路由器和交换机的基本原理

路由器

路由器的工作原理

路由器作为3层设备，当数据包进入路由器时，路由器首先对数据包解封装到数据链路层（二层），查看二层报头，查看目标MAC地址；根据目标MAC地址来决定是否解封装到网络层（三层），然后根据目标ip地址选择转发或者丢弃等操作。
详细步骤：
1、路由器收到数据包，解封装到数据链路层（二层）。
查看mac地址：
<1> 广播 解封装到3层
<2> 组播 每一个组播地址均存在自己的MAC地址；基于目标MAC就可以判断本地是否
需要解封装；若本地加入了该组将解包，否则直接丢弃
<3> 单播 目标MAC为路由器接收到该流量的接口mac地址（代表找的是路由器自己）——解封装
目标MAC不是本地路由器的mac地址 ——丢弃
二层解封装完成后，解封装到三层，然后查看三层报头，默认路由器仅查看目标ip地址；
查看目标ip：
<1>广播 ——解封装
<2>组播 ——若路由器加入了改组，解封；若没有加入，则丢弃
<3>单播 ——目标ip地址为路由器，继续解封
目标ip地址为其他设备，路由器将查询本地的路由表——TCAM

路由器只看目标IP导致的一个问题

数据交换方式（路由方式）

1、 原始包交换：先查询本地的TCAM表，（因为解封装二层，故转发的时候需要重新封装二层，此时需要用到目标mac）再查看本地的ARP表来确定目标或者下一跳的mac地址——前提网络环境为以太网（查询俩张表TCAM+ARP）
2、 快速交换 ：一次路由多次交换 基于数据流的第一个包进行TCAM和ARP表查询；之后将该通过过程—>源目ip地址、进出接口、新的二层封装记录到缓存中；生成一个cache列表（该表记录着进来的源目ip地址和进出接口，出去时的新的目标mac和源mac）；该数据量的第二个包将基于缓存直接转发；
3、 特快交换 最早由cisco提出；CEF技术 无需路由直接交换
路由器将本地的路由表和ARP直接转换为二进制的列表；之后将两个表格整合形成转发规则；

• 路由表—FIB转发信息数据库 ——FIB表解决完了递归
• ARP—adj 邻居关系表
  然后将这俩张表整合到到一起，当流量进来时，直接查询整合后的表，然后无需路由，直接交换。

网络类型

1、	点到点 ：在一网段内只能存在两个物理接口
2、	BMA ：广播型多路访问网络  在一个MA网络中，同时存在广播洪泛机制
3、	NBMA ：非广播型多路访问网络  在一个MA中不支持洪泛机制，只能使用伪广播来进行广播或组播行为（串线，连接帧中继，由点到点变为NBMA）
	MA：多路访问，在一个网段内物理节点数量不做限制
	通过查看二层封装技术，可以区别BMA，NBMA，MA
	伪广播技术：自己复制多份，然后分别发送给用户。

边界路由器是先路由还是先NAT？

• 由内向外：先路由，再nat
• 由外向内：先nat，再路由
  

交换机

二层交换机的作用

1. 提供端口密度，用于更多节点的互联 集线器（HUB）也可以实现
2. 对电流信息进行识别在转发；故理论上可以无限延长传输距离
3. 完全没有冲突；实现所有节点间的同时数据收发
4. 二层单播

二层交换机的工作原理

数据帧进入交换机后，交换机先查看数据帧中的源mac地址，基于该mac的进入接口记录到本地的MAC地址表—CAM 表
标准CAM MAC+ 接口编号 哈希运算
支持vlan基础的CAM MAC+接口编号+VLAN ID 哈希运算
哈希运算==hash 散列函数算法 – 摘要提取法
最常用哈希算法 MD5 SHA-1 -128 -256 -512

三层交换机的工作原理

二层交换机和路由器的功能集合设备；
当一个数据包进入3层交换机后；
1、 先查看源mac地址，生成cam
2、 再查看目标mac地址
1） 广播 洪泛 同时解封装
2） 组播 洪泛或者基于组转发 若该设备处于该组同时解封
3） 单播 目标mac为本地，直接解封 目标mac为其他设备基于cam表转发
3、解封装后，查看目标ip地址；此时行为将和路由器一致

哈希算法的特点

1、 不等长的输入，等长的输出
2、 雪崩效应
3、 不可逆向运算