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一.路由器的工作原理

首先我们知道路由器是工作在网络层的，那就是三层设备。网络层的功能主要为：不同网段之间通信、最佳路径选择也就是逻辑地址（ip地址）寻址、转发数据。

1.路由器是什么

路由器是能将数据包转发到正确的目的地，并且在转发过程中选择最佳路径的设备，用于不同网络之间的通信。（这跟网络层的功能一样)

2.路由器的工作原理

跨网段通信把数据交给网关，ARP请求目标主机MAC地址，数据封装、解封装后通过路由表选择最佳路径然后转发。

第一步：主机1.1段要发送数据包给主机4.1端，因为IP地址不在同一段，主机会将数据包发送给本网段的网关路由器A。

第二步：路由器A接收到数据包，查看数据IP首部中的目标地址，再查找自己的路由表，数据包的目标IP地址是4.1端，属于4.0网段，路由器A在路由表中查到4.0网段对应的是S0接口，然后将数据从S0口转发出去。

第三步：网络中的每一个路由器都是按这样的步骤进行转发数据，直达了路由器B，用同样的转发方法从E0口转发出去，4.1主机就可以收到这个数据。

二.路由表结构

1.路由表是什么

它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，里面记录了网段ip地址和对应下一跳接口的接口地址。

2.路由表的原理和形成

2.1原理

根据路由表转发数据

2.2形成

直连网段：跟路由器直接相连接的网段，配置IP地址，端口UP状态，形成直连路由。

非直连网段：跟路由器不直连相连的网段，需要静态路由或者动态路由，将网段添加到路由表中。

3.静态路由

3.1静态路由

由管理员手工配置，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，静态路由用于规模不大、拓扑图相对固定的网络中，如果拓扑图变了，管理员又要手动配置了。

注意：它是单方向的，如果要在路由器上配置静态路由，它也是只能往一个方向传输，如果对面需要回访，那就需要在路由器上也配置静态路由。

3.2默认路由  （特殊的静态路由 ）

当路由器在路由表中找不到目标的路由条目时，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它网络，默认路由在某些时候非常有效，当存在末梢网络（Stub Network）时，默认路由会大大简化路由器的配置减轻管理员的工作负担，提高网络性能。

①企业的出口路由器

②末梢网络

什么是末梢网络：就是靠近用户主机的最近的一个路由器。

三.路由器转发数据包的封装过程

1.交换机和路由器的区别

交换机：先查看MAC地址缓存表是否有MAC地址，有—>转发，没有—>广播（泛洪）

工作在数据链路层，根据“MAC地址表”转发数据，硬件转发。

路由器：先查看路由表中是否有接口，有—>转发，没有–>丢弃。（路由器封装过程中：IP地址不变，MAC地址随着封装在变动）

2.路由器转发数据包的封装过程

①明确：

源IP地址：192.168.1.2

目标IP地址：192.168.2.2

②前提：

当Host A主机ping Host B主机，此时中间因为跨网段了，所以需要通过路由器来进行转发。但是传输的时候需要知道目标的MAC地址，点到点进行传输时就需要通过MAC地址来识别下一个设备的位置。

第一步：

Host A首先进行广播，使用ARP协议解析出路由器A的MAC地址，然后将路由器A的MAC地址存在自己的ARP缓存表中，再然后将源IP(192.168.1.2)、源MAC(11-11)，目标IP(192.168.2.2)、目标MAC(22-22)进行封装，然后送到路由器A的E0接口。

第二步：

当路由器A的E0接口收到数据包后，先进行解封装，再查看目标IP地址，然后根据对应自己的路由表，查询到对应的转发路线，转发路由为E1，将数据送到接口E1。

第三步：

到达路由器A的E1口后再次使用ARP协议解析出路由器B的MAC地址，然后将路由器B的MAC地址存在自己的ARP缓存表中，再然后将源IP(192.168.1.2)、源MAC(33-33)，目标IP(192.168.2.2)、目标MAC(44-44)进行封装，送到路由器B的E1接口。

第四步：

到达路由器B的E1接口进行解封装，查看源IP地址，再查看自己的路由表，查找到对应的路线为E0，然后将数据转发至路由器的E0接口。

第五步：

到达路由器B的E0接口，再次进行ARP解析出Host B的MAC地址，并将MAC地址存到自己的ARP缓存表中，然后将源IP(192.168.1.2)、源MAC(55-55)，目标IP(192.168.2.2)、目标MAC(66-66)进行封装，封装之后送达到Host B主机中。

③小结：路由器的封装过程中，IP地址不变，MAC地址一直在变。