被丢弃,并向源主机发送“目的地不可达”的消息。
路由表的生成和维护有多种方式。直连路由是指路由器自动识别并记录与其直接相连的设备信息。静态路由则是网络管理员手动配置的,适用于网络结构简单且变化不大的场景。对于复杂且动态变化的网络环境,动态路由协议如OSPF、BGP等则更为适用,它们能让路由器自动学习和更新路由信息,确保网络的稳定和高效。
在数据传输过程中,路由器还遵循一些基本的寻路原则。最常见的是最长匹配原则,即优先选择掩码最长的路由条目,因为它指向的网络更为精确。此外,路由器还会考虑路径开销,如带宽、管理距离和度量值等,选择一条成本最低的路径。
路由器的三层寻址功能是其核心能力之一。与交换机在物理层根据MAC地址进行二层寻址不同,路由器在网络层根据IP地址进行三层寻址。当主机要发送数据时,首先判断目的地址是否在同一网段。如果是,数据包将通过交换机直接传输;如果不是,数据包将交给路由器,由路由器根据路由表进行转发。
在实际应用中,路由器不仅能实现多台设备的共享上网,还能通过防火墙等功能保障网络安全。无论是家庭网络还是企业级网络,路由器都扮演着至关重要的角色。
总之,路由器作为网络的“大脑”,通过智能的路由选择和高效的数据转发,确保了网络的畅通无阻。理解其工作原理和寻路机制,对于构建和维护稳定、高效的网络环境至关重要。
什么叫路由?
路由器「英文:router」又称网关设备(Gateway),专业来说是用于连接多个逻辑上分开网络的一种设备,所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器的路由功能来完成。
因此,路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能,它能在多网络互联环境中,建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网,路由器只接受源站或其他路由器的信息,属网络层的一种互联设备。
路由器是用来共享网络的,可以实现多台电脑使用上网,无线路由器还可以实现无线上网。作为一个找路的工具,路由器的使命就是寻找各个网络节点之间的路。换句话说,路由器就像是快递中转站,包裹会经过一个个的中转站,从遥远的地方寄到你家附近,数据包也是一样。
路由器是连接两个网络的硬件设备,承担寻路功能,是网络的大门,因此,路由器又叫做网关设备(Gateway)。
路由表
路由器和交换机一样,也有自己的小本本,这个路由表上记载了到各个网络节点之间的路,会记录数据来源、相应的路由条目以及下一跳。
路由表就相当于路由器的导航,路由器只需要按照路由表的指示走就可以了。当然前提是,路由表中存在匹配该数据包目的 IP 地址的路由条目。路由表会周期性更新,当网络拓扑发生变化时也会更新,不用担心走错路。
路由器收发数据包的流程
路由器在收发数据包的时候会先查看路由表,如果路由表里有匹配项,就会把数据包交给下一跳。如果没有匹配项,就会直接丢弃数据包,然后告诉主机,这个目的地不可达。
直连、静态路由、动态路由
路由条目的获取来源有很多种,比如说直连、静态路由和动态路由。
直连,也就是路由器的直接邻居。路由器会自己去认识邻居,然后记录下来。
当然,也可以通过手动添加的方式告诉路由器目的网段的路径,也就是静态路由,适合网络规模比较小的场景。但是当网络拓扑发生变化,或是规模扩大的时候,配置和维护的成本就会很高。
这时候就需要结合动态路由,让路由器通过动态的方式来学习。在大型网络中,往往采用这种动、静路由相结合的方式进行部署。
三层寻址
二层寻址就是交换机根据 MAC 地址,在物理层进行寻址。
三层寻址就是指路由器根据 IP 地址,在网络层进行寻址。
路由器三层寻址流程
当主机想要发送数据的时候,首先会查看目的地是否和自己在同一个网段,如果在同一个网段就会让交换机进行二层转发。
如下图所示,PC1 要给 PC2 发送数据,就会通过交换机来完成。
如果不在同一个网段,主机会把数据包交给自己的路由器,路由器再根据目的 IP 查询自己的路由表,如果有匹配的条目,则交给下一跳,没有就丢弃。
如下图所示,PC1 要给 PC3 发送数据,发现 PC3 和自己不在同一个网段,就会把数据包交给路由器 A,再根据路由表的条目转发给路由器 B -> C,最后通过交换机 C 送达 PC3。
寻路原则
既然路由器是负责找路的,那条条大路通罗马,哪条大路最近呢?
默认情况下,路由的查询遵循最长匹配原则,也就是掩码越长、越精确,路由器就会优先选择那条路。
然后考虑路径开销,比如说带宽、管理距离、度量值等。也就是如果从这条路走,要花上多少时间和金钱。绝大部分数据通信行为是双向的,考虑流量的时候,还要关注流量的往返,从这条路去,也得从这条路回来,回来的时候没路了,这也不行。
路由查询的行为是逐跳的,到目标网络沿途的每个路由器都必须有关于该目标网段的路由信息。简单来说,数据包每经过一个路由器,路由器就会告诉它下一跳是谁,该往哪个方向走。
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