路由器工作於 OSI 第 3 層，利用 IP 位址實現不同 IP 子網間的互聯與隔離。核心機制如下：
1. IP 子網與通訊規則
- IP 位址 = 網路號 + 主機號。子網遮罩 (32 位) 以 1 判定網路位，0 判定主機位。
- 同一子網主機：網路號相同 → 直接 L2 封裝傳遞 (ARP 解析 MAC)。
- 跨子網通訊：主機將封包送給 預設閘道 (同子網某路由器介面 IP)，由路由器轉發。
2. 路由器介面與子網對應
- 路由器每個介面連接一個 IP 子網，介面 IP 的網路號必須與該子網網路號一致。
- 不同介面對應不同網路號，構成多子網互聯拓撲。
3. 封包轉發決策流程
- 檢查目的 IP 的網路號。
- 查路由表：
- 直連子網 → 直接從對應介面送出 (ARP 解析目的 MAC)。
- 非直連 → 找最匹配路由條目 (最長前綴匹配) → 送往下一跳路由器。
- 無匹配 → 送往 預設路由 (0.0.0.0/0) (即預設閘道的下一跳)。
- 若無預設路由且無匹配 → 丟棄封包並回送 ICMP Destination Unreachable。
4. 網間網 與路由協議
- Internet = 成千上萬子網經路由器互聯形成的「網間網」。
- 路由器雙重職責：
- 轉發：依路由表高速轉發封包 (資料平面)。
- 路由選擇：與鄰居交換路由資訊，維護路由表 (控制平面)。
5. 路由動作兩大核心
- 尋徑：路由演算法 (RIP/OSPF/BGP 等) 計算最佳路徑，建立/更新路由表。
- 轉發：依路由表將封包從輸入介面移至輸出介面 (快速路徑/CEF 等加速技術)。
路由選擇協議 (Routing Protocol) 維護路由表；路由轉發協議 (Routed Protocol, 如 IP) 承載使用者資料。兩者協同又獨立。