开通VIP，畅享免费电子书等14项超值服
首页
好书
留言交流
下载APP
联系客服
2023.03.06河南
1.网关的解释：
提到网关，我们就不得不提路由器的工作原理（详细介绍请往下看），我们先看看网关。
先在某度检索，得到大概这样的描述：网关（Gateway）是一个网络连接到另一个网络的“出口”。可知：1.它是一道门；2.与我们的数据传输有关。3.与广域网、局域网通讯有关
Gateway有2层含义，在硬件层面上，也就是你的出口路由器。例如你家里路由模式下的光猫，家里的路由模式的主路由器等。如果家里的路由器开的是AP模式，那就不是网关了。
Gateway在软件层面，有个别称，叫“下一跳”。你可能会经常听到默认网关，静态路由等词，都和网关有关系，主要是告诉你下一站的地址。
因为硬件层面的Gateway比较好解释，这一期，我们主要解释一下软件层面的“网关”。
既然是一道“门”，那么，谁在指挥“门”的发挥关卡的作用呢？自然是理由器！它是一个指挥、数据处理中枢与枢纽。
2.路由器的结构与分类：
路由器的本质就是一台电脑，通常插着两张网卡，其中一张网卡连接广域网WAN，另外一张网卡连接局域网LAN。
WAN的IP地址由上级网络分配，LAN的IP地址可自行设置。
家用路由器默认Lan口IP地址（一般是192.168.1.1/24），在包装说明书、路由器背面的铭牌中有写明，也是路由器的默认管理地址。
路由器的本质，另外家用路由器是路由交换一体机
更高级的路由器可以有多个WAN口，甚至可以添加虚拟网卡，可以实现“单线多播”负载均衡叠加网速等更高级的功能。
3.路由器的功能1：寻址与转发
我们之前讲过交换机，交换机是一个数据转发设备，在OSI模型中的第二层,数据链路层工作，通过MAC地址和交换机端口号的对应关系来转发数据包，忘记的小伙伴可以看果子的第1期视频。而我们今天要讲路由器在OSI模型中的第3层“网络层”工作，是一个三层转发设备。
我们所说的多少层，不是说设备只在这一层工作，而是最少能到达到这一层。
路由器在OSI模型中的工作层级
3.1.路由规则
路由器最主要的作用就是实现跨网段的数据传输与转发。
就像交通路标一样，指引着车辆和行人的行动，这种指引行为就叫路由，路由器通过路由表来记录转发规则。我们先来看看路由表长什么样。因为普通路由器无法查看路由表，所以果子在centos7系统上进行演示。
路由器主要是为了实现跨子网的传输
我们在centos系统中输入route-n命令，就可以查询路由表，查询到的路由表有8列，其中第1列Destination为目的地址，第2列Gateway为网关地址，也叫“下一跳”，第3列Genmask为网关掩码，第8列Iface为网卡接口。
查询路由表的方法，路由表
我们将第1列与第3列合并起来，会惊奇地发现，第一列不就是网络地址吗？忘记的同学可以翻看第2期视频。Flag带有G的规则代表网关规则，若数据包的目的IP地址与路由表中目的地址匹配，路由器会将数据包转发到Gateway中的网关地址。如果flag不带G，说明本条规则不是网关规则，目标地址肯定就在本地链路，通过同一个交换机相连。
如何看路由表
举个例子，如果想发送数据给某度的服务器39.156.69.79，匹配到的目的地址是0.0.0.0/0，那么这个数据包就会被转发给网卡eth0，走默认网关192.168.0.1。
如果数据包的目的地是果子的办公室的主机，IP地址为192.168.2.12，那么会同时符合两个目的网段，0.0.0.0/0和192.168.2.0/24，但是路由器会优先匹配更精确的规则，所以数据包通过tun0网卡转发给网关192.168.10.12。
3.2网络数据包的长距离传输：
网络数据包长距离传输的过程中，会经过一个个的路由器，我们拿局域网内一台主机和百度的通讯举个例子，假设局域网内一台主机192.168.0.4/24要访问公网上的百度主机39.156.69.79。主机查询自己的路由表，把数据包发送给谁呢？
主机查询自己的路由表，把数据包发送给默认网关192.168.0.1（路由器LAN端IP地址）。路由器收到数据包后，继续发送给更上级的默认网关（运营商的路由器），经过多个路由的传递，最终百度主机就会收到信息了。
我们在centos系统中，可以使用traceroute-nbaidu.com的命令查看中途经过了哪些路由器。我们很清晰地看到，第一个经历的路由器就是我们自己的路由器192.168.0.1，第二个路由器是运营商的路由器，27.19.176.1，中间的路由器都是城市路由的节点。
3.3.路由规则的获得
路由器如何获得路由规则？
路由器想要实现路由功能，首先路由器本身得知道数据应该向哪里传。
路由器得知这些信息的方式大致有3种，第一种方式是直连路由；第二种是通过手动添加路由规则，也就是静态路由。第三种是通过动态路由协议获得的路由，一般在城市或大型企业网络运用比较多，家庭网络甚至小型企业根本用不上，我们主要了解一下前两种方法。
第一种方式是直连路由。
当主机正确配置好一个IP地址后，会自动生成一条目的地址为该子网的路由。例如树莓派的网卡eth0通过dhcp获得192.168.0.4/24的ip地址，那么会自动产生一条目的地址为网段192.168.0.0/24的路由。如果我在网卡tun0上手动设置IP地址为192.168.10.4/24，也会增加192.168.10.0/24的路由。
例如果子添加目的地址为果子办公室的子网192.168.2.0/24，网关地址为192.168.10.12，因为树莓派本机根本不知道192.168.2.0/24的子网在哪里，所以必须手动设置。再例如，在mac系统中，手动配置IP地址时，填写的网关或路由，会生成路由表中的默认路由。
路由器的第二个功能为DHCP服务器。
DHCP，也叫动态主机配置协议。
路由器有自带的DHCP服务器，为接入的设备自动分配IP地址，在路由器上开启DHCP功能，便能使用设备自动分配IP地址功能。
通过DHCP服务器，可将配置好的IP地址池，子网掩码，网关信息，DNS信息下发给下联的网络设备。
需要注意的是，即便路由器的DHCP功能是开启的，主机仍然可以强制手动设置IP地址，子网掩码等，只要这些和路由器管理地址处于同一个网段，IP地址不冲突，仍然可以正常和路由器通讯以及上网。
特别值得注意的是，同一个LAN中，最多只能有一个DHCP服务器处于开启状态，否则可能会导致下联的设备不能正确的获取网络配置，从而导致无法上网。
5.路由器的功能3:源地址转换NAT
路由器第三个重要功能，就是利用NAT技术为本地局域网做源IP地址转换SNAT。
NAT，也叫IP伪装技术。局域网主机ip地址是一个私有地址，别人家也可能有相同的地址。假设发送到公网的地址是局域网主机ip地址，百度主机要返回数据包时，不知会传到哪。
所以，数据包在出路由器之前，路由器会将该数据包的源IP地址伪装成路由器WAN口的公网IP地址，当百度主机想返回数据包时，目的地址便是我们的公网IP地址了。路由器收到传回来的数据包后，会自动做目的地址转换DNAT，将目的地址从公网IP转换为刚才发送消息主机IP地址，内部主机顺利接收信息，路由器内部所有的设备也都通过这种方式上网。
路由器工作原理详细介绍
《路由器如何工作？作用是什么？最硬核科普！学会后可网工级组网》
图文编辑：旋律果子猫小爪
旋律果子：网络Geek/Linux开发者/中国科学院大学在读博士/科技数码博主/国家水利水电二级建造师/优质科技领域创作者