计算机网络之路由器

坚强是说给别人听的谎言 提交于 2019-12-01 22:48:16

路由器简介

Network(网络层):
    网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。
    此外,网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。
    对应的连接设备:路由器。


路由器(router)是互联网的枢纽,是连接英特网中各局域网、广域网的设备:
    它会根据信道的情况自动选择和设定路由,以最佳路径,按前后顺序发送数据。
    作用在OSI模型的第三层(网络层),提供了 路由 与 转发 两种重要机制


路由:
    收集网络拓扑信息并动态形成路由表

    路由器控制层面的工作,决定数据包从来源端到目的端所经过的路由路径
    (host到host至今的最佳传输路径)

转发:
    根据转发表(FIB)转发IP数据包

    路由器数据层面的工作,将路由器输入端的数据包移送至适当的路由器输出端(在路由器内部进行)


路由器实际上起到的作用是完成不同段之间网络的互联。

分段原理

TCP/IP V4 协议网络的分段原理:

    TCP/IP协议给网络中的每一个主机都会分配一个IP地址,它包含两部分信息:
        网络地址和主机地址。


    TCP/IP协议中的IP地址将网络地址和主机地址包装在一个32位的域里( TCP/IP V4),分为四类:

        a、  1-126,A类
            网络地址1个字节,主机地址3个字节。
        b、  128-192,B类
            网络地址2个字节,主机地址2个字节。
        c、  192-223,C类
            网络地址3个字节,主机地址1个字节。
        d、  0,127,224-255
            保留不用。

    子网掩码指出地址中哪些部分是网络地址,哪些是主机地址。
    在子网掩码中,二进制1表示网络地址位,二进制0表示主机地址位。传统的各类地址的子网掩码为:
    
        a、 A类:255.0.0.0
        b、 B类:255.255.0.0
        c、 C类:255.255.255.0

IP分段

路由原理

当IP子网中的一台主机发送IP分组数据给同一IP子网的另一台主机时,它将直接把IP分组数据送到网络上,对方就能收到。

送给不同IP子网上的主机时,它要选择一个能到达目的子网上的路由器,把IP分组数据送给该路由器,
由路由器负责把IP分组送到目的地。

如果没有找到这样的路由器,主机就把IP分组送给一个称为 “缺省网关(default gateway)”的路由器上。
“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数,它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。 

网关是访问路由器的IP,其他的电脑必须和网关一个IP段才能访问路由器。

路由选择方式

典型的路由选择方式有两种:
    静态路由和动态路由。 


静态路由是由网络管理员手工配置的路由信息。:
    除非网络管理员干预,否则静态路由不会发生变化。
    由于静态路由不能对网络的改变作出反映,一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。

    静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中,静态路由优先级最高。
    当动态路由与静态路由发生冲突时,以静态路由为准。 


动态路由是网络中的路由器之间相互通信,传递路由信息,利用收到的路由信息更新路由器表的过程:
    它能实时地适应网络结构的变化。

    动态路由机制的运作依赖路由器的两个基本功能:
        对路由表的维护;
        路由器之间适时的路由信息交换。

    动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。

    当然,各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。

路由表和转发表

每个路由器中都有一个路由表和FIB(Forward Information Base)表:
    路由表用来决策路由。
    FIB用来转发分组。


路由表:
    这里个表都用来保存路由信息,路由表通常由路由协议和路由管理模块维护,
    包括更多的信息(IP地址/IP子网、下一跳、路由度量、超时间等);

路由表中路由有三类:
(1)链路层协议发现的路由(即是直连路由)
(2)静态路由。
(3)动态路由协议发现的路由。


转发表(FIB):
    是基于路由生成的,路由器实际转发时使用转发表(只包括IP地址/IP子网和下一跳/出接口)。
    转发表中每条转发项都指明:
        分组到某个网段或者某个主机应该通过路由器的某个物理接口发送,
        然后就可以到达该路径的下一个路由器,
        或者不再经过别的路由器而传送到直接相连的网络中的目的主机。

    高性能路由器转发表通常都用硬件来实现,有利于高速查找。

路由器结构

路由器工作流程

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