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电子工业出版社计算机网络基础计算机网络基础第六章路由器6.1任务描述某公司有工程部和后勤部两个部门都拥有各自的局域网，且互相独立。后勤部有一台交换机，连接了后勤部所有的电脑。工程部也有一台交换机，同时也连接了工程部所有的电脑。由于工作需要，要求两个部门的网络连接在一起，构成一个较大的网络，而且工程部的电脑除了能访问自己网络的里的资源外，还可以访问后勤部网络的资源，同样，后勤部也可以访问工程部的资源。计算机网络基础6.2设计与实施6.2.1设计该任务需要把两个部门连接在一起，因此需要路由器实现两个局域网络的互通。工程部和后勤部的计算机通过路由器实现数据的互相转发。而路由器在这里扮演了一个路径选择的角色，为两个部门的信息互通搭建了桥梁。计算机网络基础6.2.2实施步骤1．搭建配置环境第一次安装使用Quidway系列路由器时，只能通过配置口（Console）进行配置（如图6-1）。图6-1配置环境计算机网络基础2．配置电缆连接第一步：将配置电缆的DB-9（或DB-25）孔式插头接到要对路由器进行配置的微机或终端的串口上。第二步：将配置电缆的RJ-45一端连到路由器的配置口（Console）上。计算机网络基础3．设置微机或终端的参数第一步：打开微机或终端。如果使用微机进行配置，需要在微机上运行终端仿真程序，如Windows的超级终端。第二步：设置终端参数。计算机网络基础超级终端参数设置方法如下：（1）超级终端窗口中（如图6-2），单击其[属性]按钮。图6-2超级终端计算机网络基础（2）在超级终端属性对话框中（如图6-3），[连接时使用]一栏选择连接的串口。选择的串口应该与配置电缆接的串口一致。单击[配置]按钮。图6-3连接属性设置计算机网络基础（3）在串口的属性对话框中（如图6-4），设置波特率为9600，数据位为8，奇偶校验为无，停止位为1，流量控制为无。单击[确定]按钮。图6-4连接属性设置计算机网络基础（4）在超级终端属性对话框中（如图6-5），选择[设置]一项，进入下图所示的属性设置窗口。选择终端仿真为VT100，单击[确定]按钮。图6-5连接属性设置计算机网络基础(5)连接到路由器工程部门和后勤部的交换机分别间接到路由器的相应端口上，并配置相应端口的IP地址（6）查看路由表确定路由表是否正确计算机网络基础6.3相关知识6.3.1路由器的组成路由器其实也是计算机，只是没有显示器、键盘等设备。它的组成包括硬件和软件（如图6-6）。图6-6路由器组成计算机网络基础1．中央处理单元（CentralProcessorUnit，CPU）也称为中央处理器。作为路由器的中枢，CPU主要负责执行路由器操作系统（IOS）的指令，以及解释、执行用户输入的命令。同时，CPU还完成与计算有关的工作。例如，网络拓扑发生改变时，重新计算网络拓扑数据库。因此，CPU的处理能力对路由器的性能有很大影响2．只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）ROM中包括开机自检程序（PowerOnSelfTest，POST）、系统引导程序以及路由器操作系统的精简版本。计算机网络基础3．内存（RandomAccessMemory，RAM）RAM也称随机存储器。它用来存储用户的数据包队列以及路由器在运行过程中产生的中间数据，如路由表、ARP缓冲区等。此外，RAM还用来存储路由器的运行配置文件。当路由器被关闭或重新启动时，RAM中的内容都将丢失。4．闪存（FLASHMemory）是可擦写、可编程的ROM。它主要负责保存操作系统的映像文件。5．非易失性内存（NonvolatileRAM，NVRAM）是用来存储路由器的启动配置文件。在路由器断电时，其内容仍能保持。计算机网络基础6．控制台端口（CONsolePort）它提供了一个EIA/TIARS-232异步串行接口，供用户对路由器进行配置使用。不同的路由器可能有着不同形式的控制台端口。有些路由器采用DB25母线连接器（DB25F），更常见的是RJ-45控制台连接器。7．辅助端口（AUXiliaryPort）它与控制台端口类似，也提供一个EIA/TIARS-232异步串行接口。不同的是，它常用来连接调制解调器以实现对路由器的远程管理。8．接口（INTerface）它是数据包进出路由器的通道。不同路由器可能有着不同种类、不同数量的接口。常见的两种基本接口类型为局域网接口和广域网接口。每个接口都有自己的名称和编号，如局域网接口Ethernet0，串行接口Serial0等。广域网适配卡（WANInerfaceCard，WIC）WIC-1T、WIC-2T外观图（如图6-9,图6-10）。计算机网络基础图6-9WIC-1T适配卡9．线缆（CABle）（如图6-11）图6-11串口线缆图6-10WIC-2T适配卡计算机网络基础10．IOS（路由器操作系统）IOS是路由器专用的操作系统，它提供了全面的网络服务，实现了丰富的网络功能。路由器的配置命令就是由IOS解释执行的。11．配置文件有两种配置文件：（1）运行配置文件（Running-Configuration）该文件驻留在RAM中，用户可以用配置命令设置和更改运行配置文件的内容。该文件在重启或断电时会丢失。（2）启动配置文件（Startup-Configuration）该文件位于NVRAM中，在启动时它被装入RAM变成运行配置文件，由于它可以长期保存，所以在修改了运行配置后，应该将运行配置复制到NVRAM中，以便在路由器下次启动时调用。这两个文件均是ASCII文本文件，可以很方便地阅读和操作它们。计算机网络基础6.3.2路由器的工作原理路由器是一个工作在OSI参考模型第三层即网络层的网络设备，它的主要作用是为收到的报文寻找正确的路径，并把它们转发出去。换言之，路由器就是从一个网络向另一个网络传递数据包。计算机网络基础所以路由器作为一种重要的网络设备，必须具备:两个或两个以上的接口(用于连接不同的网络)协议至少实现到网络层(只有理解网络层协议才能与网络层通讯)至少支持两种以上的子网协议(异种网)具有存储、转发、寻径的功能路由器实现了不同的网络之间的互连。具体表现在:速率适配——不同接口具有不同的速率，路由器可以利用自己的缓冲区、队列及流控协议等能力实现对不同速率网络的适配。隔离网络——路由器可以隔离广播，防止广播风暴，同时也可以对数据包实行灵活多样的过滤策略以保证网络安全。路由(寻径)——为了实现数据转发，路由器能够建立、刷新路由表，并根据路由表转发数据包。分片与重组——接口的MTU不同时，超过接口MTU长度的报文会被路由器分片，只有到达目的地的报文才会被重组。备份、流量控制——为了保证网络可靠运行，路由器一般都具备主备线路的切换及流量控制功能。异种网络互连——主要是具有异种子网协议的网络互连。子网是指用来承载网络层数据报的网络。路由器在报文转发的过程中实现协议转换。计算机网络基础路由器根据数据包中的网络层协议头转发数据包。只负责决定应将数据包转发到哪一台主机或路由器上(即下一跳)，以使它能到达目的地。并不是一个路由器一直将数据包负责送到目的地，它完成的仅是一个转发的过程，只是为了使数据包离它的目的地更近一些。路由器的这种转发过程也称为路由。通常转发之前，路由器自己会先计算出一条到目的地的最佳路径（如图6-13）。主机A主机B图6-13最佳路线的选择计算机网络基础6.3.3路由协议1．路由表概念把报文从一个网络转发到另一个网络的实际过程，就叫做IP报文的转发。路由器根据目的IP地址确定最优路径，完成报文的转发。每一台路由器都存储着一张关于路由信息的表格，称为路由表。它通过提取报文中的目的IP地址信息，并与路由表中的表项进行比较来确定最佳的路由。路由表通常至少包括4个字段:目的网络地址、子网掩码、下一跳地址(Next-Hop)、发送接口。如表6-1所示。目的网络地址子网掩码下一跳发送接口1.0.0.0255.0.0.08.8.8.1S0/0192.168.6.0255.255.255.0202.114.16.1S0/1100.12.0.0255.255.0.0100.10.1.1E1/0表6-1路由表介绍计算机网络基础如果在路由表中存在多个匹配的表项，路由器将根据IP规定的特定原则选择一项作为路由，即在所有的匹配表项中选择子网掩码长度最长的那一个表项。例如，路由器要转发一个目的地址为2.2.2.1的数据包，路由表内容如表6-2所示。目的网络地址子网掩码下一跳发送接口1.0.0.0255.0.0.09.9.9.9S0/02.0.0.0255.0.0.010.10.10.10S0/12.2.2.0255.255.0.08.8.8.8E1/00.0.0.00.0.0.07.7.7.7S2/0表6-2多个匹配的表项为了查找路由表中的匹配项，必须将路由表中子网掩码与数据包中目的IP地址相“与”，得到目的网络地址，与路由表各项逐个对照:计算机网络基础（1）第一项目的网络地址与数据包的目的IP地址不相干，所以路由表中的第一项与IP包不匹配。（2）第二项只要求目的网络地址与数据包的目的IP地址的前8位相同。由于目的网络地址的前8位为2.0.0.0，数据包的目的IP地址的前8位也为2.0.0.0，所以路由表的第二项与IP包相匹配。（3）第三项只要求目的网络地址与数据包的目的IP地址的前24位相同。由于目的网络地址的前24位为2.2.2.0，数据包的目的IP地址的前8位也为2.2.2.0，所以路由表的第三项也与IP包相匹配。（4）第四项不要求目的地址的任何比特与数据包的目的IP地址相同。也就是说，这一项可以和任何IP包相匹配(这条路由我们会在第10章缺省路由时为大家详细介绍)，显然，第四项也与该IP包匹配。这样，我们有三条合适的路由。由于IP规定必须选用子网掩码长度最长的那条匹配路由，所以本例中的路由器采用了路由表中的第三条路由来转发该数据包，因为24位的子网掩码显然要大于8和0。这样路由器就将数据包从端口“EO”转发给了8.8.8.80计算机网络基础2．1P包的转发原则（1）如果存在多条目的网络地址与IP包的目的网络地址匹配的路由，那么必须选用子网掩码最长的那条路由，而不选用路由表中的缺省路由或子网掩码长度较短的任何网络路由。（2）在没有相匹配的目的网络地址路由时，如果存在一条缺省路由，那么可以采用缺省路由来转发数据包。（3）如果前面几条都不成立(即根本没有任何匹配路由)，就宣告路由错误，并向数据包的源端发送一条ICMPUnreachable消息。计算机网络基础3．报文分片当IP报文在转发时，面临着一个问题，那就是不同的物理网络允许的最大帧长度(也叫做最大传输单元，MaximumTransferUnit，MTU)各不相同。这时需要将IP报文分段成两个或更多的报文以满足最大传输单元的要求。当分段发生时，IP必须能重组报文(不管有多少个报文要到达其目的地)。重要的一点是源和目的主机必须理解，遵守完全相同的分段数据过程。否则，重组为了报文转发而分成多个段的过程将是不可能的。数据恢复到源机器上的相同格式时，传输数据就被成功重组了。IP头中的标识、标志和段偏移等字段提供了这些分段信息。计算机网络基础4．ARP、RARP协议在数据链路层中，用来标识节点的就是其MAC地址。它是局域网中进行网络通信的基础。但是在平常的网络通信操作中，都不是以MAC地址来指定目标节点的，而是以IP地址或NetBIOS名称。这样就存在一个IP地址与MAC地址的对应关系，它们之间的相互解析是通过ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）或RARP（ReverseAddressResolutionProtocol，反向地址解析协议）协议进行的：ARP负责由IP地址解析出MAC地址，适用于有盘网络，而RARP负责从MAC地址解析出IP地址，适用于无盘网络。计算机网络基础ARP的基本工作原理如下：（1）每台主机都