路由器

1什么是路由器路由器是计算机路由器其实也是计算机，它的组成结构类似于任何其它计算机（包括PC）。第一台路由器是一台接口信息处理机(IMP)，出现在美。路由器中含有许多其它计算机中常见的硬件和软件组件，包括：CPURAMROM操作系统路由器是网络的核心普通用户可能不知道他们自己的网络或Internet中有大量的路由器存在。用户只希望能够访问Web网页、发送电子邮件，以及下载音乐—不管所访问的服务器是位于自己的网络，还是位于世界其它地方的网络。但网络工程师知道，负责在网络间将数据包从初始源位置转发到最终目的地的，正是路由器。路由器可连接多个网络，这意味着它具有多个接口，每个接口属于不同的IP网络。当路由器从某个接口收到IP数据包时，它会确定使用哪个接口来将该数据包转发到目的地。路由器用于转发数据包的接口可以位于数据包的最终目的网络（即具有该数据包目的IP地址的网络），也可以位于连接到其它路由器的网络（用于送达目的网络）。路由器连接的每个网络通常需要单独的接口。这些接口用于连接局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN通常为以太网，其中包含各种设备，如PC、打印机和服务器。WAN用于连接分布在广阔地域中的网络。例如，WAN连接通常用于将LAN连接到Internet服务提供商(ISP)网络。路由器确定最佳路径路由器主要负责将数据包传送到本地和远程目的网络，其方法是：确定发送数据包的最佳路径将数据包转发到目的地路由器使用路由表来确定转发数据包的最佳路径。当路由器收到数据包时，它会检查其目的IP地址，并在路由表中搜索最匹配的网络地址。路由表还包含用于转发数据包的接口。一旦找到匹配条目，路由器就会将IP数据包封装到传出接口或送出接口的数据链路帧中。路由器经常会收到以某种类型的数据链路帧（如以太网帧）封装的数据包，当转发这种数据包时，路由器可能需要将其封装为另一种类型的数据链路帧，如点对点协议(PPP)帧。数据链路封装取决于路由器接口的类型及其连接的介质类型。路由器可连接多种不同的数据链路技术，包括LAN技术（如以太网）、WAN串行连接（如使用PPP的T1连接）、帧中继以及异步传输模式(ATM)。路由器使用静态路由和动态路由协议来获知远程网络和构建路由表。路由器工作在第1、第2和第3层路由器在第3层做出主要转发决定，但它也参与第1和第2层的过程。路由器检查完数据包的IP地址，并通过查询路由表做出转发决定后，它可以将该数据包从相应接口朝着其目的地转发出去。路由器会将第3层IP数据包封装到对应送出接口的第2层数据链路帧的数据部分。帧的类型可以是以太网、HDLC或其它第2层封装－即对应特定接口上所使用的封装类型。第2层帧会编码成第1层物理信号，这些信号用于表示物理链路上传输的位。下图所示请注意，PC1工作在所有七个层次，它会封装数据，并把帧作为编码后的比特流发送到默认网关R1。R1在相应接口接收编码后的比特流。比特流经过解码后上传到第2层，在此由R1将帧解封。路由器会检查数据链路帧的目的地址，确定其是否与接收接口（包括广播地址或组播地址）匹配。如果与帧的数据部分匹配，则IP数据包将上传到第3层，在此由R1做出路由决定。然后R1将数据包重新封装到新的第2层数据链路帧中，并将它作为编码后的比特流从出站端口转发出去。R2收到比特流，然后重复上一过程。R2帧解封，再将帧的数据部分（IP数据包）传递给第3层，在此R2做出路由决定。然后R2将数据包重新封装到新的第2层数据链路帧中，并将它作为编码后的比特流从出站端口转发出去。路由器R3再次重复这一过程，它将封装到数据链路帧中且编码成比特流的IP数据包转发到PC2。从源到目的地这一路径中，每个路由器都执行相同的过程，包括解封、搜索路由表、再次封装。此过程对于理解路由器如何参与网络非常重要。2路由器的内部构造尽管路由器类型和型号多种多样，但每种路由器都具有相同的通用硬件组件。根据型号的不同，这些组件在路由器内部的位置有所差异。下图中显示了1841路由器的内部构造。要查看路由器的内部组件，必须拧开路由器金属盖板上的螺钉，然后将盖板拆下。一般而言，除非要升级存储器，否则不必打开路由器。与PC一样，路由器也包含：中央处理器(CPU)随机访问存储器(RAM)只读存储器(ROM)CPUCPU执行操作系统指令，如系统初始化、路由功能和交换功能。RAMRAM存储CPU所需执行的指令和数据。RAM用于存储以下组件：操作系统：启动时，操作系统会将IOS(InternetworkOperatingSystem)复制到RAM中。路由器组件及其功能运行配置文件：这是存储路由器IOS当前所用的配置命令的配置文件。除几个特例外，路由器上配置的所有命令均存储于运行配置文件，此文件也称为running-config。IP路由表：此文件存储着直连网络以及远程网络的相关信息，用于确定转发数据包的最佳路径。ARP缓存：此缓存包含IPv4地址到MAC地址的映射，类似于PC上的ARP缓存。ARP缓存用在有LAN接口（如以太网接口）的路由器上。数据包缓冲区：数据包到达接口之后以及从接口送出之前，都会暂时存储在缓冲区中。RAM是易失性存储器，如果路由器断电或重新启动，RAM中的内容就会丢失。但是，路由器也具有永久性存储区域，如ROM、闪存和NVRAM。ROM（只读存储器）ROM是一种永久性存储器，它存储以下内容：bootstrap指令基本诊断软件精简版IOSROM使用的是固件，即内嵌于集成电路中的软件。固件包含一般不需要修改或升级的软件，如启动指令。如果路由器断电或重新启动，ROM中的内容不会丢失。闪存闪存是非易失性计算机存储器，可以电子的方式存储和擦除。闪存用作操作系统IOS的永久性存储器。在大多数路由器型号中，IOS是永久性存储在闪存中的，在启动过程中才复制到RAM，然后再由CPU执行。某些较早的路由器型号则直接从闪存运行IOS。如果路由器断电或重新启动，闪存中的内容不会丢失。NVRAMNVRAM（非易失性RAM）在电源关闭后不会丢失信息。这与大多数普通RAM不同，后者需要持续的电源才能保持信息。NVRAM被IOS用作存储启动配置文件(startup-config)的永久性存储器。所有配置更改都存储于RAM的running-config文件中（有几个特例除外），并由IOS立即执行。要保存这些更改以防路由器重新启动或断电，必须将running-config复制到NVRAM，并在其中存储为startup-config文件。即使路由器重新启动或断电，NVRAM也不会丢失其内容。Cisco路由器采用的操作系统软件称为CiscoInternetworkOperatingSystem(IOS)。与计算机上的操作系统一样，CiscoIOS会管理路由器的硬件和软件资源，包括存储器分配、进程、安全性和文件系统。CiscoIOS属于多任务操作系统，集成了路由、交换、网际网络及电信等功能。虽然许多路由器中的CiscoIOS看似相同，但实际却是不同类型的IOS映像。IOS映像是一种包含相应路由器完整IOS的文件。Cisco根据路由器型号和IOS内部的功能，创建了许多不同类型的IOS映像。通常，IOS内部的功能越多，IOS映像就越大，因此就需要越多的闪存和RAM来存储和加载IOS。与其它操作系统一样，CiscoIOS也有自己的用户界面。尽管有些路由器提供图形用户界面(GUI)，但命令行界面(CLI)是配置Cisco路由器的最常用方法。路由器启动时，NVRAM中的startup-config文件会复制到RAM，并存储为running-config文件。IOS接着会执行running-config中的配置命令。网络管理员输入的任何更改均存储于running-config中，并由IOS立即执行。路由器启动过程启动过程分为四个主要阶段：1.执行POST2.加载bootstrap程序3.查找并加载CiscoIOS软件4.查找并加载启动配置文件，或进入设置模式1.执行POST加电自检(POST)几乎是每台计算机启动过程中必经的一个过程。POST过程用于检测路由器硬件。当路由器加电时，ROM芯片上的软件便会执行POST。在这种自检过程中，路由器会通过ROM执行诊断，主要针对包括CPU、RAM和NVRAM在内的几种硬件组件。POST完成后，路由器将执行bootstrap程序。2.加载bootstrap程序POST完成后，bootstrap程序将从ROM复制到RAM。进入RAM后，CPU会执行bootstrap程序中的指令。bootstrap程序的主要任务是查找CiscoIOS并将其加载到RAM。3.查找并加载CiscoIOS查找CiscoIOS软件。IOS通常存储在闪存中，但也可能存储在其它位置，如TFTP（简单文件传输协议）服务器上。如果不能找到完整的IOS映像，则会从ROM将精简版的IOS复制到RAM中。这种版本的IOS一般用于帮助诊断问题，也可用于将完整版的IOS加载到RAM。注：TFTP服务器通常用作IOS的备份服务器，但也可充当存储和加载IOS的中心点。4.查找并加载配置文件查找启动配置文件。IOS加载后，bootstrap程序会搜索NVRAM中的启动配置文件（也称为startup-config）。此文件含有先前保存的配置命令以及参数，其中包括：接口地址路由信息口令网络管理员保存的其它配置如果启动配置文件startup-config位于NVRAM，则会将其复制到RAM作为运行配置文件running-config。注：如果NVRAM中不存在启动配置文件，则路由器可能会搜索TFTP服务器。执行配置文件。如果在NVRAM中找到启动配置文件，则IOS会将其加载到RAM作为running-config，并以一次一行的方式执行文件中的命令。running-config文件包含接口地址，并可启动路由过程以及配置路由器的口令和其它特性。进入设置模式（可选）。如果不能找到启动配置文件，路由器会提示用户进入设置模式。设置模式包含一系列问题，提示用户一些基本的配置信息。设置模式不适于复杂的路由器配置，网络管理员一般不会使用该模式。当启动不含启动配置文件的路由器时，您会在IOS加载后看到以下问题：Wouldyouliketoentertheinitialconfigurationdialog?[yes/no]:no本学期不会讲解使用设置模式配置路由器。当提示进入设置模式时，请始终回答no。如果回答yes并进入设置模式，可随时按Ctrl-C终止设置过程。不使用设置模式时，IOS会创建默认的running-config。默认running-config是基本配置文件，其中包括路由器接口、管理接口以及特定的默认信息。默认running-config不包含任何接口地址、路由信息、口令或其它特定配置信息。命令行界面根据平台和IOS的不同，路由器可能会在显示提示符前询问以下问题：Wouldyouliketoterminateautoinstall?[yes]:EnterPresstheEnterkeytoacceptthedefaultanswer.Router注：如果找到启动配置文件，则running-config还可能包含主机名，提示符处会显示路由器的主机名。一旦显示提示符，路由器便开始以当前的运行配置文件运行IOS。而网络管理员也可开始使用此路由器上的IOS命令。3路由器接口接口分属不同的网络如后图所示，路由器上的每个接口都是不同IP网络的成员或主机。每个接口必须配置一个IP地址以及对应网络的子网掩码。CiscoIOS不允许同一路由器上的两个活动接口属于同一网络。路由器接口主要可分为两组：LAN接口－如以太网接口和快速以太网接口WAN接口－如串行接口、ISDN接口和帧中继接口LAN接口顾名思义，LAN接口用于将路由器连接到LAN，如同PC的以太网网卡用于将PC连接到