路由器、交换机详解

路由器

路由器的工作原理：（三层设备）当数据包进入路由器时，路由器先查看数据包中的目标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
1）目标MAC为路由器接收到该流量的接口mac地址 --解封装
2）目标MAC不是本地路由器的mac地址 --丢弃

二层解封装完成后，查看3层报头；默认路由器仅查看目标ip地址；
目标ip：
1、 广播 解封装到四层
2、 组播 若路由器加入了该组，解封；若没有加入，丢弃
3、 单播
1）目标ip地址为路由器，继续解封
2）目标ip地址为其他设备，路由器将查询本地的路由表—TCAM

交换机的CAM表二进制表格，TCAM由1、0、x构成 x标识主机位

数据交换方式（路由方式）

1、 原始包交换—先查询本地的TCAM表，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

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；之后将该通信过程—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；该数据流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 –解决完了递归
ARP—adj 邻居关系表

有这样的一道面试题：

边界路由器数据从内网到内网、内网向外网、数据从外网向内网，是先查nat还是先查TCAM?
内网到内网：A去访问B，直接查看TCAM，不需要nat；
内网到外网：A去访问C，先路由再nat;
外网到内网：C去访问A，到边界路由器时，公网IP到公网IP，但A是私网IP，所以需要经过nat地址转换为私有IP地址，然后路由。

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
MA：多路访问，在一个网段内物理节点数量不做限制

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再转发；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

再基于数据帧中的目标MAC地址，来查询本地的MAC地址表，之后基于表中的记录单播转发到对应的接口中；
若转出时没有对应的记录将进行洪范–除流量进入接口外其他所有接口转出

洪范的情况：
1.广播 目标地址为全F（正常情况下设备的MAC地址二进制第一位为0，只有全F第一位为1，交换机在看到MAC地址第一位为1的时候它就洪范了–MAC地址的二进制第一位称为广播位）
2.组播 （可能洪范-无组播部署时）
3.未知的单播：网络连接：主机A–交换机–主机B
PC上ARP存储时间2小时 交换机MAC缓存5分钟 交换机上5分钟内再没收到数据，就会刷新，然后两台PC上还知道互相的MAC（比如说PC1携带 源IP 1.1 源MAC A 目的IP 1.2 目的MAC B），就会发送单播帧上去，但交换机上没有缓存，就会洪范。

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 并不是一个加密算法
最常用哈希算法 MD5 SHA-1 -128 -256 -512

加密算法的特点：
1）将原数据加密后的数据比原数据要大
2）一定要有key（密码）
3）数据加密后可以进行解密

哈希算法特点：
1） 不等长的输入，等长的输出
2） 雪崩效应：使用hash算法对一个文档的数据进行计算，生成128位的字符串；当你在文档中加入一个很小的东西，比如说空格等，再使用hash算法，会发现得到的字符串完全不一样 （即原数据的一丝变化都会导致结果的巨大变化）常用于数据校验
3） 不可逆向运算

3层交换机工作原理：

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

三层交换机的接口，如果将其配置为三层接口，但其实在物理上来说还是一个二层接口，它是靠一个逻辑的SVI，来模仿出一个效果，让你觉得这个接口是一个三层接口。

思维导图