前言：目前所从事的嵌入式产品设计大多基于TCP/IP，要求开发的设备能够接入广域网进行远程配置和访问，这涉及到路由机制和路由器的使用。 包括家庭使用的ADSL、无线路由器、工业现场使用的企业、路由器、交换机在内，我都接触过，但只是表面上的操作理解。 现根据产品开发的需要，希望进一步加深对路由器内部运行机制的理解，澄清模糊认识，特此特写。
在阅读本文之前，先定义主机的概念。 主机是连接到一个或多个网络的设备，可以向任何网络发送数据或从任何网络接收数据，但不会将数据从一个网络传输到另一个网络。 坦率地说，一台主机是用于网络连接的一台设备。
1、为什么要使用路由器？
目前，我们正在从事嵌入式产品的设计，必须涉及到以太网、wifi网络、485网络、MBUS网络、CAN网络、Zigbee网络等许多网络的概念。 在项目的研发过程中，我们发现了一个非常重要和突出的问题：“单个网络中的主机数量有一定的限制，不能无限增加。”
在单个网络中，过多的主机会导致以下问题：
a .带宽资源枯竭
b、各设备浪费大量时间处理无关的广播数据
c、无法管理网络，任何错误都可能导致整个网络瘫痪；
d、各主机可以监听其他设备的通信。
这些问题只能在网段上解决，但同时必须提供良好的机制，使不同网段之间的设备能够通信。 这也就是说“网络为什么要分段？ ”、“OSI 7层网络协议”和“TCP/IP 4层网络协议”的由来。 下图显示了OSI 7层网络协议、TCP/IP 4层网络协议和底层三层硬件设备之间的对应关系。 必须注意的是，OSI只是提供了一种网络模型，在以太网的具体APP应用中使用最多的是TCP/IP协议(第4层)。
OSI 7层网络协议：
答，物理：物理层。 物理层规定了激活、维护、封闭通信端点之间的机械特性、电特性、功能特性和过程特性。 该层提供了向更高层协议传输数据的物理介质。 支持的连接设备：集线器。
b、Data Link :数据链路层、数据链路层通过不可靠的物理介质提供可靠的传输。 支持的连接设备：桥接器、交换机。
C、Network :网络层、网络层负责子网之间的数据包路由。 网络层还可以实现拥塞控制、互联网互联等功能。 支持的连接设备：路由器。
d、Transport :传输层、传输层是第一个端到端、从主机到主机的分层。 传输层对上层数据进行分段，提供端到端、可靠或不可靠的传输。
e、Session (会话层、会话层管理主机之间的会话流程，负责建立、管理、终止进程之间的会话。 层还通过在数据中插入检查点来实现数据同步。
f、Presentation :一种表示层，用于转换较高层的数据或信息，以便一台主机上的信息可以在另一台主机上的APP中被理解。 表示层的数据转换包括数据加密、压缩、格式转换等。
g、APP应用程序： APP应用层、APP应用层是向操作系统或网络APP应用程序提供网络服务访问权限的接口。
通过以上分析可知，路由器实际上起到了实现不同网段之间网络互联的作用，并支持OSI和TCP/IP网络层。
2、TCP/IP V4协议网络分段原理
TCP/IP协议为网络中的每台主机分配一个IP地址。 IP地址包含两个信息：网络地址和主机地址。 有两种方法可以保存这些信息。 一个是使用两个单独的域，必须考虑这两个域的最大长度。 另一种方法是将网络地址和主机地址封装在一个域中，主机地址部分可能很短，主机地址部分可能很长。 由此，可以有效利用地址空间，减少地址长度。 在后一种方法中，TCP/IP协议的IP地址将网络地址和主机地址封装在32位域(TCP/IPV4 )中。 这是我们经常使用的IP地址，例如192.168.1.1。
在最初的IP地址设计中，根据IP地址的第一个字节将IP地址分为三类。
A、1-126类：网络地址1字节，主机地址3字节。
B类，128-192类，B类：网络地址2字节，主机地址2字节。
C、192-223类：网络地址3字节，主机地址1字节。
d，0，127，224-255 :保留不用。
基于这种方式的应用，发现存在很多问题。 首先，众所周知的是IP地址的枯竭问题，其次，采用这种分类方法，无法对同一网络地址在网络内进行任何路由。 主机数量较多时，本文1所述的问题变得明显。 特别是在大规模的a级网络的情况下，由于用只使用桥接器和交换机的方法很难管理，所以逻辑上必须分成几个小网络才能解决。 包含一个新域的子网掩码表示地址的哪些部分是网络地址，哪些部分是主机地址。 在子网掩码中，二进制1表示网络地址位，二进制0表示主机地址位。 传统地址的子网掩码如下。
A、A类： a:255.0.0。
b、b类： 255.255.0.0。
C、C类： 255
.255.255.0。如果想把一个B类网络的地址用作C类大小的地址，可以使用掩码255.255.255.0。上面只介绍的三种子网掩码：255.0.0.0、255.255.0.0和255.255.255.0，它们是字节对齐的子网掩码。但是也可以在字节中间对其进行划分。如很小的用于点到点连接的网络（掩码 255.255.255.252，30 位的网络地址，2位的主机地址：两个主机的子网，或中型网络（如掩码255.255.240.0，20位网络地址，12位主机地址：4094 个主机的子网）。
本文介绍了“为什么要使用路由器”和“TCP/IP V4 协议网络的分段原理”2个问题，“路由及路由器工作原理深入解析2：路由原理”将对路由的具体工作原理进行解析。
注1：本文在写作过程中查阅了大量网上资料，对引用的出处未能一一注明，特表歉意。
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