路由器的工作原理与数据包转发过程详解

路由器的工作原理与数据包转发过程详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2201_75549363/article/details/139337202

路由器是网络通信中的关键设备，它能够将数据包转发到正确的目的地，并在转发过程中选择最佳路径。本文将详细介绍路由器的工作原理、路由表的形成、静态路由和默认路由的概念，以及路由器转发数据包的封装过程。

路由器的工作原理

路由器的核心功能是根据路由表转发数据包。其工作流程如下：

1. 接收数据包
2. 查看目的地址
3. 与路由表进行匹配，找到转发端口
4. 将数据包转发到该端口

例如，主机1.1要发送数据包给主机4.1，因为IP地址不在同一网段，主机会将数据包发送给本网段的网关路由器A。路由器A接收到数据包后，查看数据包IP首部中的目标IP地址，再查找自己的路由表。数据包的目标IP地址是4.1，属于4.0网段，路由器A在路由表中查到4.0网段转发的接口是S0接口。于是，路由器A将数据包从S0接口转发出去。网络中的每个路由器都是按这样的步骤去转发数据，直到到达了路由器B，用同样的转发方法，从E0口转发出去，4.1主机接收到这个数据包。

路由表的形成

路由表是路由器中维护的路由条目的集合，路由器根据路由表做路径选择。路由表中记录了网段IP地址和对应下一跳接口的接口号。

• 直连网段：与路由器直接相连的网段，配置IP地址，端口UP状态，形成直连路由
• 非直连网段：与路由器不直接相连的网段，需要静态路由或动态路由，将网段添加到路由表中

静态路由和默认路由

静态路由

静态路由是由管理员手工配置的，是单向的，并且缺乏灵活性。静态路由需要管理员逐条写入，而且不能对网络的改变做出反应，因此一般来说，静态路由用于网络规模不大、拓扑结构相对固定的网络中。如果网络拓扑变了，管理员又要手动配置。

注意它是单方向的，如果要在路由器上配置到其他网段的静态路由，必须进行双向配置。例如，在上例中，在路由器 A 上配置了静态路由，只是告诉路由器 A 如何到达 192.168.1.0 网段。如果路由器 B 需要将数据包转发到连接在路由 器 A 上的网络，就还要在路由器 B 上配置路由 （两边都要配，不然没法互相发送数据）。

默认路由

当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目时，路由器把请求转发到默认路由接口，它是一种特殊的静态路由。同时它的优先级也是最低的，如果同时存在静态路由，它会优先匹配静态路由。

使用场景：

• 这个网络只有一个唯一的路径能够到达其他网络
• 适当地使用默认路由还可以减小路由表的大小。网络管理员有时会这样配置路由表，即在路由表中只添加少数的静态路由，同时添加一条默认路由。这样当收到数据包的目的网络没有包含在路由表中时，就按照默认路由来转发（当然默认路由有可能不是最好的路由）。

路由器转发数据包的封装过程

总结：整个过程中IP地址是不变的，MAC地址一直在变化。

通过学习路由器的转发原理，再来总结下和交换机的区别：

• 交换机查看MAC地址表，路由器查看路由表
• 如果MAC地址表没有对应条目，交换机会发送广播在区域内泛洪，而路由器如果找不到对应的条目会直接丢弃，并且会返回一个不可达的信息，它不会发送广播，所以路由器是隔离广播域的，而交换机所在的网络内部是一个广播域，它只在本区域内泛洪，不会泛洪到路由器外面
• 交换机工作在二层，根据MAC地址表转发数据帧，路由器工作在三层，根据路由表转发数据包
• 交换机一般工作在局域网内，而路由器工作在广域网

配置示例

下面讲解如何配置静态路由和默认路由，通过配置路由也熟悉下华为路由器的各种配置命令。

1. 给主机配置IP、掩码，网关
2. 拿到一台路由器首先配置接口IP地址

int g0/0/0
IP add 192.168.1.1 24
dis ip int b //查看接口对应IP地址，接口状态
ip route-static 网络号 子网掩码 下一跳IP //静态路由配置
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳IP //默认路由配置
dis ip routing-table //查看路由表（学会看路由表）

配置命令示例：

system-view (切换系统模式)
sysname R1 （配置主机名）
[R1]undo info-center enable （关闭提示信息）
[R1]int g0/0/0
[R1 0/0/0]ip add 192.168.10.1 （配置IP）
[R1 0/0/0]undo shutdown
[R1 0/0/0]quit
[R1]int g0/0/1
[R1 0/0/0]ip add 10.0.0.1 （配置IP）
[R1 0/0/0]undo shutdown
[R1 0/0/0]quit
两外一个端口一样
[R1]ip route-static 20.0.0.0 24 10.0.0.2 //网络号 子网掩码 下一跳IP //静态路由配置
[R1]ip route-static 192.168.20.0 24 10.0.0.2
[R1]dis ip routing-table //查看路由表

浮动路由

路由优先级（值越小越优先）优先级相同则比较度量值，度量值越小越优先，如果都一样则负载分担，多条链路同时传输数据

• 直连 0
• 静态 60 默认
• OSPF 10
• IS-IS 15
• RIP 100
• OSPF ASE 150
• IBGP 255
• EBGP 255

配置示例：

[R1]ip route-static 192.168.1.0 24 11.0.0.2 默认优先级为60，越小越优先
[R1]ip route-static 192.168.1.0 24 12.0.0.2 preference 70 配置浮动路由用于备份，也是静态路由，备用路径
取消操作用undo
最后验证主机是否ping通

故障排查

目标：

1. 培养故障排查的思路
2. 学会独立排障

方式：
从近到远，从下到上

华为路由命令：

• dis fib //查看FIB（转发信息库）表
• Tracert