补档：三层交换机和回程路由

前言

补档篇No.1。原文写于2023年8月22日左右。

公司有台超古老的Linksys 路由器，搭测试环境时一直无法成功，后面发现是无法做回程路由（静态路由），导致下接三层交换机时全网无法访问。

原因

回程路由是指数据包在到达目的地后返回源头的路径。

对于路由器到三层交换机的通信，回程路由是确保数据包能够顺利地返回源设备，从而完成双向通信。具体流程如下：

• 路由器会根据路由表来判断数据包的转发路径，并且在发送数据包之前，需要知道目的MAC地址。为了获取目的MAC地址，路由器会向局域网中的ARP广播请求（同网段内），询问哪个设备拥有该目的IP地址。配置了指向三层交换机的路由后，路由器就会将数据包发到连接三层交换机的端口，传递给三层交换机。
• 当三层交换机收到这个ARP请求时，它会识别出自己是目的设备，并通过配置的指向路由器的路由，向路由器回复自己的MAC地址。
• 一旦路由器接收到三层交换机的MAC地址，它就可以将数据包封装并通过路由表上的条目进行发送。

具体场景

延展

1.Router-Router

如果是两台主机用路由器跨网段通信(非点对点)，则两个路由需要互相做路由互指的情况下即可完成跨网段通讯。

具体场景

主机A(PC1)的IP地址：192.168.1.2，子网掩码：255.255.255.0
主机B(PC2)的IP地址：192.168.2.2，子网掩码：255.255.255.0
路由器R1的接口IP地址（连接192.168.1.0/24）：192.168.1.1
路由器R1的接口IP地址（连接中间子网）：192.168.3.1
路由器R2的接口IP地址（连接中间子网）：192.168.3.2
路由器R2的接口IP地址（连接192.168.2.0/24）：192.168.2.1

具体流程

1. 主机A判断目的地址
   • 主机A判断目标IP地址（192.168.2.2）不在它的子网内，因此需要发送到默认网关（192.168.1.1）。
2. 主机A获取默认网关的MAC地址
   • 主机A发送ARP请求广播：Who has 192.168.1.1? Tell 192.168.1.2
   • 路由器R1回复：192.168.1.1 is at AA:BB:CC:DD:EE:FF
   • 主机A将路由器R1的MAC地址缓存到ARP表中。
3. 主机A发送数据包到路由器R1
   • 数据包的目标IP地址：192.168.2.2
   • 数据包的目标MAC地址：AA:BB:CC:DD:EE:FF
4. 路由器R1查找路由表
   • 路由器R1查找路由表，发现到192.168.2.0/24的下一跳是192.168.3.2（R2）。
5. 路由器R1获取R2的MAC地址
   • 路由器R1在中间子网192.168.3.0/24内发送ARP请求：Who has 192.168.3.2? Tell 192.168.3.1
   • 路由器R2回复：192.168.3.2 is at BB:CC:DD:EE:FF:GG
   • 路由器R1将R2的MAC地址缓存。
6. 路由器R1转发数据包到路由器R2
   • 数据包的目标IP地址：192.168.2.2
   • 数据包的目标MAC地址：BB:CC:DD:EE:FF:GG
7. 路由器R2查找路由表
   • 路由器R2查找路由表，发现192.168.2.0/24是直接连接的网络。
8. 路由器R2获取主机B的MAC地址
   • 路由器R2在192.168.2.0/24子网内发送ARP请求：Who has 192.168.2.2? Tell 192.168.2.1
   • 主机B回复：192.168.2.2 is at CC:DD:EE:FF:GG:HH
   • 路由器R2将主机B的MAC地址缓存。
9. 路由器R2转发数据包到主机B
   • 数据包的目标IP地址：192.168.2.2
   • 数据包的目标MAC地址：CC:DD:EE:FF:GG:HH

小结

• ARP请求和回复 在不同子网内分别进行：主机A与R1之间、R1与R2之间、R2与主机B之间。
• 路由表 在路由器R1和R2中用于决定数据包的下一跳。
• 数据包 在不同的网络段中会有不同的目标MAC地址，但目标IP地址保持不变。

也就是说，通过逐步解析和转发，数据包最终从主机A到达了主机B，主机AB成功完成了通讯流程。

2. Router to Router 点对点

而如果是两台路由跨网段通信(点对点)，则需要互相做路由互指的情况下，同时在端口处绑定对方的MAC地址，才能够互相通讯。

以下是ARP协议的包结构，如下图1。

以下是IP协议数据包结构，如下图2。