1.路由（Routing）
1.1 什么是路由？
路由是指在网络中确定数据包从源节点到达目的节点的路径。路由器（Router）根据路由表（Routing Table）决定数据包的传输路径。主要包含静态路由和动态路由。
1.2 静态路由和动态路由
静态路由（Static Routing）：手动配置的路由信息，不会自动变化。
动态路由（Dynamic Routing）：使用路由协议自动更新的路由信息。主要的动态路由协议有：
- RIP（Routing Information Protocol）：基于距离向量算法，适用于小型网络。
- OSPF（Open Shortest Path First）：基于链路状态算法，适用于大型企业网络，支持多区域配置。
- BGP（Border Gateway Protocol）：互联网的主要路由协议，负责跨自治系统的路由选择，能够处理大规模路由表和复杂的策略控制。
1.3 路由算法
- 距离向量算法（Distance Vector Algorithm）：如RIP，每个路由器向其邻居广播整个路由表，并基于跳数选择路径。
- 链路状态算法（Link State Algorithm）：如OSPF，每个路由器向整个网络广播链路状态信息，基于Dijkstra算法计算最短路径。
1.4 路由表管理
路由表是路由器用来存储网络路径信息的数据结构，路由表条目通常包含：
- 目标网络地址（Destination Network Address）。
- 下一跳地址（Next Hop Address）。
- 路由度量值（Metric）：衡量路径优劣的标准，如跳数、延迟、带宽等。
- 接口（Interface）：用于转发数据包的路由器接口。
2.交换（Switching）
2.1 什么是交换
交换是指在同一网络中将数据包从一个端口转发到另一个端口的过程。交换机（Switch）根据MAC地址表（Forwarding Table）决定数据包的转发路径。交换主要发生在数据链路层（OSI模型的第二层）。
2.2 交换机类型
- 二层交换机（Layer 2 Switch）：基于MAC地址进行数据转发，主要用于局域网内。
- 三层交换机（Layer 3 Switch）：结合了路由功能，可以在不同子网之间转发数据包，适用于大型局域网或企业网络。
- 多层交换机（Multilayer Switch）：支持更高层次的功能，如应用层防火墙、流量控制等。
2.3 交换方式
- 存储-转发交换（Store-and-Forward Switching）：交换机接收整个数据包并进行错误检查后，再决定是否转发，增加了延迟但确保数据包的完整性。
- 直通交换（Cut-Through Switching）：交换机在接收到数据包的前几字节后立即开始转发，减少了延迟。
- 碎片直通交换（Fragment-Free Switching）：交换机在接收前64字节后开始转发，避免多数错误包的转发。
2.4 虚拟局域网（VLAN）：
- 基于端口的VLAN：通过将交换机端口分配到不同的VLAN实现隔离。
- 基于标签的VLAN：使用802.1Q协议，通过在数据帧中添加VLAN标签实现跨交换机的VLAN隔离。
3.路由与交换的集成与管理
3.1 网络管理协议：
- SNMP（Simple Network Management Protocol）：用于网络设备管理和监控，支持设备状态查询、配置管理和告警。
- NetFlow：思科开发的网络流量监控协议，用于流量分析和性能监控。
3.2 高可用性与冗余：
- HSRP（Hot Standby Router Protocol）：思科专有协议，通过多台路由器组成一个虚拟路由器，提高路由器的可用性。
- VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）：开源协议，与HSRP类似，用于路由器冗余。
- STP（Spanning Tree Protocol）：用于以太网交换机网络中避免环路，提高网络的可靠性。
3.3 软件定义网络（SDN）
SDN是一种网络架构，允许通过集中控制器（Controller）动态配置网络设备，提升网络管理的灵活性和自动化水平。SDN通过分离控制平面和数据平面，实现集中管理和控制。
3.4 实际应用与案例
- 企业网络：在大型企业网络中，通常会使用多层交换机和路由器来构建复杂的内部网络结构，支持多种业务应用。
- 数据中心：在数据中心环境中，路由与交换设备需要支持高密度端口、快速收敛、虚拟化和多租户隔离等特性。
- 广域网：在广域网中，路由协议如BGP用于跨多个自治系统的路由选择，确保全球互联网的正常运行。