网络层设备：路由器、冲突域与广播域、路由表与分组转发。
4.8 网络层设备
- 冲突域：连接到同一物理介质上的所有结点的集合，这些结点之间存在介质争用现象。冲突域内任意两台设备同时发送数据帧会发生冲突，导致数据传输失败。
- 广播域：接收同样广播消息的结点集合。该集合中任何一个结点发送广播帧，其他能收到该帧的结点都属于该广播域。通常所说的局域网(LAN)特指使用路由器分割的网络，即广播域。
| 设备 | 能否隔离冲突域 | 能否隔离广播域 |
|---|---|---|
| 物理层设备（中继器、集线器） | × | × |
| 链路层设备（网桥、交换机） | √ | × |
| 网络层设备（路由器） | √ | √ |
例题（2010年38题）：下列网络设备中，能够抑制广播风暴的是（D. 仅 IV 路由器）
4.8.1 路由器的组成和功能
- 路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。从某个输入端口收到的分组，根据目的网络，从合适的输出端口转发给下一跳路由器，直到到达终点。
- 路由器是网络层设备，实现了网络模型下三层的功能（物理层、数据链路层、网络层）。
直接交付与间接交付：
- 若源主机和目标主机在同一个网络上 → 直接交付，无须通过路由器。
- 若不在同一个网络上 → 路由器按照转发表将分组转发给下一个路由器，即间接交付。
路由器结构
路由器可划分为两大部分：路由选择部分（控制层面）和分组转发部分（数据层面）。
路由选择部分（控制层面）：
- 路由选择处理机（核心构件）
- 路由选择协议
- 路由表（由路由选择处理机根据协议构造并维护）
分组转发部分（数据层面）：
- 交换结构（交换组织）：根据转发表将输入端口的分组从合适的输出端口转发出去。常见方法：通过存储器交换、通过总线交换、通过互联网络交换。
- 输入端口：从物理层接收比特流，提取数据链路层帧，再提取网络层数据报。
- 输出端口：执行相反操作，将数据报封装成帧，经物理层发送。
区分路由选择和转发
- 转发：路由器根据转发表将IP数据报从合适的端口转发出去，仅涉及一个路由器。
- 路由选择：涉及多个路由器，路由表是多个路由器协同工作的结果。
例题（2012年37题）：下列关于IP路由器功能的描述中，正确的是（C. 仅 I、II、IV）
- I. 运行路由协议，设置路由表
- II. 监测到拥塞时，合理丢弃IP分组
- III. 对收到的IP分组头进行差错校验，确保传输的IP分组不丢失（错误，IP分组头差错校验由路由器进行，但只丢弃出错分组，不保证不丢失）
- IV. 根据收到的IP分组的目的IP地址，将其转发到合适的输出线路上
4.8.2 路由表与分组转发
- 路由表：根据路由选择算法得出，用于路由选择。标准路由表包含四项：目的网络IP地址、子网掩码、下一跳IP地址、接口。
- 转发表：从路由表得出，用于快速查找转发。转发表含目的地址和下一跳（MAC地址），可使用默认路由减少项目。
- 路由表通常用软件实现；转发表可用软件或特殊硬件实现。
例题（2015年38题）：某路由器的路由表如下，若收到目的地址为169.96.40.5的IP分组，则转发接口是（C. S3）
| 目的网络 | 下一跳 | 接口 |
|---|---|---|
| 169.96.40.0/23 | 176.1.1.1 | S1 |
| 169.96.40.0/25 | 176.2.2.2 | S2 |
| 169.96.40.0/27 | 176.3.3.3 | S3 |
| 0.0.0.0/0 | 176.4.4.4 | S4 |
- 169.96.40.5 与 /27 匹配（169.96.40.0/27 覆盖 169.96.40.0~169.96.40.31），故选择 S3。
习题
路由器在网络层主要实现的功能是（A. 连接不同的网络，实现网络间的数据转发）
以下关于路由器工作原理的说法，错误的是（B. 路由器在转发数据包时, 会修改数据包的源 IP 地址和目的 IP 地址）
（路由器转发时不修改源和目的IP地址，只修改MAC地址）一台路由器的路由表如下所示：
目的网络 子网掩码 下一跳 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.2.1 192.168.2.0 255.255.255.0 直接连接 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.2 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.3 当路由器接收到一个目的IP地址为192.168.3.10的数据包时，它会将数据包转发到（B. 192.168.2.2）
以下关于网络层设备地址的说法，正确的是（C. 路由器的不同接口可以配置不同的 IP 地址, 以连接不同的网络）
当网络中出现环路时，可能会导致广播风暴，以下哪种网络层设备可以防止网络环路的产生？（A. 路由器）
谢希仁教材4-18：设某路由器建立了如下转发表：
前缀匹配 下一跳 192.4.153.0/26 R₃ 128.96.39.0/25 接口 m0 128.96.39.128/25 接口 m1 128.96.40.0/25 R₂ 192.4.153.0/26 R₃ *（默认） R₄ 现共收到5个分组，其目的地址分别为：
(1) 128.96.39.10 → 匹配 128.96.39.0/25 → 接口 m0
(2) 128.96.40.12 → 匹配 128.96.40.0/25 → R₂
(3) 128.96.40.151 → 不匹配前四条，默认 → R₄
(4) 192.4.153.17 → 匹配 192.4.153.0/26 → R₃
(5) 192.4.153.90 → 匹配 192.4.153.0/26 → R₃谢希仁教材4-24：已知路由器R1的转发表如下表所示：
前缀匹配 下一跳地址 路由器接口 140.5.12.64/26 180.15.2.5 m2 130.5.8/24 190.16.6.2 m1 110.71/16 … m0 180.15/16 … m2 190.16/16 … m1 默认 110.71.4.5 m0 试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑，标注出必要的IP地址和接口。对不能确定的情况应当指明。（略，需绘图）
谢希仁教材4-37：路由器B的原路由表：
目的网络 距离 下一跳 N1 7 A N2 2 C N6 8 F N8 4 E N9 4 F 收到C发来的路由信息：
目的网络 距离 N2 4 N3 8 N6 4 N8 3 N9 5 更新步骤：
- 对每个项目，将距离加1（因为C到这些网络的距离，B到C为1，故B到这些网络的距离为（C的距离+1））：
N2:4+1=5; N3:8+1=9; N6:4+1=5; N8:3+1=4; N9:5+1=6 - 与B原路由表比较：
N2: 原下一跳C，距离2 → 新距离5 > 2，不更新。
N3: 原表中无，添加，距离9，下一跳C。
N6: 原下一跳F，距离8 → 新距离5 < 8，更新为距离5，下一跳C。
N8: 原下一跳E，距离4 → 新距离4 == 4，若要求更新则替换？通常选择保留原，但若相等可更新或不更新，根据算法通常如果下一跳相同则更新，否则若相等则可不更新。本例中，新距离等于原距离，且下一跳不同，通常保持原路由。但教材可能要求替换，需确认。按常见RIP算法，若新距离小于原距离则更新，否则不更新。这里相等，不更新。
N9: 原下一跳F，距离4 → 新距离6 > 4，不更新。 - 更新后路由表：
N1:7,A
N2:2,C
N3:9,C
N6:5,C
N8:4,E
N9:4,F
- 对每个项目，将距离加1（因为C到这些网络的距离，B到C为1，故B到这些网络的距离为（C的距离+1））：
谢希仁教材4-48：网络145.13.0.0/16划分为四个子网N1,N2,N3和N4，分别连接路由器R的接口m0,m1,m2,m3，R的m4连接互联网。
(1) 路由器R的路由表（需根据子网划分确定）：- N1子网：145.13.0.0/18 或其它？需要根据划分计算。由于未给出具体子网划分细节，只能假设四个子网是平均划分？/16分成四个子网，每个子网前缀为/18，但具体地址范围需知道。通常题目会给出子网划分，但这里没有。我们只能给出形式：
目的网络145.13.0.0/18 → 接口m0
145.13.64.0/18 → 接口m1
145.13.128.0/18 → 接口m2
145.13.192.0/18 → 接口m3
默认路由 → 接口m4（下一跳指向互联网）
(2) 目的地址145.13.160.78，属于145.13.128.0/18子网，故从接口m3转发。
- N1子网：145.13.0.0/18 或其它？需要根据划分计算。由于未给出具体子网划分细节，只能假设四个子网是平均划分？/16分成四个子网，每个子网前缀为/18，但具体地址范围需知道。通常题目会给出子网划分，但这里没有。我们只能给出形式：
笔记结束