以太網(wǎng)技術(shù)之路由器工作原理

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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的路。

換句話說，路由器就像是快遞中轉(zhuǎn)站，包裹會經(jīng)過一個個的中轉(zhuǎn)站，從遙遠(yuǎn)的地方寄到你家附近，數(shù)據(jù)包也是一樣。

路由器是連接兩個網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備，承擔(dān)尋路功能，是網(wǎng)絡(luò)的大門，因此，路由器又叫做網(wǎng)關(guān)設(shè)備（Gateway）。

路由表

路由器和交換機(jī)一樣，也有自己的小本本，這個路由表上記載了到各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的路，會記錄數(shù)據(jù)來源、相應(yīng)的路由條目以及下一跳。

路由表就相當(dāng)于路由器的導(dǎo)航，路由器只需要按照路由表的指示走就可以了。當(dāng)然前提是，路由表中存在匹配該數(shù)據(jù)包目的 IP 地址的路由條目。路由表會周期性更新，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時也會更新，不用擔(dān)心走錯路。

路由器收發(fā)數(shù)據(jù)包的流程

路由器在收發(fā)數(shù)據(jù)包的時候會先查看路由表，如果路由表里有匹配項(xiàng)，就會把數(shù)據(jù)包交給下一跳。如果沒有匹配項(xiàng)，就會直接丟棄數(shù)據(jù)包，然后告訴主機(jī)，這個目的地不可達(dá)。

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(rèn)識鄰居，然后記錄下來。

當(dāng)然，也可以通過手動添加的方式告訴路由器目的網(wǎng)段的路徑，也就是靜態(tài)路由，適合網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比較小的場景。但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，或是規(guī)模擴(kuò)大的時候，配置和維護(hù)的成本就會很高。

這時候就需要結(jié)合動態(tài)路由，讓路由器通過動態(tài)的方式來學(xué)習(xí)。在大型網(wǎng)絡(luò)中，往往采用這種動、靜路由相結(jié)合的方式進(jìn)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(jī)根據(jù) MAC 地址，在物理層進(jìn)行尋址。

三層尋址就是指路由器根據(jù) IP 地址，在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行尋址。

路由器三層尋址流程

當(dāng)主機(jī)想要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，首先會查看目的地是否和自己在同一個網(wǎng)段，如果在同一個網(wǎng)段就會讓交換機(jī)進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)。

如下圖所示，PC1 要給 PC2 發(fā)送數(shù)據(jù)，就會通過交換機(jī)來完成。

如果不在同一個網(wǎng)段，主機(jī)會把數(shù)據(jù)包交給自己的路由器，路由器再根據(jù)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(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn) PC3 和自己不在同一個網(wǎng)段，就會把數(shù)據(jù)包交給路由器 A，再根據(jù)路由表的條目轉(zhuǎn)發(fā)給路由器 B -> C，最后通過交換機(jī) C 送達(dá) PC3。

尋路原則

既然路由器是負(fù)責(zé)找路的，那條條大路通羅馬，哪條大路最近呢？

默認(rèn)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?jǐn)?shù)據(jù)通信行為是雙向的，考慮流量的時候，還要關(guān)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(biāo)網(wǎng)絡(luò)沿途的每個路由器都必須有關(guān)于該目標(biāo)網(wǎng)段的路由信息。簡單來說，數(shù)據(jù)包每經(jīng)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(zhuǎn)發(fā)性能、端口數(shù)量、帶機(jī)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(zhuǎn)發(fā)的性能。順帶一提，運(yùn)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(jī)補(bǔ)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(jī)。

帶機(jī)量是一個很重要的指標(biāo)，我們一般會考慮并發(fā)用戶，還有用戶的業(yè)務(wù)類型。

以 UniFi 的網(wǎng)關(guān)設(shè)備為例：USG 可以到 100 并發(fā)，普通家庭或小微企業(yè)，都足夠用了；USG-Pro-4 帶機(jī)量可以到 1000 并發(fā)，中小企業(yè)需求基本可以滿足；如果還有更高需求，可以使用 UDM-Pro。

編輯：黃飛

?