路由器的工作原理

路由器的作用

1.路由，转发
2.不同网络类型的互联

路由器是一个工作在tcp/ip协议栈中的三层设备，同样具有二层的功能。

1.路由器的路由转发功能

对于一个进入路由器的数据包，先是对其进行解封装到数据链路层，查看目标mac地址，根据mac地址再看是否解封装到三层，再三层再根据目标ip地址如何转发或者解封装。路由器工作过程如图1所示。

图1：路由器的工作原理

由于路由器在工作时候只查看目标mac和目标ip地址（更快），基于此，有一种攻击模拟为其他ip，对服务器进行攻击，使得服务器被攻击仍然无法察觉攻击者是谁，如图2所示。

图2：A主机模拟成B主机进行攻击

2.路由器可以实现不同的网络类型的互联

不同网络类型，那么网络类型有哪些呢？

网络类型

1.p2p（点到点）----一个网段内，仅允许存在两个物理接口。
2.BMA（广播型多路访问）---支持多路访问，具有洪泛功能。
3.NBMA（非广播型多路访问）---支持MA，但是没有洪泛功能。只有伪广播

Q1：如何判断一个网络类型？

答：看二层封装。三种网络类型如图3所示

图3：三种不同的网络类型

知道了几种网络类型，路由器还有一个功能就是实现不同网络之间的互联
如图4所示，将进入的数据包转换为目标所在不同的二层进行发送。

图4：工作在不同网络类型中的路由器

数据交换方式

数据的交换方式，即在路由器当中如何进行转发的。
分为三种

1.原始包交换
2.快速交换
3.特快交换

原始包交换
查询两张表，先查询TCAM表，找到从何处去，再查ARP表，获取目标的mac地址。如图5所示

图5：原始包交换查询两张表
快速交换
一次路由，多次交换，在数据流（一系列的包，间隔不超过2s）的传输过程中，对数据流的第一个包，对其生成cache缓存表，使得数据流的传输靠cache缓存，更加快速。下面的图6访问就是基于此，第一个慢一些，其余的都很快。

图6：快速交换的时间图
特快交换
是cisco发明的，CEF技术，无需路由，直接转发。
原理是将TCAM表和ARP表转换成二进制列表（二进制在计算机处理的时候更快），整合后形成转发规则。
路由表------》FIB表----解决路由表的递归问题
ARP-------》adj表，邻居关系表。

Q2：边界路由器是先路由还是先NAT？

答：由内向外：先路由，再nat，
由外向内，先nat，再路由。
不能理解的朋友可以参考图7加以理解：内A去访问内B，是否需要先nat呢？

图7：路由器工作时nat和路由的顺序

交换机的工作原理

交换机的作用

1.增加端口密度，多接口的互联
2.电流识别转发，理论上无限传输举例（hub需要加压，还会失帧）
3.完全无冲突域，多节点可以同时进行收发
4.实现二层单播

工作原理

二层交换机的工作原理

数据帧（源mac，目标mac，源ip，目标ip）进入交换机，交换机会记录这个接口的MAC地址+接口编号+vlanid转换为hash值，生成到cam表中记录下来，同时如果cam表中记录了A中的目标mac地址，则向其转发数据帧，没有，则进行洪泛：除进入接口以外的所有接口都发包。
具体二层交换机的工作过程可以参考我的另一篇博客：
交换机的产生和工作原理
文章讲述了交换机的产生和工作原理以及虚拟局域网vlan。

三层交换机的工作原理

三层交换机：二层交换机+三层交换机的集合体
既具有二层交换机的功能又同时具有路由器的功能
使用svi（物理上的二层接口）模拟成三层路由器。
工作过程如图8所示：

图8：三层交换机工作过程
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