路由器基础知识

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2024年1月5日发(作者：)

路由器基础知识

路由器的概念: 路由器（Router）又称网关设备（Gateway）,是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。

路由器的工作原理:

传输介质

路由器分本地路由器和远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆、双绞线；远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。

路由器是互联网的主要结点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的由来（router，转发者）。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于TCP/IP 的国际互联网络Internet 的主体脉络，也可以说，路由器构成了Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。因此，在园区网、地区网、乃至整个Internet研究领域中，路由器技术始终处于核心地位，其发展历程和方向，成为整个Internet研究的一个缩影。在当前我国网络基础建设和信息建设方兴未艾之际，探讨路由器在互连网络中的作用、地位及其发展方向，对于国内的网络技术研究、网络建设，以及明确网络市场上对于路由器和网络互连的各种似是而非的概念，都有重要的意义。

出现了交换路由器产品，从本质上来说它不是什么新技术，而是为了提高通信能力，把交换机的原理组合到路由器中，使数据传输能力更快、更好。

主要过程作用:

启动过程：路由器里有一个叫做IOS的软件，IOS叫做网际操作系统，可以等同的认为它就是路由器的操作系统，像我们常用的XP一样。路由器会使用IOS来完成路由表的生成和维护。同样的，作为路由器来讲，也有一个类似于我们PC系统中BIOS一样作用的部分，叫做MiniIOS。MiniIOS可以使我们在路由器的FLASH中不存在IOS时，先引导起来，进入恢复模式，来使用TFTP或X-MODEM等方式去给FLASH中导入IOS文件。

所以，路由器的启动过程应该是这样的：

1、路由器在加电后首先会进行POST。Power On Self Test (上电自检，对硬件进行检测的过程)。

2、POST完成后，首先读取ROM里的BootStrap程序进行初步引导。

3、初步引导完成后，尝试定位并读取完整的IOS镜像文件。在这里，路由器将会首先在FLASH中查找IOS文件，如果找到了IOS文件的话，那么读取IOS文件，引导路由器。

4、如果在FLASH中没有找到IOS文件的话，那么路由器将会进入BOOT模式，在BOOT模式下可以使用TFTP上的IOS文件。或者使用TFTP/X-MODEM来给路由器的FLASH中传一个IOS文件(一般我们把这个过程叫做灌IOS)。传输完毕后重新启动路由器，路由器就可以正常启动到CLI模式。

5、当路由器初始化完成IOS文件后，就会开始在NVRAM中查找STARTUP-CONFIG文件，STARTUP-CONFIG叫做启动配置文件。该文件里保

存了我们对路由器所做的所有的配置和修改。当路由器找到了这个文件后，路由器就会加载该文件里的所有配置，并且根据配置来学习、生成、维护路由表，并将所有的配置加载到RAM(路由器的内存)里后，进入用户模式，最终完成启动过程。

6、如果在NVRAM里没有STARTUP-CONFIG文件，则路由器会进入询问配置模式，也就是俗称的问答配置模式，在该模式下所有关于路由器的配置都可以以问答的形式进行配置。不过一般情况下我们基本上是不用这样的模式的。我们一般都会进入CLI[1](Comman Line Interface)命令行模式后对路由器进行配置。

工作过程：

（1）工作站A将工作站B的地址12.0.0.5连同数据信息以数据包的形式发送给路由器1。

（2）路由器1收站A的数据包后，头中取出地址12.0.0.5，并根据路径表到工作先从报计算出发往工作站B的最佳路径：R1->R2->R5->B；并将数据包发往路由器2。

（3）路由器2重复路由器1的工作，并将数据包转发给路由器5。

（4）路由器5同样取出目的地址，发现12.0.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据包直接交给工作站B。

（5）工作站B收到工作站A的数据包，一次通信过程宣告结束。

静态路由表：由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（static）路径表。

动态路由表：动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。

路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器属于O S I 模型的第三层--网络层。指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输。

第一，网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；

第二，数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；

第三，网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。

所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作，而路由器，正是执行这种行为动作的机器，它的英文名称为Router,是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。

为了完成“路由”的工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－－路由表（Routing Table），供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。在路由器中涉及到两个有关地址的名字概念，那就是：静态路由表和动态路由表。由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态（static）路由表，一

般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。动态（Dynamic）路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。

路由器的分类：

（1）按性能档次分为高、中、低档路由器。

通常将路由器吞吐量大于40Gbps的路由器称为高档路由器，背吞吐量在25Gbps~40Gbps之间的路由器称为中档路由器，而将低于25Gbps的看作低档路由器。

（2）从结构上分为“模块化路由器”和“非模块化路由器”。

模块化结构可以灵活地配置路由器，以适应企业不断增加的业务需求，非模块化的就只能提供固定的端口。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。

（3） 从功能上划分，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，它数据吞吐量较大，非常重要。 企业级路由器连接许多终端系统，连接对象较多，但系统相对简单，且数据流量较小。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体。

（4）按所处网络位置划分通常把路由器划分为“边界路由器”和“中间节点路由器”。 很明显"边界路由器"是处于网络边缘，用于不同网络路由器的连接；而"中间节点路由器"则处于网络的中间，通常用于连接不同网络，起到一个数据转

发的桥梁作数据。

（5） 从性能上可分为“线速路由器”以及“非线速路由器”。

所谓"线速路由器"就是完全可以按传输介质带宽进行通畅传输，基本上没有间断和延时。通常线速路由器是高端路由器，具有非常高的端口带宽和数据转发能力，能以媒体速率转发数据包；中低端路由器是非线速路由器。但是一些新的宽带接入路由器也有线速转发能力。

路由器的主流品牌：NETGEAR R6300v2主要参数如下：

还有D-Link DIR-850L主要参数如下：

路由器常见的协议：

常见路由协议有RIP、IGRP（Cisco私有协议）、EIGRP（Cisco私有协议）、OSPF、IS-IS、BGP等。

RIP

RIP很早就被用在Internet上，是最简单的路由协议。它是“路由信息协议(Route

Information Protocol)”的简写，主要传递路由信息，通过每隔30秒广播一次路由表，维护相邻路由器的位置关系，同时根据收到的路由表信息计算自己的路由表信 息。RIP是一个距离矢量路由协议,最大跳数为16跳,16跳以及超过16跳的网络则认为目标网络不可达。此协议通常用在网络架构较为简单的小型网络环境.现在分为RIPv1和RIPv2两个版本,后者支持VLSM技术以及一系列技术上的改进。RIP的收敛速度较慢。

OSPF

OSPF协议是“开放式最短路径优先(Open Shortest Path First)”的缩写，属

于链路状态路由协议。OSPF提出了“区域（area）”的概念，每个区域中所有路由器维护着一个相同的链路状态数据库 （LSDB）。区域又分为骨干区域（骨干区域的编号必须为0）和非骨干区域（非0编号区域），如果一个运行OSPF的网络只存在单一区域，则该区域可以是 骨干区域或者非骨干区域。如果该网络存在多个区域，那么必须存在骨干区域，并且所有非骨干区域必须和骨干区域直接相连。OSPF利用所维护的链路状态数据 库，通过最短生成树算法（SPF算法）计算得到路由表。OSPF的收敛速度较快。由于其特有的开放性以及良好的扩展性，目前OSPF协议在各种网络中广泛部署。

IS-IS

IS-IS协议是Intermediate system to intermediate system（中间系统到中间系统）的缩写，属于链路状态路由协议。标准IS-IS协议是由国际标准化组织制定的ISO/IEC 10589:2002 所定义的，标准IS-IS不适合用于IP网络，因此IETF制 定了适用于IP网络的集成化IS-IS协议（Integrated IS-IS）。和OSPF相同，IS-IS也使用了“区域”的概念，同样也维护着一份链路状态数据库，通过最短生成树算法（SPF）计算出最佳路径。 IS-IS的收敛速度较快。集成化IS-IS协议是ISP骨干网上最常用的IGP协议。

IGRP

IGRP协议是“内部网关路由协议（Interior Gateway Routing Protool）”的缩写，由Cisco于 二十世纪八十年代独立开发，属于Cisco私有协议。IGRP和RIP一样，同属距离矢量路由协议，因此在诸多方面有着相似点，如IGRP也是周期性的广 播路由表，也存在最大跳数（默认为100跳，达到或超过100跳则认为目标网络不可达）。IGRP最大的特点是使用了混合度量值，同时考虑了链路

的带宽、 延迟、负载、MTU、可靠性5个方面来计算路由的度量值，而不像其他IGP协议单纯的考虑某一个方面来计算度量值。目前IGRP已经被Cisco独立开发的EIGRP协议所取代，版本号为12.3及其以上的Cisco IOS（Internetwork

Operating System）已经不支持该协议，现在已经罕有运行IGRP协议的网络。

EIGRP

由于IGRP协议的种种缺陷以及不足，Cisco开发了EIGRP协议（增强型内部网关路由协议）来取代IGRP协议。EIGRP属于高级距离矢量 路由协议（又称混合型路由协议），继承了IGRP的混合度量值，最大特点在于引入了非等价负载均衡技术，并拥有极快的收敛速度。EIGRP协议在 Cisco设备网络环境中广泛部署。

BGP

为了维护各个ISP的独立利益，标准化组织制定了ISP间的路由协议BGP。 BGP是“边界网关协议(Border Gateway Protocol)”的缩写，处理各ISP之间的路由传递。但是BGP运行在相对核心的地位，需要用户对网络的结构有相当的了解，否则可能会造成较大损失。

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