CCNA手冊(cè)路由器(Router)原理介紹

1、CCNA手冊(cè)路由器Router原理介紹路由器綜述路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備。路由器通過(guò)路由打算數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱(chēng)為路由選擇routing,這也是路由器名稱(chēng)的由來(lái)router,轉(zhuǎn)發(fā)者。路由器通常用于節(jié)點(diǎn)眾多的大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，它處于ISO/OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層。與交換機(jī)和網(wǎng)橋相比，在實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)的互聯(lián)方面，路由器、特殊是高端路由器有著明顯的優(yōu)勢(shì)。路由器高度的智能化，對(duì)各種路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)接口的廣泛支持，還有其獨(dú)具的安全性和訪問(wèn)掌握等功能和特點(diǎn)是網(wǎng)橋和交換機(jī)等其他互聯(lián)設(shè)備所不具備的。路由器的中低端產(chǎn)品可以用于連接骨干網(wǎng)設(shè)備和小規(guī)模端點(diǎn)的接入，高端產(chǎn)品可以用于骨干網(wǎng)之間的互聯(lián)以及骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)

2、的連接。特殊是對(duì)于骨干網(wǎng)的互聯(lián)和骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通，不但技術(shù)簡(jiǎn)單，涉及通信協(xié)議、路由協(xié)議和眾多接口，信息傳輸速度要求高，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性的要求也比其他場(chǎng)合高得多。因此采納高端路由器作為互聯(lián)設(shè)備，有著其他互聯(lián)設(shè)備不行比較的優(yōu)勢(shì)。路由器的作用路由器的一個(gè)作用是連通不同的網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負(fù)荷，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)暢通率，從而讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效益來(lái)。從過(guò)濾網(wǎng)絡(luò)流量的角度來(lái)看，路由器的作用與交換機(jī)和網(wǎng)橋特別相像。但是與工作在網(wǎng)絡(luò)物理層，從物理上劃分網(wǎng)段的交換機(jī)不同，路由器使用特地的軟件協(xié)議從規(guī)律上對(duì)整個(gè)網(wǎng)

3、絡(luò)進(jìn)展劃分。例如，一臺(tái)支持IP協(xié)議的路由器可以把網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)子網(wǎng)段，只有指向特別IP地址的網(wǎng)絡(luò)流量才可以通過(guò)路由器。對(duì)于每一個(gè)接收到的數(shù)據(jù)包，路由器都會(huì)重新計(jì)算其校驗(yàn)值，并寫(xiě)入新的物理地址。因此，使用路由器轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾數(shù)據(jù)的速度往往要比只查看數(shù)據(jù)包物理地址的交換機(jī)慢。但是，對(duì)于那些構(gòu)造簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，使用路由器可以提高網(wǎng)絡(luò)的整體效率。路由器的另外一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)就是可以自動(dòng)過(guò)濾網(wǎng)絡(luò)播送。從總體上說(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)中添加路由器的整個(gè)安裝過(guò)程要比即插即用的交換機(jī)簡(jiǎn)單許多。路由器的類(lèi)型及特點(diǎn)互聯(lián)網(wǎng)各種級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)中隨處都可見(jiàn)到路由器。接入網(wǎng)絡(luò)使得家庭和小型企業(yè)可以連接到某個(gè)互聯(lián)網(wǎng)效勞供應(yīng)商；企業(yè)網(wǎng)中的路由器連接一個(gè)校

4、園或企業(yè)內(nèi)成千上萬(wàn)的計(jì)算機(jī)；骨干網(wǎng)上的路由器終端系統(tǒng)通常是不能直接訪問(wèn)的，它們連接長(zhǎng)距離骨干網(wǎng)上的ISP和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)的快速進(jìn)展無(wú)論是對(duì)骨干網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)還是接入網(wǎng)都帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)。骨干網(wǎng)要求路由器能對(duì)少數(shù)鏈路進(jìn)展高速路由轉(zhuǎn)發(fā)。企業(yè)級(jí)路由器不但要求端口數(shù)目多、價(jià)格低廉，而且要求配置起來(lái)簡(jiǎn)潔便利，并供應(yīng)QoS。.接入路由器接入路由器連接家庭或ISP內(nèi)的小型企業(yè)客戶。接入路由器已經(jīng)開(kāi)頭不只是供應(yīng)SLIP或PPP連接，還支持諸如PPTP和IPSec等虛擬私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這些協(xié)議要能在每個(gè)端口上運(yùn)行。諸如ADSL等技術(shù)將很快提高各家庭的可用帶寬，這將進(jìn)一步增加接入路由器的負(fù)擔(dān)。由于這些趨勢(shì)，接入路由器

5、將來(lái)會(huì)支持很多異構(gòu)和高速端口，并在各個(gè)端口能夠運(yùn)行多種協(xié)議，同時(shí)還要避開(kāi) 交換網(wǎng)。.企業(yè)級(jí)路由器企業(yè)或校園級(jí)路由器連接很多終端系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是以盡量廉價(jià)的方法實(shí)現(xiàn)盡可能多的端點(diǎn)互連，并且進(jìn)一步要求支持不同的效勞質(zhì)量。很多現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)都是由Hub或網(wǎng)橋連接起來(lái)的以太網(wǎng)段。盡管這些設(shè)備價(jià)格廉價(jià)、易于安裝、無(wú)需配置，但是它們不支持效勞等級(jí)。相反，有路由器參加的網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)C(jī)器分成多個(gè)碰撞域，并因此能夠掌握一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的大小。此外，路由器還支持肯定的效勞等級(jí)，至少允許分成多個(gè)優(yōu)先級(jí)別。但是路由器的每端口造價(jià)要貴些，并且在能夠使用之前要進(jìn)展大量的配置工作。因此，企業(yè)路由器的成敗就在于是否供應(yīng)大量端口且每端

6、口的造價(jià)很低，是否簡(jiǎn)單配置，是否支持QoS。另外還要求企業(yè)級(jí)路由器有效地支持播送和組播。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)還要處理歷史遺留的各種LAN技術(shù)，支持多種協(xié)議，包括IP、IPX和Vine。它們還要支持防火墻、濾以及大量的治理和安全策略以及VLAN。.骨干級(jí)路由器骨干級(jí)路由器實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。對(duì)它的要求是速度和牢靠性，而代價(jià)則處于次要地位。硬件牢靠性可以采納 交換網(wǎng)中使用的技術(shù)，如熱備份、雙電源、雙數(shù)據(jù)通路等來(lái)獲得。這些技術(shù)對(duì)全部骨干路由器而言差不多是標(biāo)準(zhǔn)的。骨干IP路由器的主要性能瓶頸是在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找某個(gè)路由所耗的時(shí)間。當(dāng)收到一個(gè)包時(shí)，輸入端口在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找該包的目的地址以確定其目的端口，當(dāng)包越短或者當(dāng)包

7、要發(fā)往很多目的端口時(shí)，勢(shì)必增加路由查找的代價(jià)。因此，將一些常訪問(wèn)的目的端口放到緩存中能夠提高路由查找的效率。不管是輸入緩沖還是輸出緩沖路由器，都存在路由查找的瓶頸問(wèn)題。除了性能瓶頸問(wèn)題，路由器的穩(wěn)定性也是一個(gè)常被無(wú)視的問(wèn)題。.太比特路由器在將來(lái)核心互聯(lián)網(wǎng)使用的三種主要技術(shù)中，光纖和DWDM都已經(jīng)是很成熟的并且是現(xiàn)成的。假如沒(méi)有與現(xiàn)有的光纖技術(shù)和DWDM技術(shù)供應(yīng)的原始帶寬對(duì)應(yīng)的路由器，新的網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施將無(wú)法從根本上得到性能的改善，因此開(kāi)發(fā)高性能的骨干交換/路由器太比特路由器已經(jīng)成為一項(xiàng)迫切的要求。太比特路由器技術(shù)現(xiàn)在還主要處于開(kāi)發(fā)試驗(yàn)階段。路由器技術(shù)路由器的體系構(gòu)造從體系構(gòu)造上看，路由器可以分為

8、第一代單總線單CPU構(gòu)造路由器、其次代單總線主從CPU構(gòu)造路由器、第三代單總線對(duì)稱(chēng)式多CPU構(gòu)造路由器；第四代多總線多CPU構(gòu)造路由器、第五代共享內(nèi)存式構(gòu)造路由器、第六代穿插開(kāi)關(guān)體系構(gòu)造路由器和基于機(jī)群系統(tǒng)的路由器等多類(lèi)。路由器的構(gòu)成路由器具有四個(gè)要素：輸入端口、輸出端口、交換開(kāi)關(guān)和路由處理器。輸入端口是物理鏈路和輸入包的進(jìn)口處。端口通常由線卡供應(yīng)，一塊線卡一般支持4、8或16個(gè)端口，一個(gè)輸入端口具有很多功能。第一個(gè)功能是進(jìn)展數(shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝。其次個(gè)功能是在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找輸入包目的地址從而打算目的端口稱(chēng)為路由查找，路由查找可以使用一般的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)在每塊線卡上嵌入一個(gè)微處理器來(lái)完

9、成。第三，為了供應(yīng)QoS 效勞質(zhì)量，端口要對(duì)收到的包分成幾個(gè)預(yù)定義的效勞級(jí)別。第四，端口可能需要運(yùn)行諸如SLIP 串行線網(wǎng)際協(xié)議和PPP 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議這樣的數(shù)據(jù)鏈路級(jí)協(xié)議或者諸如PPTP 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道協(xié)議這樣的網(wǎng)絡(luò)級(jí)協(xié)議。一旦路由查找完成，必需用交換開(kāi)關(guān)將包送到其輸出端口。假如路由器是輸入端加隊(duì)列的，則有幾個(gè)輸入端共享同一個(gè)交換開(kāi)關(guān)。這樣輸入端口的最終一項(xiàng)功能是參與對(duì)公共資源如交換開(kāi)關(guān)的仲裁協(xié)議。交換開(kāi)關(guān)可以使用多種不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。迄今為止使用最多的交換開(kāi)關(guān)技術(shù)是總線、穿插開(kāi)關(guān)和共享存貯器。最簡(jiǎn)潔的開(kāi)關(guān)使用一條總線來(lái)連接全部輸入和輸出端口，總線開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)是其交換容量受限于總線的容量以及為共享總線

10、仲裁所帶來(lái)的額外開(kāi)銷(xiāo)。穿插開(kāi)關(guān)通過(guò)開(kāi)關(guān)供應(yīng)多條數(shù)據(jù)通路，具有NXN個(gè)穿插點(diǎn)的穿插開(kāi)關(guān)可以被認(rèn)為具有2N條總線。假如一個(gè)穿插是閉合，輸入總線上的數(shù)據(jù)在輸出總線上可用，否則不行用。穿插點(diǎn)的閉合與翻開(kāi)由調(diào)度器來(lái)掌握，因此，調(diào)度器限制了交換開(kāi)關(guān)的速度。在共享存貯器路由器中，進(jìn)來(lái)的包被存貯在共享存貯器中，所交換的僅是包的指針，這提高了交換容量，但是，開(kāi)關(guān)的速度受限于存貯器的存取速度。盡管存貯器容量每18個(gè)月能夠翻一番，但存貯器的存取時(shí)間每年僅降低5%,這是共享存貯器交換開(kāi)關(guān)的一個(gè)固有限制。輸出端口在包被發(fā)送到輸出鏈路之前對(duì)包存貯，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的調(diào)度算法以支持優(yōu)先級(jí)等要求。與輸入端口一樣，輸出端口同樣要能

11、支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層的封裝和解封裝，以及很多較高級(jí)協(xié)議。路由處理器計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)表實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議，并運(yùn)行對(duì)路由器進(jìn)展配置和治理的軟件。同時(shí)，它還處理那些目的地址不在線卡轉(zhuǎn)發(fā)表中的包。VPNVPNVirtual Private Network-虛擬專(zhuān)用網(wǎng)解決方案是路由器具有的重要功能之一。其解決方案大致如下：.訪問(wèn)掌握一般分為PAP 口令認(rèn)證協(xié)議和CHAP 高級(jí)口令認(rèn)證協(xié)議兩種協(xié)議。PAP要求登錄者向目標(biāo)路由器供應(yīng)用戶名和口令，與其訪問(wèn)列表Access List中的信息相符才允許其登錄。它雖然供應(yīng)了肯定的安全保障，但用戶登錄信息在網(wǎng)上無(wú)加密傳遞，易被人竊取。CHAP便應(yīng)運(yùn)而生，它把一隨機(jī)初始值與用戶原始登錄信

12、息用戶名和口令經(jīng)Hash算法翻譯后形成新的登錄信息。這樣在網(wǎng)上傳遞的用戶登錄信息對(duì)黑客來(lái)說(shuō)是不透亮的，且由于隨機(jī)初始值每次不同，用戶每次的最終登錄信息也會(huì)不同，即使某一次用戶登錄信息被竊取，黑客也不能重復(fù)使用。需要留意的是，由于各廠商實(shí)行各自不同的Hash算法，所以CHAP無(wú)互*作性可言。要建立VPN需要VPN兩端放置一樣品牌路由器。.數(shù)據(jù)加密在加密過(guò)程中加密位數(shù)是一個(gè)很重要的參數(shù)，它直接關(guān)系到解密的難易程度，其中Intel 9000系列路由器表現(xiàn)最為優(yōu)異，為一百多位加密。. NAT Network Address Translation-網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議猶如用戶登錄信息一樣，IP和MAC地址

13、在網(wǎng)上無(wú)加密傳遞也很擔(dān)心全。NAT可把合法IP地址和MAC地址翻譯成非法IP地址和MAC地址在網(wǎng)上傳遞，到達(dá)目標(biāo)路由器后反翻譯成合法IP與MAC地址，這一過(guò)程有點(diǎn)像CHAP，翻譯算法廠商各自有不同標(biāo)準(zhǔn)，不能實(shí)現(xiàn)互*作。QoSQoS Quality of Service-效勞質(zhì)量原來(lái)是 ATM AsynchronousTransmit Mode中的專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)，在IP上原來(lái)是不談QoS的，但利用IP傳VOD等多媒體信息的應(yīng)用越來(lái)越多，IP作為一個(gè)打包的協(xié)議顯得有點(diǎn)力不從心：延遲長(zhǎng)且不為定值，丟包造成信號(hào)不連續(xù)且失真大。為解決這些問(wèn)題，廠商供應(yīng)了假設(shè)干解決方案：第一種方案是基于不同對(duì)象的優(yōu)先級(jí)，某些設(shè)

14、備多為多媒體應(yīng)用發(fā)送的數(shù)據(jù)包可以后到先傳。其次種方案基于協(xié)議的優(yōu)先級(jí)，用戶可定義哪種協(xié)議優(yōu)先級(jí)高，可后到先傳，Intel和Cisco都支持。第三種方案是做鏈路整合MLPPP Multi Link Point toPoint Protocol, Cisco支持可通過(guò)將連接兩點(diǎn)的多條線路做帶寬會(huì)聚，從而提高帶寬。第四種方案是做資源預(yù)留RSVP Resource ReservationProtocol,它將一局部帶寬固定的分給多媒體信號(hào)，其它協(xié)議無(wú)論如何擁擠，也不得占用這局部帶寬。這幾種解決方案都能有效的提高傳輸質(zhì)量。RIP 、OSPF 和 BGP 協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)在大量運(yùn)行的路由協(xié)議有RIP Rou

15、ting InformationProtocol-路由信息協(xié)議、OSPF Open Shortest Path First-開(kāi)放式最短路優(yōu)先和BGP Border Gateway Protocol一邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議。RIP、OSPF是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，適用于單個(gè)ISP的統(tǒng)一路由協(xié)議的運(yùn)行，由一個(gè)ISP運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為一個(gè)自治系統(tǒng)。BGP是自治系統(tǒng)間的路由協(xié)議，是一種外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。RIP是推出時(shí)間最長(zhǎng)的路由協(xié)議，也是最簡(jiǎn)潔的路由協(xié)議。它主要傳遞路由信息路由表來(lái)播送路由。每隔30秒，播送一次路由表，維護(hù)相鄰路由器的關(guān)系，同時(shí)依據(jù)收到的路由表計(jì)算自己的路由表。RIP運(yùn)行簡(jiǎn)潔，適用于小型網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)上還在局部使

16、用著RIP。OSPF 協(xié)議是“開(kāi)放式最短路優(yōu)先的縮寫(xiě)。“開(kāi)放是針對(duì)當(dāng)時(shí)某些廠家的“私有路由協(xié)議而言，而正是由于協(xié)議開(kāi)放性，才使得OSPF具有強(qiáng)大的生命力和廣泛的用途。它通過(guò)傳遞鏈路狀態(tài)連接信息來(lái)得到網(wǎng)絡(luò)信息，維護(hù)一張網(wǎng)絡(luò)有向拓?fù)鋱D，利用最小生成樹(shù)算法得到路由表。OSPF是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的路由協(xié)議?？偟膩?lái)說(shuō)，OSPF、RIP都是自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)議，適合于單一的ISP 自治系統(tǒng)使用。一般說(shuō)來(lái)，整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)并不適合跑單一的路由協(xié)議，由于各ISP有自己的利益，不情愿供應(yīng)自身網(wǎng)絡(luò)具體的路由信息。為了保證各ISP利益，標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了 ISP間的路由協(xié)議BGP。BGP 處理各ISP之間的路由傳遞。其特點(diǎn)是

17、有豐富的路由策略，這是RIP、OSPF等協(xié)議無(wú)法做到的，由于它們需要全局的信息計(jì)算路由表。BGP通過(guò)ISP邊界的路由器加上肯定的策略，選擇過(guò)濾路由，把RIP、OSPF、BGP等的路由發(fā)送到對(duì)方。全局范圍的、廣泛的互聯(lián)網(wǎng)是BGP處理多個(gè)ISP間的路由的實(shí)例。BGP的消失，引起了互聯(lián)網(wǎng)的重大變革，它把多個(gè)ISP有機(jī)的連接起來(lái)，真正成為全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。帶來(lái)的副作用是互聯(lián)網(wǎng)的路由爆炸，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的路由也許是60000條，這還是經(jīng)過(guò)“聚合后的數(shù)字。配置BGP需要對(duì)用戶需求、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和BGP協(xié)議特別了解，還需要特別當(dāng)心，BGP運(yùn)行在相對(duì)核心的地位，一旦出錯(cuò)，其造成的損失可能會(huì)很大！IPv6 技術(shù)快速進(jìn)展

18、中的互聯(lián)網(wǎng)將不再是僅僅連接計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，它將進(jìn)展成能同 網(wǎng)、有線電視網(wǎng)類(lèi)似的信息通信根底設(shè)施。因此，正在使用的IP互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議已經(jīng)難以勝任，人們迫切盼望下一代IP即IPv6的消失。IPv6是IP的一種版本，在互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議TCP/IP中，是OSI模型第3層網(wǎng)絡(luò)層的傳輸協(xié)議。它同目前廣泛使用的、1974年便提出的IPv4相比，地址由32位擴(kuò)大到128位。從理論上說(shuō)，地址的數(shù)量由原先的4.3X109個(gè)增加到4.3X1038個(gè)。之所以必需從現(xiàn)行的IPv4改用IPv6，主要有二個(gè)緣由。.由于互聯(lián)網(wǎng)快速進(jìn)展，地址數(shù)量已經(jīng)不夠用，這使得網(wǎng)絡(luò)治理花費(fèi)的精力和費(fèi)用令人難以承受。地址的枯竭是促使向擁有128位地址空間過(guò)渡的首要緣由。.隨著主機(jī)數(shù)目的增加，打算數(shù)據(jù)傳