简介路由器的原理概述

一、原理概述

路由器是最常见的网络设备之一，本文简单描述其工作原理：

1、成表：当路由器的端口配置了IP地址后，会自动形成直连路由的条目。然后无论采用静态路由，还是采用动态路由协议，都需要在路由表中生成网络中各个地址段对应的路由条目。

2、查表：分析数据包的 目标IP地址，并且查找路由表：能找到对应的路由条目，则在对应端口转发；如果找不到对应的路由条目，则丢弃数据包。

说明：结合我的上一篇文章《无VLAN配置的交换机的工作原理》，可以看出交换网络和路由网络的工作原理是比较相似的。

二、案例讲解：

1、网络拓扑：

为便于理解，结合下图进行讲解：

如上图所示，主机PC1和PC2分别连接路由器R1和R2，PC1的网关地址配置为192.168.1.254，PC2的网关地址配置为192.168.3.254，其他配置如上图所示。

此时我们查看R1和R2的路由表（在特权模式下执行show ip route），如下：

可以看到R1的路由表里面只有192.168.1.0/24和192.168.2.0/24两个直连网段的路由，而R2的路由表里面只有192.168.2.0/24和192.168.3.0/24两个直连网段的路由。

此时从PC1主机ping主机PC2是不通的，因为R1上面没有PC2的网段192.168.3.0/24的路由，而R2上面也没有PC1的网段192.168.1.0/24的路由。

测试结果如下：

可以看到PC1的网关192.168.1.254返回结果：Destination host unreachable，即目标主机不可达。此时PC1发出的ICMP数据包到达R1后，R1检查自己的路由表，没有发现目标地址192.168.3.0/24所在的网段对应的路由表，于是把数据丢弃，并返回提示信息给源主机PC1.

2、成表

为了实现PC1和PC2的网络互通，我们需要在R1和R2的路由表分别添加一下PC2和PC1所在网段的路由条目。本实验通过静态路由实现。命令如下：

R1(config)#ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.2

R2(config)#ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.2.1

此时我们查看R1和R2的路由表（在特权模式下执行show ip route），如下：

可以看到分别增加了一条类型为“S”的路由条目（S-Static，指的是静态路由）。

3、查表

此时从PC1主机ping主机PC2就可以通了，测试结果如下（前两个包“timed out”是由于在执行ARP过程，具体可参考ARP协议工作原理）：

当ICMP数据包从PC1到达R1的时候，R1检查数据包的目的IP地址192.168.3.1，然后在自己的路由表中查到对应的路由条目“S 192.168.3.0/24 [1/0] via 192.168.2.2”，需要从192.168.2.2这个地址转发出去，然后再看路由条目“C 192.168.2.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/1“，知道数据包最终需要从端口”GigabitEthernet0/1“发送出去。

从R1的”GigabitEthernet0/1“端口发送的数据包，被R2的端口”GigabitEthernet0/1“收到，R2检查数据包的目的IP地址192.168.3.1，然后在自己的路由表中查到对应的路由条目“C 192.168.3.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0”，于是把数据包从R2的”GigabitEthernet0/0”端口发送到目标主机PC2。

目标主机PC2收到ICMP包以后，发现目标IP地址就是自己，于是构建ICMP回应数据包，即把目标地址修改为192.168.1.1，而源地址修改为192.168.3.1，依次经过R2、R1返回PC1（R2、R1查找路由表的过程与上述类似），于是PC1和PC2能够互相ping通了。

三、总结

由上述过程可见，路由器的工作原理也可以分为“成表”和“查表”两步，与交换机的工作原理很类似。