计算机网络 之 【IP协议】（路由器、route及ip route指令、路由表、运营商简介）
·
目录
1.路由器
（1）定义
路由器 主要是一种网络层设备，负责连接两个或多个不同子网，根据路由表和目的IP地址，将数据包从源子网转发到目标子网
（2）路由器工作的层级（OSI模型）
| OSI层级 | 设备 | 处理单位 | 依据 |
|---|---|---|---|
| 网络层（第三层） | 路由器 | IP报文 | IP地址、路由表 |
| 数据链路层（第二层） | 交换机 | 帧 | MAC地址 |
| 物理层（第一层） | 集线器 | 比特 | 无 |
路由器是典型的三层设备：
- 转发决策（去哪个子网）：看第三层（IP）
- 帧封装与物理发送：依赖第二层和第一层
路由器在转发IP报文时，会丢弃原数据帧的二层头部（源/目的MAC），然后在出接口上根据下一跳IP的ARP结果重新封装一个新的二层帧
广播帧不会跨路由器转发， 路由器会隔离广播域
(3)从硬件架构上看，路由器和通用计算机没有本质区别
| 组件 | 通用计算机 | 路由器 |
|---|---|---|
| CPU | Intel/AMD 处理器 | MIPS、ARM、x86 处理器 |
| 内存 | DRAM | DRAM（存储路由表、缓存包） |
| 存储 | 硬盘/SSD | Flash（存储操作系统和配置） |
| 网络接口 | 网卡（1-2个） | 多个网络接口（WAN/LAN） |
| 操作系统 | Windows/Linux/macOS | 路由器OS（IOS、VRP、OpenWrt等）（专用） |
举例说明
| 设备类型 | 能否当路由器用？ | 说明 |
|---|---|---|
| 家用路由器 | 本身就是 | 专用计算机，带路由功能 |
| 旧电脑 + 两张网卡 | 可以 | 安装Linux/软路由系统（如OpenWrt、pfSense） |
| 普通PC | 默认不行 | 默认没有开启IP转发功能 |
()路由器IP
路由器有两个关键IP：LAN口IP（私网，如192.168.1.1）和 WAN口IP（运营商分配，可能是公网或运营商私网）
| 场景分类 | 子场景 | 获取/配置方式 | 典型用途 | 常见设备 |
|---|---|---|---|---|
| LAN侧多IP | 多VLAN子网 | 一个LAN口配置多个VLAN子接口 | 隔离办公网、访客网、IoT设备网 | 企业级路由器、支持VAC的交换机 |
| 多物理LAN口 | 路由器提供多个独立LAN接口 | 不同物理区域划分不同子网 | 多口企业路由器 | |
| 单口辅助IP | 同一接口绑定多个IP地址（如eth0:1） | 临时地址、过渡期配置、多服务监听 | 软路由、Linux服务器 | |
| WAN侧多IP | 多WAN口 | 连接多个不同运营商的宽带线路 | 带宽叠加、链路冗余、负载均衡 | 多WAN企业路由器 |
| 单WAN多PPPoE会话 | 同一物理端口建立多个拨号连接 | 单线路多IP、带宽叠加（需运营商支持） | 软路由、高配企业路由 | |
| 单WAN多静态IP | 运营商分配一个主IP及多个附加IP | 托管多个SSL网站、运行多个服务 | 企业专线场景 |
- 不同的路由器, 子网IP可以相同
- 子网内的主机IP地址不能重复，但是子网之间的IP地址可以重复
- 每一个家用路由器，其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点。 这样的运营商路由器可能会有很多级，最外层的运营商路由器的WAN口IP就是一个公网IP
- 子网内的主机需要和外网进行通信时， 路由器将IP首部中的IP地址进行替换(替换成WAN口IP)，这样逐级替换, 最终数据包中的IP地址成为一个公网IP
（4）路由器的核心功能
| 功能 | 说明 |
|---|---|
| 路由 | 建立和维护路由表（静态路由或通过OSPF/BGP等动态学习） |
| 转发 | 根据路由表，将IP报文从入接口转到出接口 |
| 子网隔离 | 连接不同子网，隔离广播域 |
| DHCP | 给子网内设备自动分配IP（常见于家用/边缘路由器） |
| NAT | 让私有IP设备通过公网IP上网（源地址转换） |
| ACL（访问控制列表） | 控制哪些数据包能通过（可基于MAC、IP、端口进行无状态过滤） |
（5）路由器的本质性结论
| 属性 | 核心结论 |
|---|---|
| 主机属性 | 路由器本质也是某个子网中的一台主机，必须配置IP地址 |
| 多接口属性 | 路由器至少连接两个子网，必须拥有多个IP地址 |
| 世界观属性 | 子网掩码和路由表定义了路由器眼中的网络世界 |
| 转发引擎属性 | 核心任务是IP报文转发，路由是“修路”，转发是“走路” |
（6）一句话总结
路由器是一台专门用于连接子网、转发IP报文的网络专用计算机，它运行着路由器操作系统（如IOS、OpenWrt），拥有CPU、内存、存储和多个网络接口
本质上，它就是一台“只有网卡和CPU、专门用来指路”的计算机
2.route指令及ip route指令简介
route [-f] [-n] [-C] [-v] add|del [-net|-host] target [netmask Nm] [gw Gw] [metric N] [mss M] [window W] [irtt I] [reject] [mod] [dyn] [reinstate] [[dev] If]常用选项：
| 选项 | 说明 |
|---|---|
-n | 不解析主机名（直接显示IP地址），速度更快 |
-v | 显示详细信息 |
-e | 以netstat格式显示路由表（等同于netstat -r） |
add | 添加一条路由 |
del | 删除一条路由 |
-net | 目标是一个网络 |
-host | 目标是一个主机 |
（1）基本查看命令
# 基本查看（会尝试解析主机名，较慢）
route
# 推荐方式：不解析主机名，直接显示IP
route -n
各列含义：
| 列名 | 含义 | 说明 |
|---|---|---|
| Destination | 目标网络/主机 | 数据包要到达的目的地 |
| Gateway | 网关地址 | 下一跳路由器的IP，0.0.0.0或*表示直连 |
| Genmask | 子网掩码 | 用于判断目标地址属于哪个网络 |
| Flags | 路由标志 | 见下表详细说明 |
| Metric | 路由度量值 | 越小优先级越高，用于多路径选择 |
| Ref | 引用计数 | 当前路由被使用的次数（通常不用关心） |
| Use | 查找次数 | 通过该路由发送的数据包数量 |
| Iface | 网络接口 | 从哪个网卡发送（eth0, wlan0等） |
2.2.Flags（标志位）详解
这是Linux route命令输出中最重要的一列：
| Flag | 全称 | 含义 |
|---|---|---|
| U | Up | 路由处于活动状态（可用） |
| G | Gateway | 使用网关（非直连网络）。没有G表示目标网络直连 |
| H | Host | 目标是一个主机（而不是网络） |
| R | Reinstate | 动态路由恢复标志（通常不用） |
| D | Dynamic | 由路由守护进程动态添加 |
| M | Modified | 由路由守护进程修改 |
| A | Address | 由地址配置添加 |
| C | Cache | 路由缓存条目 |
| ! | Reject | 路由被拒绝，数据包会被丢弃 |
- U：直连网络（如本地局域网）
- UG：默认路由或远程网络（需要通过网关转发）
- UH：主机路由（到单个IP的精确路径）
- UGH：通过网关访问的特定主机
（3）注意事项
- 使用route命令添加的路由重启后丢失，要永久保存，需要写入配置文件
- 所有修改操作（add/del）都需要root权限，查看操作不需要root
- 主机路由（-host，掩码/32）优先级最高
- 网络路由（根据掩码长度，越长越优先）
- 默认路由（0.0.0.0/0）优先级最低
2.3.ip route
ip route { add | del | change | append | replace | show | flush | get } ROUTE- 查看选项
| 选项/参数 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|
show | 显示路由表（默认命令） | ip route show |
list | 等同于 show | ip route list |
-n / -numeric | 不解析主机名，直接显示IP | ip -n route show |
-c / -color | 彩色输出，不同类型路由用不同颜色 | ip -c route show |
-j / -json | JSON格式输出（便于脚本处理） | ip -j route show |
-p / -pretty | 美化输出（与JSON配合使用） | ip -j -p route show |
-0 | 不显示协议信息（加快显示速度） | ip -0 route show |
-4 | 仅显示IPv4路由 | ip -4 route show |
-6 | 仅显示IPv6路由 | ip -6 route show |
-s / -stats | 显示统计信息（数据包计数等） | ip -s route show |
-d / -details | 显示详细信息 | ip -d route show |
-f / -family | 指定地址族（inet/inet6） | ip -f inet route show |
-o / -oneline | 每条路由输出为单行 | ip -o route show |
-t / -timestamp | 显示时间戳（用于监控） | ip -t route show |
输出字段详解：
| 字段 | 含义 | 示例 |
|---|---|---|
default | 默认路由（等同于0.0.0.0/0） | default |
via | 下一跳网关IP | via 192.168.1.1 |
dev | 输出接口 | dev eth0 |
proto | 路由协议类型 | proto static, proto kernel, proto dhcp |
scope | 路由作用域 | scope global, scope link, scope host |
src | 首选源地址 | src 192.168.1.100 |
metric | 路由度量值 | metric 100 |
blackhole | 黑洞路由 | blackhole 10.0.0.0/8 |
常用子命令：
| 命令 | 说明 |
|---|---|
ip route show | 查看路由表 |
ip route add | 添加路由 |
ip route del | 删除路由 |
ip route replace | 替换路由（不存在则添加） |
ip route get | 模拟路由查询 |
ip route flush | 批量删除路由 |
ip route save/restore | 保存/恢复路由表 |
2.4.路由表
路由表的核心作用是：当一个数据包需要被转发时，查找路由表，决定应该从哪个接口（网卡）发出去，以及发往哪个“下一跳”路由器
2.4.1路由表的工作原理（最长前缀匹配）
- 提取数据包的目标IP地址（例如：192.168.1.100）
- 遍历路由表中的每一条记录
- 对于每条记录，将目标IP地址与记录的网络掩码进行“按位与”运算，得到一个结果
- 检查这个结果是否等于该记录的目的地/目标网络。如果相等，则说明这条记录匹配
- 从所有匹配的记录中，选择网络掩码最长（即最精确）的那一条。这就是最长前缀匹配规则
- 根据选中的记录，把数据包从接口发往网关/下一跳
2.4.2特殊且重要的路由条目
（1）默认路由（Default Route）
- 形式：目的地 0.0.0.0，掩码 0.0.0.0
- 作用：当数据包的目标地址不匹配路由表中任何其他更具体的条目时，就走这条路由。它相当于“所有其他地方的包裹，都发往这个总出口”。
- 网关：通常是你的“默认网关”（比如家里的路由器地址 192.168.1.1），它再负责帮你把数据转发到外网（互联网）
（2）本地直连路由
- 形式：当你给电脑的网卡配置一个IP(如 192.168.1.10/24)时，系统会自动生成两条直连路由
- 一条：到达该网段（192.168.1.0/24）的路由，网关是 * 或 0.0.0.0，接口是本地网卡。这意味着发往 192.168.1.x 的数据包，直接从本地网卡发出去，不需要找网关
- 另一条：到达本机IP（192.168.1.10）的主机路由，用于访问自己
（3）主机路由
- 形式：目的地是一个具体的IP地址，掩码是 255.255.255.255
- 作用：指定到某一个特定主机的精确路径。它比任何网段路由都优先
2.4.3路由表来源
- 直连路由：自动生成。给接口配置IP和掩码后，系统自动添加
- 静态路由：网络管理员手动添加。适合小型、稳定的网络
- 动态路由：通过路由协议（如OSPF、BGP、RIP）在路由器之间自动学习、交换而来的。适合大型、复杂、会变化的网络
3.运营商
3.1 我们是怎么上网的（接入流程）
- 物理接入：城镇联系工作人员网线入户，城市规定光纤入户，光纤传递光信号
- 信号转换：调制解调器（光猫）将光信号转换为数字信号
- 认证上网：上网可能需要WIFI账号密码，运营商验证PPPoE 账号和密码
- 家庭组网：家用路由器构建局域网（LAN），可设置WIFI账号密码，对上网用户做认证
| 对比项 | PPPoE 账号密码 | WiFi 账号密码 |
|---|---|---|
| 作用位置 | 路由器 ↔ 运营商（BRAS） | 手机/电脑 ↔ 路由器 |
| 目的 | 认证用户身份，允许上网 | 加密无线连接，防止蹭网 |
| 谁设置 | 运营商提供（办理宽带时给用户） | 你自己在路由器后台设置 |
| 验证方 | 运营商的认证服务器 | 路由器本身 |
| 是否必须 | 必须（否则无法上网） | 可选（有线连接不需要） |
| 修改方式 | 路由器 WAN 口设置 | 路由器 WiFi 设置 |
| 典型形式 | 139****1234 + 短信密码 | MyHome_5G + Abc123456 |
3.2运营商做了什么
运营商 = 物理基础设施的建设者 + 公网IP资源的管理者 + 报文跨网络传输的调度者
（1）物理层：把网络铺到你家里
- 拉光纤、建机房、设BRAS、部署骨干网
- 国家扶持：重资产、回报慢，私企不愿干
（2）资源层：管理公网IP和路由
- 向国际组织申请大段公网IP（如中国电信AS4134拥有约1.2亿个公网IP）
- 按国家→省→市→区县层级分配IP前缀(可理解为:前x位国家，再y位省市，再若干位市区县)
- 通过BGP协议（了解、不做展开）与其他运营商交换路由
（3）业务层：认证、计费、NAT
- 验证你的宽带账号密码
- 给用户分配一个动态公网IP（或运营商级私网IP）
- 在你访问外网时做必要的地址转换
| 层面 | 主要事项 | 类比概况 |
|---|---|---|
| 物理层 | 把网络铺到你家里 | “路”的建设者 |
| 资源层 | 管理公网IP和路由 | “门牌号”的分配者 |
| 业务层 | 认证、计费、NAT | “通行证”的管理者 |
运营商 = 修路的 + 发门牌号的 + 查票的
3.3报文跨网络传输的完整路径（用户→百度）
用户的私有IP经过家用路由器NAT变成运营商分配的公网IP，然后这个公网IP在运营商构建的骨干网中逐级路由（通过最长前缀匹配：先比较国家IP，再比较省市IP，最终到主机），最终到达目标服务器；返回时反向NAT回到你的私有IP
运营商负责这一切的物理网、路由表和认证计费
| 阶段 | 位置 | 源IP | 目标IP | 关键动作 |
|---|---|---|---|---|
| ① | 用户的电脑 | 192.168.1.2 | 110.242.68.66（百度） | 发请求 |
| ② | 家用路由器 | 做SNAT：源IP→123.123.123.123（WAN口公网IP） | 不变 | NAT转换 |
| ③ | 运营商接入网（BRAS） | 123.123.123.123 | 不变 | 认证、限速、计费 |
| ④ | 运营商城域网 | 同上 | 不变 | 查路由表，下一跳 |
| ⑤ | 运营商骨干网/国际出口 | 同上 | 不变 | 跨省/跨国转发 |
| ⑥ | 百度服务器 | 123.123.123.123 | 百度自己的IP | 收到请求，返回数据 |
| ⑦ | 原路返回（路径可能不同） | 百度IP | 123.123.123.123 | 反向转发 |
| ⑧ | 用户家路由器 | 做DNAT：目标IP→192.168.1.2 | 不变 | 反向NAT |
- 只有第一跳（家用路由器）和最后一跳（用户家路由器）处理私有IP
- 中间所有运营商路由器只看见公网IP
- 用户在云服务器上自定义的服务器程序想要被外网访问，必须使用云服务器的公网IP（其他主机根据云服务器公网IP+程序对应端口号访问服务）
- XShell客户端通过云服务器公网IP发起ssh连接请求，服务器上的sshd进程响应连接，连接建立后，用户获得一个虚拟终端，可以像操作本地电脑一样执行命令、编辑文件、运行程序
- 云服务器是互联网厂商使用虚拟化技术提供的虚拟电脑
万台物理服务器（宿主机）
↓ 虚拟化软件（KVM）
创建大量虚拟机
↓ 自动化平台（OpenStack / 自研）
用户网页点击 → 自动分配资源
↓ 配置网络、公网IP、安全组
用户得到一个云服务器更多推荐
8
0- 0
已为社区贡献7条内容
所有评论(0)