3层路由器与交换机的转发原理

注意，本博文重在介绍路由器交换机的转发原理，不具体阐述其学习过程。

路由器的转发原理：

典型的路由器是一种3层设备，所以，它是使用3层地址，IP地址来路由数据包的。当一个2层数据帧被路由器的接口接收后，路由器将2层帧头解封丢掉，读取3层IP头的信息。首先他会检查TTL（time to live,生存时间）的值，若该值为0，则丢掉。然后，他检查IP头的目的IP地址，然后使用最长匹配原则与自己的IP路由表比较，通过最长匹配原则，选出与其最符合的IP路由条目，将数据包重新封装成帧，转发该路由条目到指示的下一跳。

值得一提的是最长匹配原则。在将IP头的目的IP地址与路由表中比较时，如果有多个不同大小的子网地址，同时与该目的IP地址匹配怎么办？那就要让路由器选择一个子网掩码最长的路由条目来转发数据包。因为子网掩码长度越长，则表示该网络地址越精准，则越合适。

交换机的转发原理：

2层交换机是数据链路层地址，所以使用数据链路层的子层，媒体访问层，MAC层的地址转发数据帧。
当交换机的接口接受到一个数据帧，它将检查2层帧头中的目的MAC地址，并与自己的MAC地址表比较。如果有匹配项，则将数据帧从该匹配项指示的本地接口处向外转发。如果没有与MAC地址表匹配，那么就从除这个接受该数据帧的接口之外的所有接口泛洪出去。

3层交换机是网络层设备，但它既可以在2层实现转发，也可以在三层实现转发。
当3层交换机的两端的终端是在同一网段下，那么交换机可以直接使用2层的MAC地址表进行转发。

如果3层交换机的两端的终端是在不同的网段下，如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，这个缺省网关的IP对应第三层路由模块，所以对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址（由源主机A完成）；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据（三层交换机要确认是由A到B而不是到C的数据，还要读取帧中的IP地址。），就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。

第四层交换的一个简单定义是：它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址（第三层路由），而且依据TCP/UDP(第四层) 应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP，指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。