路由器入门基础(初学必备)

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1、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

2、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)

3、 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

4、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

5、 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

6、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

7、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。 RAM RAM 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 (Internetwork Operating System) 复制到 RA

8、M 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，RA

9、M 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

10、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

11、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 Cisco Internetwork Operating System (IOS)。与计算 机上的操作系统一样，Cisco IOS 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。Cisco IOS 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 Cisco IOS 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 I

12、OS 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，Cisco IOS 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

13、过程启动过程分为四个主要阶段： 1. 执行 POST 2. 加载 bootstrap 程序 3. 查找并加载 Cisco IOS 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，bo

14、otstrap 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 Cisco IOS 并将其 加载到 RAM。 3. 查找并加载 Cisco IOS 查找 Cisco IOS 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

15、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

16、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：Would you like to enter the initial configuration dialog?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