​路由器是如何工作的?

什么叫路由? 路由器的英文是 Router,也就是「找路的工具」。找什么路&#xf…

什么叫路由?

路由器的英文是 Router,也就是「找路的工具」。找什么路?寻找各个网络节点之间的路。

换句话说,路由器就像是快递中转站,包裹会经过一个个的中转站,从遥远的地方寄到你家附近,数据包也是一样。

路由器是连接两个网络的硬件设备,承担寻路功能,是网络的大门,因此,路由器又叫做网关设备(Gateway)。

路由表

路由器和交换机一样,也有自己的小本本,这个路由表上记载了到各个网络节点之间的路,会记录数据来源、相应的路由条目以及下一跳。

路由表就相当于路由器的导航,路由器只需要按照路由表的指示走就可以了。当然前提是,路由表中存在匹配该数据包目的 IP 地址的路由条目。路由表会周期性更新,当网络拓扑发生变化时也会更新,不用担心走错路。

路由器收发数据包的流程

路由器在收发数据包的时候会先查看路由表,如果路由表里有匹配项,就会把数据包交给下一跳。如果没有匹配项,就会直接丢弃数据包,然后告诉主机,这个目的地不可达。

直连、静态路由、动态路由

路由条目的获取来源有很多种,比如说直连、静态路由和动态路由。

直连,也就是路由器的直接邻居。路由器会自己去认识邻居,然后记录下来。

当然,也可以通过手动添加的方式告诉路由器目的网段的路径,也就是静态路由,适合网络规模比较小的场景。但是当网络拓扑发生变化,或是规模扩大的时候,配置和维护的成本就会很高。

这时候就需要结合动态路由,让路由器通过动态的方式来学习。在大型网络中,往往采用这种动、静路由相结合的方式进行部署。

三层寻址

上期讲解的「二层寻址」,大家还记得吗?二层寻址就是交换机根据 MAC 地址,在物理层进行寻址。

三层寻址就是指路由器根据 IP 地址,在网络层进行寻址。

路由器三层寻址流程

当主机想要发送数据的时候,首先会查看目的地是否和自己在同一个网段,如果在同一个网段就会让交换机进行二层转发

如下图所示,PC1 要给 PC2 发送数据,就会通过交换机来完成。

如果不在同一个网段,主机会把数据包交给自己的路由器,路由器再根据目的 IP 查询自己的路由表,如果有匹配的条目,则交给下一跳,没有就丢弃。

如下图所示,PC1 要给 PC3 发送数据,发现 PC3 和自己不在同一个网段,就会把数据包交给路由器 A,再根据路由表的条目转发给路由器 B -> C,最后通过交换机 C 送达 PC3。

寻路原则

既然路由器是负责找路的,那条条大路通罗马,哪条大路最近呢?

来源:Giphy

默认情况下,路由的查询遵循最长匹配原则,也就是掩码越长、越精确,路由器就会优先选择那条路

然后考虑路径开销,比如说带宽、管理距离、度量值等。也就是如果从这条路走,要花上多少时间和金钱。绝大部分数据通信行为是双向的,考虑流量的时候,还要关注流量的往返,从这条路去,也得从这条路回来,回来的时候没路了,这也不行。

路由查询的行为是逐跳的,到目标网络沿途的每个路由器都必须有关于该目标网段的路由信息。简单来说,数据包每经过一个路由器,路由器就会告诉它下一跳是谁,该往哪个方向走

如何选择路由器?

路由器选型可以考虑这几个因素:带宽需求/转发性能、端口数量、带机量

比如说家里拉了千兆宽带,那么路由器一定得是千兆路由器,还要满足千兆 NAT 转发的性能。顺带一提,运营商配的光猫是自带路由功能的,如果没有特殊需求,普通家庭一般够用了。

一般家用场景,路由端口用的不太多,可以通过交换机补充。大部分商用场景,4-12 口也就够了,再多的话,相信大部分企业会选择三层交换机。

带机量是一个很重要的指标,我们一般会考虑并发用户,还有用户的业务类型

以 UniFi 的网关设备为例:USG 可以到 100 并发,普通家庭或小微企业,都足够用了;USG-Pro-4 带机量可以到 1000 并发,中小企业需求基本可以满足;如果还有更高需求,可以使用 UDM-Pro。

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作者: HUI

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