路由器和交換機的工作原理---筆面試

路由器的工作原理

路由器的作用

1.路由，轉發
2.不同網絡類型的互聯
           

路由器是一個工作在tcp/ip協定棧中的三層裝置，同樣具有二層的功能。

1.路由器的路由轉發功能

對于一個進入路由器的資料包，先是對其進行解封裝到資料鍊路層，檢視目标mac位址，根據mac位址再看是否解封裝到三層，再三層再根據目标ip位址如何轉發或者解封裝。路由器工作過程如圖1所示。

            圖1：路由器的工作原理

由于路由器在工作時候隻檢視目标mac和目标ip位址（更快），基于此，有一種攻擊模拟為其他ip，對伺服器進行攻擊，使得伺服器被攻擊仍然無法察覺攻擊者是誰，如圖2所示。

     圖2：A主機模拟成B主機進行攻擊

2.路由器可以實作不同的網絡類型的互聯

不同網絡類型，那麼網絡類型有哪些呢？

網絡類型

1.p2p（點到點）----一個網段内，僅允許存在兩個實體接口。
2.BMA（廣播型多路通路）---支援多路通路，具有洪泛功能。
3.NBMA（非廣播型多路通路）---支援MA，但是沒有洪泛功能。隻有僞廣播
           

Q1：如何判斷一個網絡類型？

答：看二層封裝。三種網絡類型如圖3所示

     圖3：三種不同的網絡類型

知道了幾種網絡類型，路由器還有一個功能就是實作不同網絡之間的互聯

如圖4所示，将進入的資料包轉換為目标所在不同的二層進行發送。

     圖4：工作在不同網絡類型中的路由器

資料交換方式

資料的交換方式，即在路由器當中如何進行轉發的。

分為三種

1.原始包交換
2.快速交換
3.特快交換
           

1. 原始包交換

   查詢兩張表，先查詢TCAM表，找到從何處去，再查ARP表，擷取目标的mac位址。如圖5所示

   

        圖5：原始包交換查詢兩張表

2. 快速交換

   一次路由，多次交換，在資料流（一系列的包，間隔不超過2s）的傳輸過程中，對資料流的第一個包，對其生成cache緩存表，使得資料流的傳輸靠cache緩存，更加快速。下面的圖6通路就是基于此，第一個慢一些，其餘的都很快。

   

        圖6：快速交換的時間圖

3. 特快交換

   是cisco發明的，CEF技術，無需路由，直接轉發。

   原理是将TCAM表和ARP表轉換成二進制清單（二進制在計算機處理的時候更快），整合後形成轉發規則。

   路由表------》FIB表----解決路由表的遞歸問題

   ARP-------》adj表，鄰居關系表。

Q2：邊界路由器是先路由還是先NAT？

答：由内向外：先路由，再nat，

  由外向内，先nat，再路由。

不能了解的朋友可以參考圖7加以了解：内A去通路内B，是否需要先nat呢？

     圖7：路由器工作時nat和路由的順序

交換機的工作原理

交換機的作用

1.增加端口密度，多接口的互聯
2.電流識别轉發，理論上無限傳輸舉例（hub需要加壓，還會失幀）
3.完全無沖突域，多節點可以同時進行收發
4.實作二層單點傳播
           

工作原理

二層交換機的工作原理

資料幀（源mac，目标mac，源ip，目标ip）進入交換機，交換機會記錄這個接口的MAC位址+接口編号+vlanid轉換為hash值，生成到cam表中記錄下來，同時如果cam表中記錄了A中的目标mac位址，則向其轉發資料幀，沒有，則進行洪泛：除進入接口以外的所有接口都發包。

具體二層交換機的工作過程可以參考我的另一篇部落格：

交換機的産生和工作原理

文章講述了交換機的産生和工作原理以及虛拟區域網路vlan。

三層交換機的工作原理

三層交換機：二層交換機+三層交換機的集合體

既具有二層交換機的功能又同時具有路由器的功能

使用svi（實體上的二層接口）模拟成三層路由器。

工作過程如圖8所示：

     圖8：三層交換機工作過程

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