路由器及其配置分析

路由器及其配置分析

摘要：路由器是计算机网络的桥梁,是连接IP网的核心设备。通过它不仅可以连通不同的网络,还能选择数据传送的路经,并能阻隔非法访问。本论文在以下几个方面对路由器及其配置进行分析：首先对路由器的研究现状和需求进行分析,其次是分析路由器配置所涉及的知识,路由器的定义及相关的概念,然后挖掘出路由器的配置命令及其内涵,动手配置路由器仿真实验,最后探讨路由器未来的发展方向。

关键词：路由器配置 IP地址

选题目的与意义：

当今世界,网络技术日新月异,各种高科技含量的网络设备、高带宽传输媒质、丰富多彩的网络内容不断涌现,但所有这些必须通过网络来组织连接、传输、分发和共享,才能体现其高性能和多用途。

在现今网络飞速发展的时代中,路由器有着举足轻重的作用。因为路由器作为网络层中的中继系统,提供着一个在第三层网络间数据的路由选择与转发功能。因此,路由器的功能、作用及基础配置都是作为IT行业成员的我们必须熟练掌握的。

由于当前社会信息化的不断推进,人们对数据通信的需求日益增加。自TCP/IP协议簇于七十年代中期推出以来,现已发展成为网络层通信协议的事实标准,基于TCP/IP的互联网络也成为了最大、最重要的网络。路由器作为IP网络的核心设备已经得到空前广泛的应用。

路由器的研究现状：

路由技术作为网络的主要和关键技术, 在新一代高速信息网络（IPv6网络）的建设和应用中发挥着越来越重要的作用。在过去的很长时间内,国内的路由器市场主要被国外产品所垄断。经过多年的技术积累与沉淀,国内的一些路由器生产厂家如中兴、华为、大唐、巨龙、清华比威等纷纷出现,其技术也步入了世界的同等行列,整个的市场格局才有所变化。到目前为止,国外路由器产品一统天下的局面已经不再,据统计,截止到今年一季度,国产路由器在国内路由器市场中的销售总量已超过40%,国产路由器已形成规模。

路由器的需求：

我们为什么需要路由器？因为路由器在高速信息网络通讯中发挥着最重要的作用。对于大量复杂问题的解决,很多的技术不能满足要求,只有路由器提供的能力才能达到目标。路由器（Router）是因特网上最为重要的设备之一,正是遍布世界各地的数以万计的路由器构成了因特网这个在我们的身边日夜不停地运转的巨型信息网络的“桥梁”。近十年来 ,随着计算机网络规模的不断扩大,大型互联网络（如Internet）的迅猛发展,路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分,路由器也随之成为最重要的网络设备。用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及,人们已经不满足于仅在本地网络上共享信息,而希望最大限度地利用全球各个地区、各种类型的网络资源。而在目前的情况下,任何一个有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等）,无论采用的是快速以大网技术、FDDI技术,还是A TM技术,都离不开路由器,否则就无法正常运作和管理,这就是我们为什么需要路由器的原因。

路由器的配置

路由器的配置到底是怎样进行的呢?我们从OSI的七层网络模型,IP地址,路由的原理,路由器的任务和作用,以及路由器的四种配置模式几方面分析。

OSI的七层网络模型

路由器就工作在以上网络模型中的第三层------网络层,该层传送数据包。

网络层：负责管理网络地址,定位设备,决定路由。我们所熟知的IP地址和路由器就是

工作在这一层。上层的数据段在这一层被分割,封装后叫做包（Packet）,包有两种,一种叫做用户数据包（Data packets）,是上层传下来的用户数据；另一种叫做路由更新包（Rout e updata packet）,是直接由路由器发出来的,用来和其他路由器进行路由信息的交换。

IP地址

IP地址是在网络上分配给每台计算机或网络设备的32位数字标识。在Internet上,每台计算机或网络设备的IP地址是全世界唯一的。IP地址的格式是 xxx.xxx.xxx.xxx,其中x xx是 0 到 255 之间的任意整数。

IP地址可确认网络中的任何一个网络和计算机,而要识别其他网络或其中的计算机,则是根据这些IP地址的分类来确定的。一般将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为A,B,C三类,默认的网络掩码是根据IP地址中的第一个字段确定的。

A类地址

A类地址的表示范围为：0.0.0.0~126.255.255.255,默认网络掩码为：255.0.0.0；A

类地址分配给规模特别大的网络使用。A类网络用第一组数字表示网络本身的地址,后面三组数字作为连接于网络上的主机的地址。分配给具有大量主机（直接个人用户）而局域网络个数较少的大型网络。例如IBM公司的网络。

B类地址

B类地址的表示范围为：128.0.0.0~191.255.255.255,默认网络掩码为：255.255.0.0；B类地址分配给一般的中型网络。B类网络用第一、二组数字表示网络的地址,后面两组数字代表网络上的主机地址。

C类地址

C类地址的表示范围为：192.0.0.0~223.255.255.255,默认网络掩码为：255.255.255. 0；C类地址分配给小型网络,如一般的局域网和校园网,它可连接的主机数量是最少的,采用把所属的用户分为若干的网段进行管理。C类网络用前三组数字表示网络的地址,最后一组数字作为网络上的主机地址。

D类地址和E类地址

实际上,还存在着D类地址和E类地址。但这两类地址用途比较特殊,在这里只是简单介绍一下：D类地址称为广播地址,供特殊协议向选定的节点发送信息时用；E类地址保留给将来使用。

路由器的原理：

当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时,它将直接把IP分组送到网络上,对方就能收到。而要送给不同IP于网上的主机时,它要选择一个能到达目的子网上的路由器,把IP分组送给该路由器,由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器,主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关（default gateway）”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数,它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。

路由器转发IP分组时,只根据IP分组目的IP地址的网络号部分,选择合适的端口,把I P分组送出去。同主机一样,路由器也要判定端口所接的是否是目的子网,如果是,就直接把分组通过端口送到网络上,否则,也要选择下一个路由器来传送分组。路由器也有它的缺省网关,用来传送不知道往哪儿送的IP分组。这样,通过路由器把知道如何传送的IP分组正确转发出去,不知道的IP分组送给“缺省网关”路由器,这样一级级地传送,IP分组最终将送到目的地,送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了。

路由器的任务和作用

路由器的任务：从操作的观点上看来,路由器的作用是将报文（Packet）从一个网络传输到另一个网络。路由器工作于网络层,根据开放式系统互连（Open Systems interconnec

tion,QSI）参考模型,它实现的是地三层的功能。通过检测报文的网络地址,路由器可以用来决定报文流的去向,并且创建和维护路由表。

路由器的作用：路由器的一个作用是连通不同的网络,另一个作用是选择信息传

送的线路。选择通畅快捷的近路,能大大提高通信速度,减轻网络系统通信负荷,节约网络系统资源,提高网络系统畅通率,从而让网络系统发挥出更大的效益来。

路由器的四种配置模式（框架结构）

1) 用户模式(User mode)：通常用来查看路由器的状态。在该状态下,无法更改路由器的配置。

2) 特许模式(Privileged mode)：通常用来更改路由器的配置。

3) 全局配置模式：作用于整个配置系统。

4) 接口配置模式：作用于接口配置。

路由器的相关概念

路由器的定义

路由器（Route）是一种负责寻径的系统,在互连网络中从多条路径中寻找通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信。它使用寻径协议来获得网络信息,采用基于"寻径矩阵"的寻径算法和准则来选择最优路径。按照OSI参考模型,路由器是工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备,通过转发数据包来实现网络互连。

路由的概念

路由就是通过互联的网络把信息从源地址传输到目的地址的活动。路由发生在0SI网络参考模型中的第三层即网络层。

路由选择

路由规定把信息包从一个地址发送到另外一个地址的路径。一条路由并不规定全部路由,仅仅只是主机到网关的一条路径,然后再由网关把包转发到目的地主机或另外一个网关。

网关

网关(Gateway)就是一个网络连接到另一个网络的“关口“。网关连接两个或多个网络,并提供路由选择功能。网关在网络层进行选择,一个网关从别的网关接收IP数据,为其选择路由,并按照选定的路由将IP数据报发送到其他网络。网关周期性地检查相连的网络连接状态。网关把报文按规定的路由发送到指定的目标网络,由目标网络负责把报文发送到目的主机。

配置与调试

路由器在计算机网网络中有着举足轻重的地位，是计算机网络的桥梁。通过它不仅可以连通不同的网络，还能选择数据传送的路径，并能阻隔非法的访问。

路由器的配置对初学者来说，并不是件十分容易的事。现将路由器的一般配置和简单调试介绍给大家，供朋友们在配置路由器时参考，本文以Cisco2501为例。

Cisco2501有一个以太网口（AUI）、一个Console口（RJ45）、一个AUX口（RJ45）和两个同步串口，支持DTE和DCE设备，支持EIA/TIA-232、EIA/TIA-449、V.35 、X.25和EIA-530接口。

一．配置

1．配置以太网端口

# conf t（从终端配置路由器）

# int e0（指定E0口）

# ip addr ABCD XXXX（ABCD 为以太网地址，XXXX为子网掩码）

# ip addr ABCD XXXX secondary（E0口同时支持两个地址类型。如果第一个为A类地址，则第二个为B或C类地址）

# no shutdown（激活E0口）

# exit

完成以上配置后，用ping命令检查E0口是否正常。如果不正常，一般是因为没有激活该端口，初学者往往容易忽视。用no shutdown命令激活E0口即可。

2．X.25的配置

# conf t

# int S0（指定S0口）

# ip addr ABCD XXXX（ABCD 为以太网S0 的IP地址，XXXX为子网掩码）

# encap X25-ABC（封装X.25协议。ABC指定X.25为DTE或DCE操作，缺省为DTE）

# x25 addr ABCD（ABCD为S0的X.25端口地址，由邮电局提供）

# x25 map ip ABCD XXXX br（映射的X.25地址。ABCD为对方路由器（如：S0）的IP 地址，XXXX为对方路由器（如：S0）的X.25端口地址）# x25 htc X（配置最高双向通道数。X的取值范围1-4095，要根据邮电局实际提供的数字配置）

# x25 nvc X（配置虚电路数，X不可超过邮电局实际提供的数否则将影响数据的正常传输）

# exit

S0端口配置完成后，用no shutdown命令激活E0口。如果ping S0端口正常，ping 映射的X.25 IP地址即对方路由器端口IP地址不通，则可能是以下几种情况引起的：1）本机X.25地址配置错误，重新与邮局核对（X.25地址长度为13位）；2）本机映射IP地址或X.25地址配置错误，重新配置正确；3）对方IP地址或X.25地址配置错误；4）本机或对方路由配置错误。

能够与对方通讯，但有丢包现象。出现这种情况，一般有以下几种可能：1）线路情况不好，或网卡、RJ45插头接触不良；2）x25 htc最高双向通道数X的取值范围和x25nvc 虚电路数X超出邮电局实际提供的数字。最高双向通道数和虚电路数这两个值越大越好，但绝对不能超出邮电局实际提供的数字，否则就会出现丢包现象。

3．专线的配置

# conf t

# int S2（指定S2口）

# ip addr ABCD XXXX（ABCD 为S2 的IP地址，XXXX为子网掩码）

# exit

专线口配置完成后，用no shutdown命令激活S2口即可。

4．帧中继的配置

# conf t

# int s0

# ip addr ABCD XXXX （ABCD 为S0 的IP地址,XXXX为子网掩码）

# encap frame_relay （封装frame_relay 协议）

# no nrzi_encoding （NRZI=NO）

# frame_relay lmi_type q933a （LMI使用Q933A标准．LMI（Local manag ement Interface）有3种：ANSI：T1.617、CCITTY：Q933A和Cisco特有的标准）

# frame-relay intf-typ ABC（ABC为帧中继设备类型，它们分别是DTE设备、DCE交换机或NNI（网络接点接口）支持）

# frame_relay interface_dlci 110 br（配置DLCI（数据链路连接标识符））# frame-relay map ip ABCD XXXX broadcast （建立帧中继映射。ABCD为对方IP地址，XXXX为本地DLCI号，broadcast允许广播向前转发或更新路由）# no shutdown （激活本端口）

# exit

帧中继S0端口配置完成后，用ping命令检查S0口。如果不正常，通常是因为没有激活该端口，用no shutdown命令激活S0口即可。如果ping S0端口正常，p ing 映射的IP地址不正常，则可能是帧中继交换机或对方配置错误，需要综合排查。

5．配置同步/异步口（适用于2522）

# conf t

# int s2

# ph asyn （配置S2为异步口）

# ph sync （配置S2为同步口）

6．动态路由的配置

# conf t

# router eigrp 20 （使用EIGRP路由协议。常用的路由协议有RIP、IGRP、I S-IS等）

# passive-interface serial0 （若S0与X.25相连，则输入本条指令）

# passive-interface serial1 （若S1与X.25相连，则输入本条指令）

# network ABCD （ABCD为本机的以太网地址）

# network XXXX （XXXX为S0的IP地址）

# no auto-summary

# exit

7．静态路由的配置

# ip router ABCD XXXX YYYY 90 （ABCD为对方路由器的以太网地址，X XXX 为子网掩码，YYYY为对方对应的广域网端口地址）

# dialer-list 1 protocol ip permit

二．综合调试

当路由器全部配置完毕后，可进行一次综合调试。

1．首先将路由器的以太网口和所有要使用的串口都激活。方法是进入该口，执行no shutdown。

2．将和路由器相连的主机加上缺省路由（中心路由器的以太地址）。方法是在Unix系统的超级用户下执行：router add default XXXX 1（XXXX为路由器的E0口地址）。每台主机都要加缺省路由，否则，将不能正常通讯。

3．ping本机的路由器以太网口，若不通，可能以太网口没有激活或不在一个网段上。ping广域网口，若不通，则没有加缺省路由。ping对方广域网口，若不通，路由器配置错误。ping主机以太网口，若不通，对方主机没有加缺省路由。

4．在专线卡X.25主机上加网关（静态路由）。方法是在Unix系统的超级用户下执行：router add X.X.X.X Y.Y.Y.Y 1（X.X.X.X为对方以太网地址，Y.Y.Y.Y为对方广域网地址）。

5．使用Tracert对路由进行跟踪，以确定不通网段。

路由器的选购

选择路由器时应注意安全性、控制软件、网络扩展能力、网管系统、带电插拔能力等方面。

1．由于路由器是网络中比较关键的设备，针对网络存在的各种安全隐患，路由器必须具有如下的安全特性：

（1）可靠性与线路安全可靠性要求是针对故障恢复和负载能力而提出来的。对于路由器来说，可靠性主要体现在接口故障和网络流量增大两种情况下，为此，备份是路由器不可或缺的手段之一。当主接口出现故障时，备份接口自动投入工作，保证网络的正常运行。当网络流量增大时，备份接口又可承当负载分担的任务。（2）身份认证路由器中的身份认证主要包括访问路由器时的身份认证、对端路由器的身份认证和路由信息的身份认证。

（3）访问控制对于路由器的访问控制，需要进行口令的分级保护。有基于IP 地址的访问控制和基于用户的访问控制。

（4）信息隐藏与对端通信时，不一定需要用真实身份进行通信。通过地址转换，可以做到隐藏网内地址，只以公共地址的方式访问外部网络。除了由内部网络首先发起的连接，网外用户不能通过地址转换直接访问网内资源。

（5）数据加密

（6）攻击探测和防范

（7）安全管理

2．路由器的控制软件是路由器发挥功能的一个关键环节。从软件的安装、参数自动设置，到软件版本的升级都是必不可少的。软件安装、参数设置及调试越方便，用户使用就越容易掌握，就能更好地应用。

3．随着计算机网络应用的逐渐增加，现有的网络规模有可能不能满足实际需要，会产生扩大网络规模的要求，因此扩展能力是一个网络在设计和建设过程中必须要考虑的。扩展能力的大小主要看路由器支持的扩展槽数目或者扩展端口数目。

4．随着网络的建设，网络规模会越来越大，网络的维护和管理就越难进行，所以网络管理显得尤为重要。5．在我们安装、调试、检修和维护或者扩展计算机网络的过程中，免不了要给网络中增减设备，也就是说可能会要插拔网络部件。那么路由器能否支持带电插拔，是路由器的一个重要的性能指标。

外型尺寸的选择

如果网络已完成楼宇级的综合布线，工程要求网络设备上机式集中管理，应选择19英寸宽的机架式路由器，如Cisco2509、华为2501（配置同Cisco2501）。如果没有上述需求，桌面型的路由器如Intel的8100和Cisco的1600系列，具有更高的性能价格比。

协议的选择

由于最初局域网并没先出标准后出产品，所以很多厂商如Apple和IBM都提出了自己的标准，产生了如AppleTalk和IBM协议，Novell公司的网络操作系统运行I PX／SPX协议，在连接这些异构网络时需要路由器对这些协议提供支持。Intel9100系列和9200系列的路由器可提供免费支持，3Com的系列路由产品也提供较广泛的协议支持。

路由器作为网络设备中的“黑匣子”，工作在后台。用户选择路由器时，多从技术角度来考虑，如可延展性、路由协议互操作性、广域数据服务支持、内部ATM支持、SAN集成能力等。另外，选择路由器还应遵循如下基本原则：即标准化原则、技术简单性原则、环境适应性原则、可管理性原则和容错冗余性原则。对于高端路由器，更多的还应该考虑是否和如何适应骨干网对网络高可靠性、接口高扩展性以及路由查找和数据转发的高性能要求。高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是高端路由器区别于中、低端路由器的关键所在。

路由器与交换机的区别

传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC 地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于O SI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。

1.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。

2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。

3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。

4.子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。

5.保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。

6.介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比较复杂，不适合ASIC实现，势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络互连，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚远的网络之间进行互连。而路由器则不同，它主要用于不同网络之间互连，因此能连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文转发速度低。

参考资料参考文献：

1．周昕,《数据通信与网络技术》.北京：清华大学出版社，2004

2．达新宇，林家薇，张德纯.《数据通信原理与技术》.北京：电子工业出版社，2004

3．高传善,《数据通信与网络教程》.北京：机械工业出版社，2000