网络设备转发数据包的整个流程_网络工程师（33）：路由转发工作原理

网络中各种网络设备对业务数据的转发主要有二层转发和三层转发。二层转发主要由交换机在同一个VLAN内实现，其转发依据是MAC地址表。如果MAC地址表中存在目的MAC地址表项，就从对应接口发出去，否则会从所有接口都发出去寻找接收者，同时，对ARP请求等广播帧也会从所有接口发出去。二层转发的特点导致可能存在环路，需要STP等协议防止二层环路。

三层转发主要由三层交换机或路由器在不同VLAN间或不同网段间实现，其转发依据是路由表。如果路由表中有目标网段的路由表项，就从对应接口或下一跳发出去，否则就把数据包丢弃。同时，三层转发不会在不同网段间转发广播包。

那么，是不是说三层转发没有环路呢？

并不是！我们在《网络工程师(10)：让路由告诉你该去哪》一文中曾介绍了静态路由。如果因为静态路由配置错误，依然会造成环路。

如图中，在RTA上配置静态路由，目标网段20.0.0.0/24的下一跳为RTC，RTC上配置目标网段20.0.0.0/24的下一跳为RTB，而RTB上错误地配置的目标网段20.0.0.0/24的下一跳为RTA。

其实，这样并不会有环路！不同的路由来源拥有不同的优先级。20.0.0.0/24网段是RTB的直连路由，拥有最高优先级，即使在RTB上配置了目标网段20.0.0.0/24的静态路由，也不会选择。

那么，如果RTB连接PC的链路故障了呢？

这时，由于RTB上20.0.0.0/24的直连路由消失，所配置的静态路由就起作用了，于是形成了环路：RTA把目的地址为20.0.0.1的数据包发给RTC，RTC发给RTB，RTB又发给RTA，RTA再发给RTC，如此循环下去！

数据包会永远循环下去吗？

事实上，在设计IP协议时就考虑到了这个问题。如果网络中因为配置或其他错误而造成路由环路，由IP协议报文封装中的TTL字段来解决，避免永远循环下去。

IP封装中的TTL字段字面意思是Time to Live包生存时间，实际上和时间没什么关系。路由器在转发数据包之前，会先把TTL字段内容减去1，如果结果大于零，则正常转发给下一跳，如果结果为零，则把数据包丢弃。

所以，三层转发不像二层转发，没有专门的协议来防止路由环路。三层转发的环路一是依靠TTL，二是依靠路由协议本身来考虑。

我们所说的路由表，通常是指IP路由表，也叫全局路由表。每台网络设备只有一个全局路由表，路由器转发数据也是查找全局路由表。

但并不是说路由器只有一个路由表，事实上，除了直连和静态路由，每个动态路由协议都有自己的路由表，如RIP路由表、OSPF路由表、BGP路由表，等等。

所以，为了正确选择路由，不同的路由来源拥有不同的优先级(思科叫管理距离)，包括直连、静态及各种动态路由协议。如果目标网段和掩码都相同，会优选优先级最高的路由来源加入全局路由表；如果路由来源相同，则优选开销最小的路由加入全局路由表；如果都相同，那么都加入到全局路由表中，称为多路径等值路由或等价路由，可以实现负载分担。

有了路由表，路由器就可以根据路由表来转发三层数据包了。当路由器收到一个数据包，先遍历整个全局路由表，如果没有找到匹配项，则丢弃数据包，否则在找到的所有匹配项中选择掩码最长的路由表项，查看该表项的下一跳地址是否是路由器的直连路由，如果是直连，把数据包送到对应接口，封装为帧后发给目标电脑。如果不是直连，则解析下一跳的MAC地址，封装为帧后发给下一跳路由器。

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