路由器以及路由原理

一、路由器的历史演变

第一代路由器：早期的路由器主要是基于硬件的设备，具备有限的功能，主要用于连接不同的局域网。这一时期的路由器主要由硬件制造商提供，缺乏标准化和灵活性。

第二代路由器：随着网络技术的发展，路由器开始采用嵌入式系统，具备了更强大的处理能力和更多的功能。这一时期的路由器开始支持更多的网络协议和连接方式，逐渐形成了现代路由器的雏形。

第三代路由器：随着互联网的普及，路由器成为了家庭和企业必备的网络设备。此时的路由器已经高度集成化和模块化，能够支持更多的接口和协议，并且可以通过软件升级来更新功能。

二. 什么是直连路由、静态路由、动态路由？
（1）直连路由：直连接口所在网段的路由，由设备自动生成。直连路由的下一跳为本接口，在进行数据转发时，路由器会查看ARP表项，将报文直接转到目的地址。

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（2）静态路由：由网络管理员手工配置的路由条目，当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。

（3）动态路由：通过相互连接的路由器之间交换彼此信息，然后按照一定的算法优化出来的，而这些路由信息是在一定时间间隙里不断更新，以适应不断变化的网络。

 三、路由器的工作原理

路由器是一种三层设备，是使用IP地址寻址，实现从源IP到达目标IP地址的端到端的服务，其工作原理如下：

（1）路由器接收到数据包，提取目标IP地址及子网掩码计算目标网络地址

（2）根据目标网络地址查找路由表，如果找到目标网络地址就按照相应的出口发送到下一个路由器

（3）如果没有找到，就看一下有没有默认路由，如果有就按照默认路由的出口发送给下一个路由器

（4）如果没有找到就给源IP发送一个出错ICMP数据包表明没法传递该数据包如果是直连路由就按照第二层MAC地址发送给目标站点

四.路由器的功能

(1) 协议转换：能对网络层及其以下各层的协议进行转换。

(2) 路由选择：当分组从互联的网络到达路由器时，路由器能根据分组的目的地址按某种路由策略，选择最佳路由，将分组转发出去，并能随网络拓扑的变化，自动调整路由表。

(3) 能支持多种协议的路由选择：路由器与协议有关，不同的路由器有不同的路由器协议，支持不同的网络层协议。如果互联的局域网采用了两种不同的协议，例如，一 种是TCP/IP协议，另一种是SPX/IPX协议（即Netware的传输层/网络层协议），由于这两种协议有许多不同之处，分布在互联网中的 TCP/IP（或SPX/IPX）主机上，只能通过TCP/IP（或SPX/IPX）路由器与其他互联网中的TCP/IP（或SPX/IPX）主机通信， 但不能与同一局域网中的SPX/IP（或TCP/IP）主机通信。多协议路由器能支持多种协议，如IP，IPX及X.25协议，能为不同类型的协议建立和 维护不同的路由表。这样不仅能连接同一类型的网络，还能用它连接不同类型的网络。这种功能虽然使路由器的适应性变强，但同时也使得路由器的整体性能降低， 现在IP协议在网络中越来越占主导地位，因此在下一代路由器（如交换式路由器）只需要支持IP协议。

(4) 流量控制：路由器不仅具有缓冲区，而且还能控制收发双方数据流量，使两者更加匹配。

(5) 分段和组装功能：当多个网络通过路由器互联时，各网络传输的数据分组的大小可能不相同，这就需要路由器对分组进行分段或组装。即路由器能将接收的大分组分 段并封装成小分组后转发，或将接收的小分组组装成大分组后转发。如果路由器没有分段组装功能，那么整个互联网就只能按照所允许的某个最短分组进行传输，大 大降低了其他网络的效能。

(6) 网络管理功能：路由器是连接多种网络的汇集点，网间分组都要通过它，在这里对网络中的分组、设备进行监视和管理是比较方便的。因此，高档路由器都配置了网络管理功能，以便提高网络的运行效率、可靠性和可维护行。

五.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！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。

希望这会给大家带来一些帮助。