深入路由器交换数据传输_数据流在路由器几个网卡之间的走向

路由器简介：

Network（网络层）：

$网络层负责对子网间的数据包进行路由选择，$
$此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。$

$对应的连接设备：路由器$

路由器（router）：

$是互联网的枢纽，是连接英特网中各局域网、广域网的设备。$
$它会根据子信道的情况自动的选择和设定路由，以最佳的路径按前后的$ $发送数据。作用在OSI模型的第三层（网络层），提供了路由与转发的$
$两种重要的机制。$

路由：

收集网络拓扑信息并动态的形成路由表。
$路由器控制层面工作，决定数据包从来源到目的地端所经过的路由路径$$。(host到host是至今最佳的传输路径)$

路由原理：

当IP 子网中的一台主机发送IP分组给同一个IP子网的另一台主机时，它将会直接把IP分组数据发送到网络上，对方就能接收到。
送给不同IP子网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器,把IP分组数据送给该路由器，路由器负责把IP分组送到目的地。
如果没有找到这样的路由器，主机就把 IP 分组送给一个称为“缺省网关（default gateway）”的路由器上。

$缺省网关:$
是每台主机上的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的 IP 地址。

$网关：$
访问路由器的 IP, 其他的电脑必须和网关一个 IP 段才能访问路由器。

路由表：

$每个路由器中都有一个路由表和转发表（FIB（Forward$ $InformationBase）表）。$
$路由表用来决策路由。$
$FIB表用来转发分组。$

$路由表：$
这里每个表都用来保存路由信息，路由表通常由路由协议和路由管理模块维护，包括更多的信息（IP地址/IP子网、下一跳、路由度量、超时间等）。
$路由表中路由分三类：$
（1）链路层协议发现的路由（即就是直接连路由）；
（2）静态路由；
（3）动态路由协议发现的路由；
$转发表（FIB）：$
是基于路由生成的，路由器实际转发时使用转发表（只包括IP地址/IP子网和下一跳/出接口）。

转发表中每一条转发项都指明，分组到某个网段或者某个主机通过路由器的某个物理接口发送，然后就可以到达该路径的下一个路由器，或者不在经过别的路由器而转送到直接相连的网络中的目的主机。

$高性能的路由器转发表通常用硬件来实现，有利于高速查找$

下面，我们通过几张图来更好的理解以下路由器的结构与工作原理吧~

$路由器结构$

$路由器的工作流程$

转发：

根据转发表(FIB) 转发 IP 数据包。
$路由器数据层面工作，将路由器输入短的数据包移送至适当的路由器$
$传输端。$$(在路由器内部进行)$

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$路由器实际上起到的作用是完成不同段之间网络的互联。$

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交换机与路由器的区别

交换机：

工作于数据链路层，能识别 MAC 地址，根据 MAC 地址转发链路层数据帧。具有自学机制来维护 IP 地址与 MAC 地址的映射。

路由器：

位于网络层，能识别 IP 地址并根据 IP 地址转发分组，维护着路由表，根据路由表选择最佳路线。

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IP分段原理

TCP/IP V4 协议网络的分段原理：
TCP/IP 协议给网络中的每一个主机都会分配一个IP地址，它包含两部分信息：$网络地址和主机地址$。

TCP/IP 协议中的IP地址将网络地址和主机地址包装在一个32位的域里（TCP/IP V4)分为四类：
$a、$ 1-126， $A类$
网络地址1个字节（1个字节8bit/位），主机地址3个字节。
$b、$ 128-192，$B类$
网络地址2个字节，主机地址2个字节。
$c、$ 192-223，$C类$
网络地址3个字节，主机地址1个字节。
$d、$ 0,127, 224-225, $D类$
保留不用。

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接下来再说说子网掩码。

$子网掩码$
子网掩码指出地址中哪些部分时网络地址，哪些部分是主机地址。

$在子网掩码中，二进制1表示网络地址位，二进制0表示主机地址位。$
传统的各类地址的子网掩码为：
a、 A类：255.0.0.0
b、 B类：255.255.0.0
c、 C类：255.255.255.0

下面看几张图来更好的理解以下刚才的内容吧~

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IP 分组交换

分组：

将数据拆分成很多小部分，分别对这些数据加一些额外的标记（包头包尾），然后再发送出去，收到的一方会将收到的不同部分的数据拆包（去掉包头包尾），然后将数据拼凑在一起，得到的就是完整的数据，应用程序拿到这些数据，我们就可以使用数据了。

$IP分组交换技术的核心设备就是路由器。$

基本原理：

第一步： 将数据分成很多的成分，每份就是一个分组。
第二步：路由器实现网间的分组数据的交换，让数据从一个网段到另一个网段，最终通过目标IP找到目的计算机。

$互联网的中心是一堆的路由器，因此源计算机将这些分组数据甩给$$路由器，路由器会甩给下一站路由器，直到通过目标IP的对比，找到$$目标计算机。$

第三步：目标计算机收到所有的分组数据后，将数据拼凑在一起，就得到了完整的数据。

$路由器的关键作用就在于：实现分组数据在不同网段间的交换。$

下面我们看几张图来进一步的理解以下上述的文字。

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数据包分片（IP分组交换的体现）

$分片是分组交换的思想体现，也是IP协议解决的两个主要问题之一，在$$IP协议中的分片算法主要解决不同物理网络最大传输单元（MTU）的$$不同造成的传输问题。$
$IP分片是网络上传输IP报文的一种技术手段，IP协议在传输数据包时$
$,j将数据报文分为若干片进行传输，并将目标系统中进行重组。这一过$$程称为分片（fragmentation）。$

$IP分片原理：$
IP数据包首部里，16位标识唯一记录了一个IP包的ID，具有同一个ID的IP分片将会重新组装。13位片偏移则记录了某IP片相对整个包的位置，着两个表中间的3位标志则标志着该分片后面是否由新的分片。

$这三个标志就组成了IP分片的所有的信息，接受方就可以利用这些信息$$对IP数据进行重新组织。$

下面来看几张图进一步理解一下吧~

$IP数据包首部$