网络中路由器工作原理

A. 路由器转发数据的工作原理，用生活中的案例来表达

路由器（Router），是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。

路由器是一种三层设备，是使用IP地址寻址，实现从源IP到达目标IP地址的端到端的服务，其工作原理如下：

• 路由器接收到数据包，提取目标IP地址及子网掩码计算目标网络地址；

• 根据目标网络地址查找路由表，如果找到目标网络地址就按照相应的出口发送到下一个路由器；

• 如果没有找到，就看一下有没有默认路由，如果有就按照默认路由的出口发送给下一个路由器；

• 如果没有找到就给源IP发送一个出错ICMP数据包表明没法传递该数据包；

• 如果是直连路由就按照第二层MAC地址发送给目标站点。

路由器转发数据工作原理

B. 详解路由器的工作原理

很多人都知道路由器是现在很重要的上网连接设备，但可能都不太了解路由器的工作原理，下面是我整理的一些关于路由器的相关资料，供你参考。

我们知道路由器是用来连接不同网段或网络的，在一个局域网中，如果不需与外界网络进行通信的话，内部网络的各工作站都能识别 其它 各节点，完全可以通过交换机就可以实现目的发送，根本用不上路由器来记忆局域网的各节点MAC地址。路由器识别不同网络的 方法 是通过识别不同网络的网络ID号进行的，所以为了保证路由成功，每个网络都必须有一个唯一的网络编号。路由器要识别另一个网络，首先要识别的就是对方网络的路由器IP地址的网络ID，看是不是与目的节点地址中的网络ID号相一致。如果是当然就向这个网络的路由器发送了，接收网络的路由器在接收到源网络发来的报文后，根据报文中所包括的目的节点IP地址中的主机ID号来识别是发给哪一个节点的，然后再直接发送。

为了更清楚地说明路由器的工作原理，现在我们假设有这样一个简单的网络。假设其中一个网段网络ID号为"A"，在同一网段中有4台终端设备连接在一起，这个网段的每个设备的IP地址分别假设为：A1、A2、A3和A4。连接在这个网段上的一台路由器是用来连接其它网段的，路由器连接于A网段的那个端口IP地址为A5。同样路由器连接另一网段为B网段，这个网段的网络ID号为"B"，那连接在B网段的另几台工作站设备设的IP地址我们设为：B1、B2、B3、B4，同样连接与B网段的路由器端口的IP地址我们设为B5。

在这样一个简单的网络中同时存在着两个不同的网段，现如果A网段中的A1用户想发送一个数据给B网段的B2用户，有了路由器就非常简单了。

首先A1用户把所发送的数据及发送报文准备好，以数据帧的形式通过集线器或交换机广播发给同一网段的所有节点(集线器都是采取广播方式，而交换机因为不能识别这个地址，也采取广播方式)，路由器在侦听到A1发送的数据帧后，分析目的节点的IP地址信息(路由器在得到数据包后总是要先进行分析)。得知不是本网段的，就把数据帧接收下来，进一步根据其路由表分析得知接收节点的网络ID号与B5端口的网络ID号相同，这时路由器的A5端口就直接把数据帧发给路由器B5端口。B5端口再根据数据帧中的目的节点IP地址信息中的主机ID号来确定最终目的节点为B2，然后再发送数据到节点B2。这样一个完整的数据帧的路由转发过程就完成了，数据也正确、顺利地到达目的节点。

当然实际上像以上这样的网络算是非常简单的，路由器的功能还不能从根本上体现出来，一般一个网络都会同时连接其它多个网段或网络，就像图2所示的一样，A、B、C、D四个网络通过路由器连接在一起。

现在我们来看一下在如图2所示网络环境下路由器又是如何发挥其路由、数据转发作用的。我们同样需要假设，各网络用户的IP地址分配就不多讲了，图2已有标注。现假设网络A中一个用户A1要向C网络中的C3用户发送一个请求信号时，信号传递的步骤如下：

第1步：用户A1将目的用户C3的地址C3，连同数据信息以数据帧的形式通过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的所有节点，当路由器A5端口侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，需要路由转发，就把数据帧接收下来。

第2步：路由器A5端口接收到用户A1的数据帧后，先从报头中取出目的用户C3的IP地址，并根据路由表计算出发往用户C3的最佳路径。因为从分析得知到C3的网络ID号与路由器的C5网络ID号相同，所以由路由器的A5端口直接发向路由器的C5端口应是信号传递的最佳途经。

第3步：路由器的C5端口再次取出目的用户C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主机ID号，如果在网络中有交换机则可先发给交换机，由交换机根据MAC地址表找出具体的网络节点位置;如果没有交换机设备则根据其IP地址中的主机ID直接把数据帧发送给用户C3，这样一个完整的数据通信转发过程也完成了。

从上面可以看出，不管网络有多么复杂，路由器其实所作的工作就是这么几步，所以整个路由器的工作原理都差不多。当然在实际的网络中还远比上图2所示的要复杂许多，实际的步骤也不会像上述那么简单，但总的过程是这样的。

互联网各种级别的网络中随处都可见到路由器。接入网络使得家庭和小型企业可以连接到某个互联网服务提供商;企业网中的路由器连接一个校园或企业内成千上万的计算机;骨干网上的路由器终端系统通常是不能直接访问的，它们连接长距离骨干网上的ISP和企业网络。互联网的快速发展无论是对骨干网、企业网还是接入网都带来了不同的挑战。骨干网要求路由器能对少数链路进行高速路由转发。企业级路由器不但要求端口数目多、价格低廉，而且要求配置起来简单方便，并提供QoS，像飞鱼星的企业级路由器就提供SmartQoSIII。

接入

接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户。接入路由器已经开始不只是提供SLIP或PPP连接。诸如ADSL等技术将很快提高各家庭的可用带宽，这将进一步增加接入路由器的负担。由于这些趋势，接入路由器将来会支持许多异构和高速端口，并在各个端口能够运行多种协议，同时还要避开电话交换网。

企业级

企业或校园级路由器连接许多终端系统，其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，并且进一步要求支持不同的服务质量。许多现有的企业网络都是由Hub或网桥连接起来的以太网段。尽管这些设备价格便宜、易于安装、无需配置，但是它们不支持服务等级。相反，有路由器参与的网络能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够控制一个网络的大小。此外，路由器还支持一定的服务等级，至少允许分成多个优先级别。但是路由器的每端口造价要贵些，并且在能够使用之前要进行大量的配置工作。因此，企业路由器的成败就在于是否提供大量端口且每端口的造价很低，是否容易配置，是否支持QoS。另外‘还要求企业级路由器有效地支持广播和组播。企业网络还要处理历史遗留的各种LAN技术，支持多种协议，包括IP、IPX和Vine。它们还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及VLAN。

骨干级

骨干级路由器实现企业级网络的互联。对它的要求是速度和可靠性，而代价则处于次要地位。

硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。这些技术对所有骨干路由器而言差不多是标准的。骨干IP路由器的主要性能瓶颈是在转发表中查找某个路由所耗的时间。当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址以确定其目的端口，当包越短或者当包要发往许多目的端口时，势必增加路由查找的代价。因此，将一些常访问的目的端口放到缓存中能够提高路由查找的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器，都存在路由查找的瓶颈问题。除了性能瓶颈问题，路由器的稳定性也是一个常被忽视的问题。

太比特

在未来核心互联网使用的三种主要技术中，光纤和DWDM都已经是很成熟的并且是现成的。如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始带宽对应的路由器，新的网络基础设施将无法从根本上得到性能的改善，因此开发高性能的骨干交换/路由器(太比特路由器)已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术还主要处于开发实验阶段。

多WAN

双WAN路由器具有物理上的2个WAN口作为外网接入，这样内网电脑就可以经过双WAN路由器的负载均衡功能同时使用2条外网接入线路，大幅提高了网络带宽。当前双WAN路由器主要有“带宽汇聚”和“一网双线”的应用优势，这是传统单WAN路由器做不到的。

3G无线

3G无线路由器采用32位高性能工业级ARM9通信处理器，以嵌入式实时 操作系统 RTOS为软件支撑平台，系统集成了全系列从逻辑链路层到应用层通信协议，支持静态及动态路由、PPP server及PPP client、(包括、PPTP和IPSEC)、DHCP server及DHCP client、DDNS、防火墙、NAT、DMZ主机等功能。为用户提供安全、高速、稳定可靠，各种协议路由转发的无线路由网络。

随着3G 无线网络 的发展，人们越来越享受无线网络给人们带来的价值，市场上有多种类的3G无线路由器，其中有小黑A8 系列，小黑华为e5等。3G无线路由器在改变人们的生活。

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C. 路由的工作机制是什么

路由器
解释路由器的概念，首先得知道什么是路由。所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作，而路由器，正是执行这种行为动作的机器，它的英文名称为Router,是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。

简单的讲，路由器主要有以下几种功能：

第一，网络互连，路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；

第二，数据处理，提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；

第三，网络管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。

为了完成“路由”的工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－－路由表（Routing Table），供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。在路由器中涉及到两个有关地址的名字概念，那就是：静态路由表和动态路由表。由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态（static）路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。动态（Dynamic）路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。

为了简单地说明路由器的工作原理，现在我们假设有这样一个简单的网络。如图所示，A、B、C、D四个网络通过路由器连接在一起。

现在我们来看一下在如图所示网络环境下路由器又是如何发挥其路由、数据转发作用的。现假设网络A中一个用户A1要向C网络中的C3用户发送一个请求信号时，信号传递的步骤如下：

第1步：用户A1将目的用户C3的地址C3，连同数据信息以数据帧的形式通过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的所有节点，当路由器A5端口侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，需要路由转发，就把数据帧接收下来。

第2步：路由器A5端口接收到用户A1的数据帧后，先从报头中取出目的用户C3的IP地址，并根据路由表计算出发往用户C3的最佳路径。因为从分析得知到C3的网络ID号与路由器的C5网络ID号相同，所以由路由器的A5端口直接发向路由器的C5端口应是信号传递的最佳途经。

第3步：路由器的C5端口再次取出目的用户C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主机ID号，如果在网络中有交换机则可先发给交换机，由交换机根据MAC地址表找出具体的网络节点位置；如果没有交换机设备则根据其IP地址中的主机ID直接把数据帧发送给用户C3，这样一个完整的数据通信转发过程也完成了。

从上面可以看出，不管网络有多么复杂，路由器其实所作的工作就是这么几步，所以整个路由器的工作原理基本都差不多。当然在实际的网络中还远比上图所示的要复杂许多，实际的步骤也不会像上述那么简单，但总的过程是这样的。

增加路由器涉及的基本协议

路由器英文名称为Router，是一种用于连接多个网络或网段的网络设备。这些网络可以是几个使用不同协议和体系结构的网络(比如互联网与局域网)，可以是几个不同网段的网络(比如大型互联网中不同部门的网络)，当数据信息从一个部门网络传输到另外一个部门网络时，可以用路由器完成。现在，家庭局域网也越来越多地采用路由器宽带共享的方式上网。

路由器在连接不同网络或网段时，可以对这些网络之间的数据信息进行“翻译”，然后“翻译”成双方都能“读”懂的数据，这样就可以实现不同网络或网段间的互联互通。同时，它还具有判断网络地址和选择路径的功能以及过滤和分隔网络信息流的功能。目前，路由器已成为各种骨干网络内部之间、骨干网之间以及骨干网和互联网之间连接的枢纽。

NAT:全称Network Address Translation(网络地址转换)，路由器通过NAT功能可以将局域网内部的IP地址转换为合法的IP地址并进行Internet的访问。比如，局域网内部有个IP地址为192.168.0.1的计算机，当然通过该IP地址可以和内网其他的计算机通信;但是如果该计算机要访问外部Internet网络，那么就需要通过NAT功能将192.168.0.1转换为合法的广域网IP地址，比如210.113.25.100。

DHCP:全称Dynamic Host Configuration Protocol(动态主机配置协议)，通过DHCP功能，路由器可以为网络内的主机动态指定IP地址，而不需要每个用户去设置静态IP地址，并将TCP/IP配置参数分发给局域网内合法的网络客户端。

DDNS:全称Dynamic Domain Name Server(动态域名解析系统)，通常称为“动态DNS”，因为对于普通的宽带上网使用的都是ISP(网络服务商)提供的动态IP地址。如果在局域网内建立了某个服务器需要Internet用户进行访问，那么，可以通过路由器的DDNS功能将动态IP地址解析为一个固定的域名，比如www.cpcw.com，这样Internet用户就可以通过该固定域名对内网服务器进行访问。

PPPoE:全称PPP over Ethernet(以太网上的点对点协议)，通过PPPoE技术，可以让宽带调制解调器(比如ADSL Modem)用户获得宽带网的个人身份验证访问，能为每个用户创建虚拟拨号连接，这样就可以高速连接到Internet。路由器具备该功能，可以实现PPPoE的自动拨号连接，这样与路由器连接的用户可以自动连接到Internet。

ICMP:全称Internet Control Message Protocol(Internet控制消息协议)，该协议是TCP/IP协议集中的一个子协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。
总的来说，路由器与交换机的主要区别体现在以下几个方面：

（1）工作层次不同

最初的的交换机是工作在OSI／RM开放体系结构的数据链路层，也就是第二层，而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。由于交换机工作在OSI的第二层（数据链路层），所以它的工作原理比较简单，而路由器工作在OSI的第三层（网络层），可以得到更多的协议信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。

（2）数据转发所依据的对象不同

交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络，有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。

（3）传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域

由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。

（4）路由器提供了防火墙的服务

路由器仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。

交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。 路由器用于WAN-WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价格昂贵，第三层交换机既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以广泛应用。

目前个人比较多宽带接入方式就是ADSL，因此笔者就ADSL的接入来简单的说明一下。现在购买的ADSL猫大多具有路由功能（很多的时候厂家在出厂时将路由功能屏蔽了，因为电信安装时大多是不启用路由功能的，启用DHCP。打开ADSL的路由功能），如果个人上网或少数几台通过ADSL本身就可以了，如果电脑比较多你只需要再购买一个或多个集线器或者交换机。考虑到如今集线器与交换机的 价格相差十分小，不是特殊的原因，请购买一个交换机。不必去追求高价，因为如今产品同质化十分严重，我最便宜的交换机现在没有任 何问题。给你一个参考报价，建议你购买一个8口的，以满足扩充需求，一般的价格100元左右。接上交换机，所有电脑再接到交换机上就行了。余下所要做的事情就只有把各个机器的网线插入交换机的接口，将猫的网线插入uplink接口。然后设置路由功能，DHCP等， 就可以共享上网了。

看完以上的解说读者应该对交换机、集线器、路由器有了一些了解，目前的使用主要还是以交换机、路由器的组合使用为主，具体的组合方式可根据具体的网络情况和需求来确定。

D. 路由器和交换机的工作原理和基本配置是什么

路由器的工作原理：

1、路由器工作在OSI七层协议中的第三层，也就是网络层。其主要任务是接收来源于一个网络接口的数据包，根据这个数据包中所含的目地址，决定转发到的下一个目的地址。路由器中时刻维持着一张路由表，所有的数据包的发送和转发都通过查找路由表来实现的。这个路由表可以静态配置，也可以通过动态路由协议产生。

交换机

4、对于广播帧和组播帧向所有端口进行转发。

5、更新。MAC地址表会每300s更新一次。