現(xiàn)在路由器的組成

現(xiàn)在路由器跟計算機網(wǎng)絡(luò)中的路由其實不太一樣娄周，因為現(xiàn)在大家家里常用的路由器一般是集成了交換機功能的路由器箕憾，即既有路由器轉(zhuǎn)發(fā) ip 數(shù)據(jù)包的功能泥技，又有交換機以橋接的方式連接內(nèi)網(wǎng)里設(shè)備的功能（這里說的外網(wǎng)不是指 Google鞋仍，Youtube 這些相對中國大型局域網(wǎng)的外網(wǎng)，而是指包括 Google 在內(nèi)也包括 Baidu 在內(nèi)的我們每天在用的 Internet磕洪。內(nèi)網(wǎng)簡單來說在自己家里可以看作是同一個路由器下面連接的所有設(shè)備吭练、在公司里可以看作是 kwai-staff 下連接的所有設(shè)備所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）。

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如圖所示析显，位于中間的 ADSL Router 左右兩側(cè)的防火墻以及下面的所有 PC鲫咽、Network Server 同處在一個內(nèi)網(wǎng)以下，而對于這些設(shè)備來說谷异，上面的 WAN 和 Cable Router 就屬于外網(wǎng)分尸。

路由器的路由功能：

先明確一下計算機中對路由器的定義

節(jié)點（Node）：任何一個實現(xiàn)了 ip 協(xié)議（能夠處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文）的設(shè)備。

路由器（Router）：擁有處理不是給自己的報文的設(shè)備歹嘹。

主機（Host）：除了 Router 以外的 Node（手機箩绍、電腦、switch（指任天堂的 switch尺上，不是交換機）材蛛、掃地機器人等等）。

從上面可以看出怎抛，路由器的定義就是除了可以處理給自己的包以外卑吭，還可以處理經(jīng)過自己但是不是給自己的包。所以哪天你在自己的電腦上更新了 iptables 規(guī)則马绝，實現(xiàn)包的自定義轉(zhuǎn)發(fā)陨簇，那此時你的電腦在網(wǎng)絡(luò)拓撲中承擔的角色就是路由器而并非只是一個主機了。

在同一個路由器下的設(shè)備中迹淌，都會被分配一個內(nèi)網(wǎng) ip河绽，而這些設(shè)備想要上網(wǎng)則需要跟外網(wǎng)的 ip 進行數(shù)據(jù)包的雙向傳輸。路由器起到的作用就是對內(nèi)網(wǎng)提供一個 ip唉窃，對外網(wǎng)提供另一個 ip耙饰。內(nèi)網(wǎng)設(shè)備發(fā)起的網(wǎng)絡(luò)請求，可以大致被分為兩個過程

1. 內(nèi)網(wǎng) ip 把數(shù)據(jù)包傳給路由器纹份，路由器通過接受方的 ip 將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去儿普，被 A 接受；
2. A 通過路由器外網(wǎng)側(cè)的 ip 傳回給路由器尘应，路由器再通過內(nèi)網(wǎng)的 ip 轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的內(nèi)網(wǎng)設(shè)備。

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問得好，在這里一個繞不過去的原因其實是 ipv4 的地址不夠用铜秆，常見的 ip 地址格式是 114.51.4.3淹真，分成 4 個數(shù)字的部分，每個部分的取值范圍是 0-255连茧，因此可以算出 ip 地址其實是有數(shù)量上限的核蘸，從 0.0.0.0 到 255.255.255.255，粗略來算大概是 40 億個 ip 地址啸驯，如果跟設(shè)備一一對應(yīng)的話...比如我自己就有 1 臺臺式機客扎、2 個筆記本、1 個樹莓派坯汤、若干個手機、一臺服務(wù)器等搀愧《枘簦總之需要分配 ip 地址上網(wǎng)的設(shè)備不下 10 個，40 億個 ip 地址是肯定不夠全世界人口用的咱筛，加上大量的地址都在一些較早接入互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)達國家手里搓幌，帝國主義亡我之心不死，再有其他的原因就是出于安全或者速度等其他方面的考量了迅箩。

這里自然而然帶出了兩個概念：公網(wǎng)ip 和 內(nèi)網(wǎng)ip溉愁，前者是指在 Internet 上正常情況下可以訪問到的唯一的 ip 地址，而路由器起到的功能就是對外提供唯一的一個公網(wǎng) ip饲趋，后者是指路由器給機器分配的 ip拐揭，內(nèi)網(wǎng) ip 的格式一般是 10.x.x.x、172.x.x.x奕塑、192.x.x.x堂污，而且在同一個內(nèi)網(wǎng)里的設(shè)備之間互相通訊不需要經(jīng)過路由器。

由于路由器下設(shè)備都共用一個公網(wǎng) ip龄砰，數(shù)據(jù)包在傳回的時候根據(jù)公網(wǎng) ip 能找到的設(shè)備只有路由器盟猖，所以需要路由器接受到數(shù)據(jù)包之后根據(jù)自己的記錄來決定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給哪個設(shè)備讨衣。

路由功能的核心--NAT（Network Address Translation）

NAT 是一種通過包含路由功能的設(shè)備時對 ip 報文頭部的信息進行更新（更改 Source Address 或者 Destnation Address）的方式。 說到 NAT式镐，就需要從 ipv4 的報文結(jié)構(gòu)開始說起反镇。

表中展示的就是一個 ipv4 報文的結(jié)構(gòu)，在這個場景下需要關(guān)心的只有 4 個 源地址(Source Address)娘汞、目的地址（Destination Address）歹茶、首部校驗和（CheckSum） 和 TTL（Time To Live）。

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源地址：發(fā)出報文的 ip 地址
目的地址：接受報文的 ip 地址
首部校驗和：用于防止數(shù)據(jù)包內(nèi)容出錯進行校驗价说，每次經(jīng)過一個路由器更新的報文頭部的信息之后會重新計算一次辆亏。
TTL：是一個整數(shù)，因為數(shù)據(jù)包在傳遞的時候需要經(jīng)過多次路由選擇鳖目，每經(jīng)過一次路由 TTL 都會減 1扮叨，減到 0 如果還沒有到達目的地址，該數(shù)據(jù)包會被丟棄领迈。

注：數(shù)據(jù)包從一個路由傳到下一個路由被稱作一跳（Hop）彻磁，這是一個無狀態(tài)的過程。這里的無狀態(tài)是指數(shù)據(jù)包的每一跳都由當前路由進行選擇狸捅，而且彼此之間獨立衷蜓，所以可能會出現(xiàn)同一個數(shù)據(jù)包在兩個路由之間來回傳遞的情況，該設(shè)計是為了防止數(shù)據(jù)包在兩個路由之間來回傳尘喝，導(dǎo)致耗盡兩個路由之間的資源磁浇。

前面說到公網(wǎng) ip 是唯一的，與之對應(yīng)的內(nèi)網(wǎng) ip 則不是唯一的（但是這里的不唯一是指在不同的內(nèi)網(wǎng)下不唯一朽褪，在同一個路由器下的所有設(shè)備里置吓，每個設(shè)備的內(nèi)網(wǎng) ip 也是唯一的）。

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從圖中可以很容易看出 NAT 的作用戴质，

1. 在往外傳輸經(jīng)過路由的時候?qū)⒃吹刂愤M行更換
2. 在數(shù)據(jù)往回傳輸經(jīng)過路由的時候，對目的地址進行更換

往返的這兩個過程分別稱為 SNAT 和 DNAT踢匣，其實就是對源地址的 NAT 和對目的地址的 NAT告匠。

路由器的交換機功能

路由器背后一般會有 1-N 個網(wǎng)線接口，一般會有其中一個顏色與其他的不同离唬。如果有 1 個網(wǎng)線接口凫海，那這個網(wǎng)線接口是 WAN 口（連接路由器和 Internet 的接口），其他的網(wǎng)線接口則是對內(nèi)提供交換機功能的 LAN 口（連接路由器和路由器下內(nèi)網(wǎng)的接口）男娄。

路由器的 LAN 和 WAN 之間是獨立的行贪，也就是說在 WAN 口不能用（無法訪問外網(wǎng)）的情況下漾稀，仍然不會影響 LAN 口下各個設(shè)備之間的互相通訊。

如果家里有機器需要用路由器后面的網(wǎng)線接口建瘫，一定要確認自己插入的接口是百兆網(wǎng)口還是千兆網(wǎng)口崭捍，因為后面的接口可能速率有差。舉個例子來說啰脚，我家里用的聯(lián)通的光貓 + 路由器 + 交換機的一體機背后的 4 個 LAN 口只有第一個 LAN 口是千兆網(wǎng)口幸好我有千兆交換機殷蛇，其余全是百兆，使用的時候一定要看一下說明