为什么需要路由器？

Question

我一直在试图弄清楚为什么需要路由器。我知道路由器可以用于 DHCP 和其他一些东西，但我只是想用静态 IP 联网。所以如下：

是否可以使用静态 IP 执行以下操作：

Modem -> Switch -> PCs

或者你需要去：

Modem -> Router -> Switch -> PCs

那么路由器究竟是做什么的，为什么需要它？

Answer 1

我认为通常路由器作为接入点、DHCP、防火墙和交换机作为对网络不太了解的人的简单解决方案

不，路由器是一种独立于 AP 和交换机的设备。“路由器”不仅仅是一个通用名称——它描述了一个特定的功能，在网络之间路由 IP 数据包。

换句话说，您描述的是路由器 + 交换机 + AP 组合，最好将其称为“SOHO（小型办公室/家庭办公室）路由器”或“家庭网关”。

（但是，许多专用路由器确实具有集成防火墙，有时甚至具有 DHCP 服务器。）

我想知道为什么一般需要路由器

需要 IP 路由是因为纯以太网级交换不能很好地扩展。

以太网设备地址由制造商分配——其中没有有用的结构；就网络而言，它们是随机的。因此以太网交换机只有两种选择：保留连接到每个端口的每个设备的列表（如现代交换机所做的那样），或者简单地将每个数据包广播到每个端口（如在原始以太网中）。

这两种方法都只适用于一定的网络规模，但如果设备数量超过交换机所能记住的数量，网络将很快崩溃。（相关主题：CAM耗尽）

因此，类似于邮政编码或电话号码，IP 为网络提供了一个结构——每个网络、子网络、超级网络都被分配了一个地址块，您可以描述诸如“以 [10.7.xx] 开头的地址可以通过 [端口 3] 到达”。现在世界其他地方不需要知道数百万康卡斯特客户，它只需要几条通往康卡斯特本身的路线。

IP路由器掌握这些路由的知识，并相应地转发所有数据包。

（以太网和 IP 之间的这种分离实际上很有用，因为它提供了灵活性——同一个以太网可以承载几种不同的协议，例如 IPv4、IPv6，也许是 IPX……其他一些协议没有这种分离，例如 DECnet 或 NetBIOS，他们无法在网络增长中存活下来。）

是否可以去：调制解调器 -> 交换机 -> 具有静态 IP 的 PC

当然，技术上是可以的。甚至不需要静态 IP。

事实上，在我工作场所旁边的 ISP 中，该市大约 20 家企业客户实际上没有自己的路由器——他们的“外部”交换机直接连接到 ISP 大楼中的单个路由器（甚至为所有客户提供 DHCP 服务）。他们），就像你描述的那样。

但通常不这样做是有原因的。（诚​​然，其中一些来自 IPv4 地址的短缺——例如 NAT。但即使在纯 IPv6 世界中，许多地址仍然很重要。）

• 就像现在一样，ISP 将一个“全局”IP 地址路由到您的网络。因此，当然，您可以将您的 PC 直接连接到调制解调器，并使用您的“全局”地址对其进行配置。（很有可能，它甚至会通过 DHCP 自动配置。）

  事实上，直到 2000 年代末，这曾经是这里非常常见的配置。大多数家庭客户只有一台计算机，而这台计算机通常会通过调制解调器直接与 ISP 的路由器通话——首先使用真正的拨号调制解调器，后来使用 ADSL 调制解调器。

  但是每个设备都需要自己的地址。由于您只能从 ISP 获得一个 IPv4 地址，因此您可以直接连接一台计算机，但不能直接连接两台- 除非您为第二个地址支付额外费用。

  这就是为什么您的家用路由器具有“网络地址转换”功能（又名 NAT）的原因，它为您提供一块“私有”192.168.x 地址并将它们隐藏在一个“全局”地址后面。

  （CGNAT 也值得一提，但研究留给读者。）

• 除了 NAT，您的“路由器”还具有其他功能，例如防火墙、DHCP 服务器、DNS 缓存。是的，这些都可以由 ISP 的路由器来完成，但这会使 ISP 付出一定的代价，并且会给所有客户带来不便，而且不会给任何客户带来任何好处。

  防火墙必须通过您的 ISP 提供的接口进行配置，并且大多数 ISP 只会提供最少的选项。（在配置我自己的路由器时，我可以完全控制——我可以将防火墙规则应用于不常见的协议；我可以创建多个子网；我可以试验 IPv6 隧道、RIP 或 OSPF……）

  防火墙和 NAT 都需要资源来跟踪连接——一定数量的内存，一定的 CPU 能力。目前这些资源是分散的，因为你的路由器只需要跟踪你自己的连接。但是，如果一切都由 ISP 完成，他们的路由器将需要与所有客户的路由器加在一起一样多的内存和 CPU ，这很昂贵。

  DHCP 服务器在您身边时工作得更好。即使互联网电缆被切断，您自己的设备仍然可以获取 IP 地址并在本地进行通信。（是的，是的，静态地址是可能的，但相信我，跟踪它们是一件很麻烦的事情。）

  DNS 缓存有效，因为它就在您家中。无论如何，您的 ISP 都有自己的 DNS 缓存，但您的路由器仍然有自己的小缓存，因为它离您更近，服务的设备更少，因此可以更快地响应。（缓慢的 DNS 非常明显。）

因此，拥有自己的家用路由器的原因是，1) 速度更快，2) 更便宜，3) 对您和 ISP 来说都更简单。

（我之前描述的 ISP？我不知道他们为什么这样做。也许当您只有十几个客户时与您拥有数千个客户时会有所不同。）

Answer 2

家用调制解调器通常只为您提供一个 IP 地址。路由器执行 NAPT（网络地址端口转换），允许您在网络上拥有多个私有 IP 地址。

如果您的 ISP 为您提供多个 IP 地址，则您可能不需要路由器。