路由器和交換機的工作原理---筆面試

路由器的工作原理

路由器的作用

1.路由，轉發
2.不同網絡類型的互聯

路由器是一個工作在tcp/ip協議棧中的三層設備，同樣具有二層的功能。

1.路由器的路由轉發功能

對於一個進入路由器的數據包，先是對其進行解封裝到數據鏈路層，查看目標mac地址，根據mac地址再看是否解封裝到三層，再三層再根據目標ip地址如何轉發或者解封裝。路由器工作過程如圖1所示。

            圖1：路由器的工作原理
 
由於路由器在工作時候只查看目標mac和目標ip地址（更快），基於此，有一種攻擊模擬爲其他ip，對服務器進行攻擊，使得服務器被攻擊仍然無法察覺攻擊者是誰，如圖2所示。

     圖2：A主機模擬成B主機進行攻擊

2.路由器可以實現不同的網絡類型的互聯

不同網絡類型，那麼網絡類型有哪些呢？

網絡類型

1.p2p（點到點）----一個網段內，僅允許存在兩個物理接口。
2.BMA（廣播型多路訪問）---支持多路訪問，具有洪泛功能。
3.NBMA（非廣播型多路訪問）---支持MA，但是沒有洪泛功能。只有僞廣播

Q1：如何判斷一個網絡類型？

答：看二層封裝。三種網絡類型如圖3所示

     圖3：三種不同的網絡類型
 
 
知道了幾種網絡類型，路由器還有一個功能就是實現不同網絡之間的互聯
如圖4所示，將進入的數據包轉換爲目標所在不同的二層進行發送。

     圖4：工作在不同網絡類型中的路由器

數據交換方式

數據的交換方式，即在路由器當中如何進行轉發的。
分爲三種

1.原始包交換
2.快速交換
3.特快交換

1. 原始包交換
   查詢兩張表，先查詢TCAM表，找到從何處去，再查ARP表，獲取目標的mac地址。如圖5所示
   
        圖5：原始包交換查詢兩張表
2. 快速交換
   一次路由，多次交換，在數據流（一系列的包，間隔不超過2s）的傳輸過程中，對數據流的第一個包，對其生成cache緩存表，使得數據流的傳輸靠cache緩存，更加快速。下面的圖6訪問就是基於此，第一個慢一些，其餘的都很快。
   
        圖6：快速交換的時間圖
3. 特快交換
   是cisco發明的，CEF技術，無需路由，直接轉發。
   原理是將TCAM表和ARP錶轉換成二進制列表（二進制在計算機處理的時候更快），整合後形成轉發規則。
   路由表------》FIB表----解決路由表的遞歸問題
   ARP-------》adj表，鄰居關係表。

Q2：邊界路由器是先路由還是先NAT？

答：由內向外：先路由，再nat，
  由外向內，先nat，再路由。
不能理解的朋友可以參考圖7加以理解：內A去訪問內B，是否需要先nat呢？

     圖7：路由器工作時nat和路由的順序

交換機的工作原理

交換機的作用

1.增加端口密度，多接口的互聯
2.電流識別轉發，理論上無限傳輸舉例（hub需要加壓，還會失幀）
3.完全無衝突域，多節點可以同時進行收發
4.實現二層單播

工作原理

二層交換機的工作原理

數據幀（源mac，目標mac，源ip，目標ip）進入交換機，交換機會記錄這個接口的MAC地址+接口編號+vlanid轉換爲hash值，生成到cam表中記錄下來，同時如果cam表中記錄了A中的目標mac地址，則向其轉發數據幀，沒有，則進行洪泛：除進入接口以外的所有接口都發包。
具體二層交換機的工作過程可以參考我的另一篇博客：
交換機的產生和工作原理
文章講述了交換機的產生和工作原理以及虛擬局域網vlan。

三層交換機的工作原理

三層交換機：二層交換機+三層交換機的集合體
既具有二層交換機的功能又同時具有路由器的功能
使用svi（物理上的二層接口）模擬成三層路由器。
工作過程如圖8所示：

     圖8：三層交換機工作過程
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