1. 數(shù)據(jù)包從二層交換到三層路由流程
（1）源主機(jī)在發(fā)起通信之前，將自己的IP地址與目的主機(jī)的IP地址進(jìn)行比較，如果源主機(jī)判斷目的主機(jī)與自己位于不同網(wǎng)段時(shí)，它需要通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)遞交報(bào)文的，所以它首先需要通過(guò)一個(gè)ARP請(qǐng)求報(bào)文獲取網(wǎng)關(guān)的MAC地址（在源主機(jī)不知道網(wǎng)關(guān)MAC地址的情形下），即源主機(jī)先發(fā)送ARP請(qǐng)求幀以獲取網(wǎng)關(guān)IP地址對(duì)應(yīng)的MAC地址。
?。?）網(wǎng)關(guān)在收到源主機(jī)發(fā)來(lái)的ARP請(qǐng)求報(bào)文后以一個(gè)ARP應(yīng)答報(bào)文進(jìn)行回應(yīng)，在應(yīng)答報(bào)文中的“源MAC地址”就包含了網(wǎng)關(guān)的MAC地址。
（3）在得到網(wǎng)關(guān)的ARP應(yīng)答后，源主機(jī)再用網(wǎng)關(guān)MAC地址作為報(bào)文的“目的MAC地址”，以源主機(jī)的IP地址作為報(bào)文的“源IP地址”，以目的主機(jī)的IP地址作為“目的IP地址”，先把發(fā)送給目的主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)給網(wǎng)關(guān)。
（4）網(wǎng)關(guān)在收到源主機(jī)發(fā)送給目的主機(jī)的數(shù)據(jù)后，由于查看得知源主機(jī)和目的主機(jī)的IP地址不在同一網(wǎng)段，于是把數(shù)據(jù)報(bào)上傳到三層交換引擎（ASIC芯片），在里面查看有無(wú)目的主機(jī)的三層轉(zhuǎn)發(fā)表。
?。?）如果在三層硬件轉(zhuǎn)發(fā)表中沒(méi)有找到目的主機(jī)的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)，則向CPU請(qǐng)求查看軟件路由表，如果有目的主機(jī)所在網(wǎng)段的路由表項(xiàng)，則還需要得到目的主機(jī)的MAC地址，因?yàn)閿?shù)據(jù)包在鏈路層是要經(jīng)過(guò)幀封裝的。于是三層交換機(jī)CPU向目的主機(jī)所在網(wǎng)段發(fā)送一個(gè)ARP廣播請(qǐng)求包，以獲得目的主機(jī)MAC地址。
?。?）交換機(jī)獲得目的主機(jī)MAC地址后，向ARP表中添加對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)，并轉(zhuǎn)發(fā)由源主機(jī)到達(dá)目的主機(jī)的靈氣包。同時(shí)三層交換機(jī)三層引擎會(huì)結(jié)合路由表生成目的主機(jī)的三層硬件轉(zhuǎn)發(fā)表。
以后到達(dá)目的主機(jī)的數(shù)據(jù)包就可以直接利用三層硬件轉(zhuǎn)發(fā)表中的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不用再查看CPU中的路由表了。
2. 路由表
路由器在接收到數(shù)據(jù)時(shí)，要對(duì)其傳輸路徑進(jìn)行選擇。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，路由器需要維護(hù)一個(gè)稱為“路由表”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。路由表包含若干條目，供路由器選路時(shí)查詢數(shù)據(jù)傳輸路徑。路由表中的一個(gè)條目至少要包含：
1. 數(shù)據(jù)的目的地址（通常是目的主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的地址）。
2. 下一跳路由器（即從本路由器出發(fā)按所給路徑到給定目的地所要通過(guò)的下一個(gè)路由器）的地址。
3. 相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口。
4. 一般情況下還應(yīng)該有標(biāo)志位等內(nèi)容。
由于Internet規(guī)模太大，分布范圍太廣，所以路由表中對(duì)應(yīng)每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)條目是不可能的；同樣，也不可能采用一個(gè)全局的路由算法或協(xié)議。因此，Internet將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)相對(duì)自治的局部系統(tǒng)，即自治系統(tǒng)。自治系統(tǒng)可以定義為同一機(jī)構(gòu)下管理的路由器和網(wǎng)絡(luò)的集合。一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部還可以再劃分幾個(gè)小的路由域，也稱作區(qū)域。
3. 路由協(xié)議
根據(jù)功能不同路由協(xié)議可以分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP，Interior Gateway Protocol）和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP，Exterior Gateway Protocol）兩大類。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是用于自治系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議：如RIP和OSPF。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是用于自治系統(tǒng)之間拓?fù)湫畔⒔粨Q的路由協(xié)議：如BGP。
根據(jù)算法不同路由協(xié)議可分為距離矢量路由選擇協(xié)議和鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議
距離矢量路由選擇協(xié)議基于距離矢量路由算法。其基本思想是路由器周期地和相鄰路由器交換路由表中的信息。這種信息是由若干（V，D）對(duì)組成的表項(xiàng)，其中，V代表矢量，指出該路由器可以達(dá)到的目的地；D表示去往目標(biāo)V的距離。各個(gè)路由器根據(jù)收到的信息重新計(jì)算到各目的節(jié)點(diǎn)的距離，對(duì)自己的路由表進(jìn)行修正。
鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議也被稱為最短路徑優(yōu)先協(xié)議，它基于鏈路狀態(tài)路由算法。采用這種協(xié)議的路由器都要維護(hù)一張可以表示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)向圖G（V，E），在圖G中，節(jié)點(diǎn)V表示路由器，邊E表示連接路由器的鏈路，因此G又可以稱為L(zhǎng)-S（鏈路-狀態(tài)）圖，各路由器的路由表通過(guò)L-S圖計(jì)算。
鏈路狀態(tài)路由算法的基本步驟如下：
?。?）每一個(gè)路由器（節(jié)點(diǎn)）啟動(dòng)后，首先執(zhí)行對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)工作，并獲取它們的地址。
?。?）各路由器主動(dòng)測(cè)試到每一個(gè)相鄰路由器的鏈路時(shí)延或成本，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果設(shè)置相關(guān)鏈路的狀態(tài)。
?。?）各路由器構(gòu)造自己的L-S（Link-State，鏈路狀態(tài)）信息包，L-S信息的內(nèi)容包括本路由器的標(biāo)號(hào)、本路由器的鄰居路由器列表、本路由器到各鄰居路由器的鏈路狀態(tài)（時(shí)延或成本）、該L-S信息包的序號(hào)和生存時(shí)間等。
?。?）各路由器向所有參與鏈路狀態(tài)交互的路由器廣播其L-S信息，可以是周期性地發(fā)送，也可在鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)發(fā)送。
?。?）每個(gè)路由器在收到所有的L-S信息后，可以構(gòu)造或更新表示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圖G（V，E），頂點(diǎn)V表示路由器，邊E表示連接路由器的鏈路；這時(shí)路由器就可以用Dijkstra算法從圖G中計(jì)算出到所有目的路由器的最短路徑，也就是構(gòu)造以自己為根節(jié)點(diǎn)的SPF樹。
鏈路狀態(tài)路由協(xié)議OSPF用到的算法為Dijkstra， 主要原理如下：
設(shè)目的節(jié)點(diǎn)（就構(gòu)造SPF樹而言，是根節(jié)點(diǎn)）為k，任一條鏈路（i，j）的長(zhǎng)度為dij，每個(gè)節(jié)點(diǎn)到k的最短路徑長(zhǎng)度估計(jì)為Dik；定義所有節(jié)點(diǎn)的集合為A，定義集合P∈A，并設(shè)定集合的初始值為P={k}。
在算法迭代的過(guò)程中，如果Dik已經(jīng)變成一個(gè)確定值，則將i標(biāo)記為固定點(diǎn)，并將其加入集合P。在算法的每一步迭代中，在P以外的節(jié)點(diǎn)中，選擇與目的節(jié)點(diǎn)k最近的節(jié)點(diǎn)加入到P中。
