路由器和交換機的基本原理

路由器

路由器的工作原理

路由器作爲3層設備，當數據包進入路由器時，路由器首先對數據包解封裝到數據鏈路層（二層），查看二層報頭，查看目標MAC地址；根據目標MAC地址來決定是否解封裝到網絡層（三層），然後根據目標ip地址選擇轉發或者丟棄等操作。
詳細步驟：
1、路由器收到數據包，解封裝到數據鏈路層（二層）。
查看mac地址：
<1> 廣播 解封裝到3層
<2> 組播 每一個組播地址均存在自己的MAC地址；基於目標MAC就可以判斷本地是否
需要解封裝；若本地加入了該組將解包，否則直接丟棄
<3> 單播 目標MAC爲路由器接收到該流量的接口mac地址（代表找的是路由器自己）——解封裝
目標MAC不是本地路由器的mac地址 ——丟棄
二層解封裝完成後，解封裝到三層，然後查看三層報頭，默認路由器僅查看目標ip地址；
查看目標ip：
<1>廣播 ——解封裝
<2>組播 ——若路由器加入了改組，解封；若沒有加入，則丟棄
<3>單播 ——目標ip地址爲路由器，繼續解封
目標ip地址爲其他設備，路由器將查詢本地的路由表——TCAM

路由器只看目標IP導致的一個問題

數據交換方式（路由方式）

1、 原始包交換：先查詢本地的TCAM表，（因爲解封裝二層，故轉發的時候需要重新封裝二層，此時需要用到目標mac）再查看本地的ARP表來確定目標或者下一跳的mac地址——前提網絡環境爲以太網（查詢倆張表TCAM+ARP）
2、 快速交換 ：一次路由多次交換 基於數據流的第一個包進行TCAM和ARP表查詢；之後將該通過過程—>源目ip地址、進出接口、新的二層封裝記錄到緩存中；生成一個cache列表（該表記錄着進來的源目ip地址和進出接口，出去時的新的目標mac和源mac）；該數據量的第二個包將基於緩存直接轉發；
3、 特快交換 最早由cisco提出；CEF技術 無需路由直接交換
路由器將本地的路由表和ARP直接轉換爲二進制的列表；之後將兩個表格整合形成轉發規則；

• 路由表—FIB轉發信息數據庫 ——FIB表解決完了遞歸
• ARP—adj 鄰居關係表
  然後將這倆張表整合到到一起，當流量進來時，直接查詢整合後的表，然後無需路由，直接交換。

網絡類型

1、	點到點 ：在一網段內只能存在兩個物理接口
2、	BMA ：廣播型多路訪問網絡  在一個MA網絡中，同時存在廣播洪泛機制
3、	NBMA ：非廣播型多路訪問網絡  在一個MA中不支持洪泛機制，只能使用僞廣播來進行廣播或組播行爲（串線，連接幀中繼，由點到點變爲NBMA）
	MA：多路訪問，在一個網段內物理節點數量不做限制
	通過查看二層封裝技術，可以區別BMA，NBMA，MA
	僞廣播技術：自己複製多份，然後分別發送給用戶。

邊界路由器是先路由還是先NAT？

• 由內向外：先路由，再nat
• 由外向內：先nat，再路由
  

交換機

二層交換機的作用

1. 提供端口密度，用於更多節點的互聯 集線器（HUB）也可以實現
2. 對電流信息進行識別在轉發；故理論上可以無限延長傳輸距離
3. 完全沒有衝突；實現所有節點間的同時數據收發
4. 二層單播

二層交換機的工作原理

數據幀進入交換機後，交換機先查看數據幀中的源mac地址，基於該mac的進入接口記錄到本地的MAC地址表—CAM 表
標準CAM MAC+ 接口編號 哈希運算
支持vlan基礎的CAM MAC+接口編號+VLAN ID 哈希運算
哈希運算==hash 散列函數算法 – 摘要提取法
最常用哈希算法 MD5 SHA-1 -128 -256 -512

三層交換機的工作原理

二層交換機和路由器的功能集合設備；
當一個數據包進入3層交換機後；
1、 先查看源mac地址，生成cam
2、 再查看目標mac地址
1） 廣播 洪泛 同時解封裝
2） 組播 洪泛或者基於組轉發 若該設備處於該組同時解封
3） 單播 目標mac爲本地，直接解封 目標mac爲其他設備基於cam錶轉發
3、解封裝後，查看目標ip地址；此時行爲將和路由器一致

哈希算法的特點

1、 不等長的輸入，等長的輸出
2、 雪崩效應
3、 不可逆向運算