计算机网络设备实践教程中的路由器连接不同网段

通常情况下，交换机将计算机连接起来构成局域网络，而路由器将不同的网络连接起来构成一个更大的网络，互联网就是由分布在世界各个角落的交换机与路由器组成的。路由器的接口连接的是不同的网段。图1-14所示为锐捷RG-RSR20-24型号路由器。

图1-14　RG-RSR20-24 路由器外观

1.路由器的分类

（1）从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU结构路由器、第二代单总线主从CPU结构路由器、第三代单总线对称式多CPU结构路由器，第四代多总线多CPU结构路由器、第五代共享内存式结构路由器、第六代交叉开关体系结构路由器和基于集群系统的路由器等多类。

（2）按性能档次划分，可将路由器分为高、中、低档路由器。目前通常将吞吐量大于40 Gb/s的路由器称为高档路由器，吞吐量在25～40 Gb/s的路由器称为中档路由器，吞吐量小于25 Gb/s的路由器称为低档路由器。

（3）按结构划分，可将路由器分为“模块化路由器”和“非模块化路由器”。模块化路由器有很多插槽，结构灵活，可以通过在插槽中插入不同功能的板卡扩展路由器的端口种类和数量；而非模块化的路由器只能提供固定的端口。

（4）按功能和服务对象划分，可将路由器分为“骨干级路由器”“企业级路由器”和“接入级路由器”。“骨干级路由器”是实现企业级网络互连的关键设备，数据吞吐量较大，功能较强；“企业级路由器”主要用于连接企业的内部局域网与外部广域网，也就是作为企业内部网与外网之间的网关使用；“接入级路由器”主要应用于连接家庭或ISP内的小型企业客户群，起到将少量使用私有IP地址的用户终端接入因特网的作用。

（5）按所处网络位置划分，可分为“边界路由器”和“中间节点路由器”。“边界路由器”处于网络边缘，用于与其他网络的路由器连接，具有支持的网络协议和路由协议广、背板带宽高、吞吐量大的特点；“中间节点路由器”处于企业网络的内部，通常用于连接同一类型网络的不同网段，起到数据转发的桥梁作用。

（6）按转发性能划分，路由器可分为“线速路由器”和“非线速路由器”。所谓“线速”就是完全按照传输介质带宽进行通畅传输，基本上没有间断和延时。

2.路由器的组成

路由器的硬件与计算机类似，由CPU（中央处理器）、存储、接口等组成，在计算机网络发展的初期，曾使用多网卡的计算机来代替路由器。除了硬件，网络设备必须有网络操作系统，不同厂家不一样，在设备出厂前已经安装，不需要单独购买，锐捷公司的网络操作系统是RGOS，可以通过TFTP等方式对操作系统进行升级。

1）CPU（中央处理器）

路由器的CPU执行操作系统指令，在中低端路由器中，CPU负责交换路由信息、路由表查找并转发数据包。路由器CPU的能力直接影响路由器的吞吐量（路由表查找时间）和路由计算能力（影响网络路由收敛时间）。在高端路由器中，通常包转发和查表由ASIC芯片完成，CPU仍然存在，但只实现路由协议、计算路由，以及分发路由表的功能。由于技术的发展，路由器中许多工作都可以由硬件实现了。

2）存储器

路由器中可能存在多种类型的内存以不同方式协助路由器工作，如只读内存（ROM）、闪存（FLASH）、随机存取内存（RAM）、非易失性RAM（NVRAM）等，内存用作存储配置、路由器操作系统、路由协议软件等内容。在中低端路由器中，路由表可能存储在内存中。一般来说，路由器内存越大越好。但是与CPU能力类似，内存同样不直接反映路由器性能与能力。因为高效的算法与优秀的软件可能大大节约内存。

a）只读内存（ROM）

只读内存在路由器中的功能与计算机中的ROM相似，主要用于系统初始化等功能。ROM中主要存储系统加电自检代码（POST），用于检测路由器中各硬件部分是否完好；系统引导区代码（BootStrap），用于启动路由器并载入网络设备操作系统，相当于PC机的BIOS系统。

b）闪存（Flash）

闪存是可读可写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据，相当于PC机的硬盘。Flash中存放着当前使用的网络设备操作系统。事实上，如果Flash容量足够大，甚至可以存放多个操作系统，这在进行网络设备操作系统升级时十分有用。当不知道新版网络设备操作系统是否稳定时，可在升级后仍保留旧版网络设备操作系统，当出现问题时可迅速退回到旧版操作系统，从而避免长时间的网络故障。

c）非易失性RAM（NVRAM）

非易失性RAM是可读可写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。由于NVRAM主要用于保存启动配置文件（startup-Config），故其容量较小，通常在路由器上只配置32～128 KB大小的NVRAM。同时，NVRAM的速度较快，成本也比较高。

d）随机存储器（RAM）

RAM也是可读可写的存储器，但它存储的内容在系统重启或关机后将被清除。和计算机中的RAM一样，路由器中的RAM也是运行期间暂时存放操作系统和数据的存储器，让路由器能迅速访问这些信息。RAM的存取速度优于前面所提到的3种内存的存取速度。路由器运行期间，RAM中包含路由表项目、ARP缓冲项目、日志项目和队列中排队等待发送的分组。除此之外，还包括运行配置文件（running-config）、正在执行的代码、操作系统程序和一些临时数据信息。

3）接口

路由器接口包括配置接口、数据接口等。常见的配置接口包括Console和AUX接口，在第一次对路由器进行管理配置时，经常使用专用连接线将计算机的串口与路由器的Console接口相连，然后在计算机上运行“超级终端”程序完成对路由器的配置，在连接时需要配置波特率，通常默认为9600，即传输一位0或1的时间为1/9600 s。AUX接口主要用于远程配置，也可用于拨号连接，与Console接口相比，使用得较少。Console和AUX接口通常为RJ-45类型。(www.xing528.com)

路由器的数据接口主要用于传输特定业务的数据，局域网接口有RJ-45、FDDI、ATM等，最常见的是RJ-45接口，传输速率通常为10/100/1000 Mb/s。以太网接口常用Ethernet表示，传输速率为10 Mb/s；快速以太网接口用Fastethernet表示，速率为100 Mb/s；千兆以太网接口常用GigaEthernet表示，速率是1000 Mbit/s。路由器一般都是以从左向右，从下往上的顺序来安排模块的顺序的，接口GigaEthernet 0/0中前一个0表示路由器上第1个模块，后一个0表示第一个模块上的第一个接口。

3.路由器的启动过程

了解路由器的启动过程有助于排除路由器在运行过程中可能出现的各类故障。

（1）加电自检（Power-On-Self-Test，POST）。

通电后对硬件进行检测，验证路由器的所有部件是否都处于正常工作状态。

（2）装载运行自主引导（Bootstrap）代码。

这是路由器启动的初始化阶段。在此阶段可以用“Ctrl+C”组合键中断路由器的正常启动过程，进入ROM层操作界面，在这一层可以进行密码恢复。设备启动时会读取配置文件config.text，而密码保存在config.text文件里面。若进入设备的ROM模式，把配置文件的名字改为其他名字后，系统找不到config.text文件，就会直接进入系统。进入系统后可以把配置文件名改为原来的名字config.text，重新设置密码后保存配置文件，下次进入系统时就可以使用新密码登录了。

（3）查找IOS系统。

正常情况下，路由器的操作系统（IOS）存放在NVRAM中，如rgos.bin帮助决定IOS映象的位置，并决定用什么映象文件来引导。

（4）装载IOS系统。

Bootstrap找到合适的IOS软件后，将IOS软件装入RAM并且开始运行。

（5）寻找配置。

默认在NVRAM中寻找有效的配置文件；如果在NVRAM中没有找到配置，就尝试从TFTP Server中寻找配置。

（6）装载配置，正常运行。

4.路由器的功能

路由器最主要的功能就是正确快速地转发不同网段的数据包，使数据包能够离目的地越来越近直到最后到达目的地。为了完成此项功能，路由器采用查表的方式决定某个接口接收数据包后再从哪个接口转发出去，这张表就是路由表。如果路由器出厂就存在一张万能的路由表为所有数据包指明出路就完美了，但这是不可能的。因为，第一，受性能限制，路由表不可能无限大，装下整个Internet的路由信息；第二，网络拓扑时常发生变化，路由表也必须快速响应变化才能正确地转发数据包，也就是说路由表也会经常变化；第三，网络类型复杂，不同拓扑中的路由器功能不同，路由表也不同。现实情况是，路由器出厂时，它的路由表示空的，里面一条记录都没有。有两种方式可以在路由表中添加记录：一种是管理员通过指令手工向里面添加静态路由；另一种是路由器运行动态路由协议，路由协议自动协商后生成路由表，这种叫作动态路由表。

因此，路由器的主要功能有3个：

1）生成和动态维护路由表

路由器的路由表中有许多条目，每个条目就是一条路由。与交换机转发数据包时依据的MAC地址转发表不同，路由表中包含源或者目的IP地址。因此经常称交换机为二层设备，路由器为三层设备。路由器启动后能够自动发现其物理接口直接相连的网络，它会把这些网络的IP地址、子网掩码、接口信息记录在路由表中，并将该条目的来源标记为“直连”，用符号“C”标识。如果网络管理员手工添加了路由条目到路由表中，该路由条目将会标记为“静态路由”，用符号“S”标识。如果路由器通过配置的RIP、OSPF、ISIS等协议自动生成了路由条目，会标记为“动态路由”，用相应的符号表示，下列是常见协议的符号标识。

2）确定数据转发的最佳路由

路由器接收到数据包之后会将数据包IP首部中的目的IP地址字段的内容取出，和路由表路由条目中的目的网络字段逐一比对，一旦匹配就向此路由条目中的转发接口发送数据包。如果到达某一目的网络存在多个路由条目，路由器则会选择子网掩码最长的条目为数据转发的路由，因为这样的条目是最具体的。

3）数据转发

路由器转发引擎从输入线路接收IP包，经过查表确定转发端口后，还需要修改IP数据包中首部的某些字段，然后使用转发表把数据交换到输出线路上。转发表是根据路由表生成的，其表项和路由表项有直接对应关系，但转发表的格式和路由表的格式不同，它更适合实现快速查找。