本章導讀

本章重點介紹路由器的組成、配置模式、路由器的啟動過程、路由器的基本配置、路由器的工作原理等。

本章學習目標：

& 掌握路由器的內部結構

& 熟練掌握路由器的啟動過程

& 理解路由器的工作原理

& 掌握路由器的基本配置

2.1 路由器基礎知識

2.1.1 路由器的面板

交換機的接口大都在前面板上，而路由器的接口多數都在后面板上，路由器的前面板僅有一些指示燈，銳捷的路由器將CONSOLE配置口（控制臺端口）和AUX配置口（輔助端口）放在前面板上，因此在實驗室常常將路由器反過來安裝，以便于接線。有些路由器帶2個同步串口，有些路由器有多個網絡接口卡插槽，及模塊插槽，如圖2-1所示。

2.1.2 路由器的組成

路由器由硬件和軟件組成。硬件由中央處理單元（Central Processor Unit，CPU），只讀存儲器（Read Only Memory，ROM）、內存（Random Access Memory，RAM）、閃存（FLASH Memory）、非易失性內存（Nonvolatile RAM，NVRAM）、接口、控制臺端口（CONsole Port）、輔助端口（AUXiliary Port）、線纜（CABle）等物理硬件和電路組成；軟件由路由器的IOS操作系統和運行配置文件組成。

1．處理器

路由器實質上是一種專用的計算機主機，它包含了一個“中央處理單元”（CPU），不同系列和型號的路由器，其CPU也不盡相同。CPU的主要任務是負責路由器的配置管理、維護路由表，選擇最佳路由，轉發數據包。

2．存儲器

路由器主要采用4種類型的存儲器：ROM、RAM、Flash RAM、NVRAM。

（1）ROM（只讀內存）

ROM保存著加電自測試診斷所需的指令、自舉程序、路由器IOS（Internetwork Operating System）操作系統的引導部分，負責路由器的引導和診斷（系統初始化功能）。它是路由器的啟動軟件，負責使路由器進入正常的工作狀態。ROM通常存放在一個或多個芯片上，或插接在路由器的主板上。ROM中軟件的升級需要替換CPU中的可插拔芯片。

ROM中主要包含：

① 系統加電自檢代碼（POST）：用于檢測路由器中各硬件部分是否完好。

② 系統引導區代碼（Boot Strap）：用于啟動路由器并載入IOS操作系統。

（2）閃存（Flash）

Flash RAM（閃存），是可讀可寫的存儲器，保存IOS操作系統（IOS映像和微代碼），當IOS升級時，無需更換處理器的芯片，只要改寫Flash RAM中的內容即可，其作用相當于硬盤。在系統重新啟動或關機之后仍能保存數據，維持路由器的正常工作。事實上，如果Flash容量足夠大，甚至可以存放多個操作系統，這在進行IOS升級時十分有用。當不知道新版IOS是否穩定時，可在升級后仍保留舊版IOS，當出現問題時可迅速退回到舊版操作系統，從而避免長時間的網絡故障。閃存要么安裝在主機的SIMM槽上，要么做成一塊PCMCIA卡。

（3）非易失性RAM（NVRAM）

NVRAM（非易失性RAM）是可讀可寫的存儲器，保存IOS在路由器啟動時讀入的啟動配置數據（配置文件Startup-Config）。當路由器啟動時，首先尋找并執行該配置。路由器啟動后，該配置就成了“運行配置”，修改運行配置并保存后，運行配置就被復制到NVRAM中變為啟動配置，在下次路由器啟動時將調入修改后的新配置。NVRAM容量較小，通常在路由器上只配置32KB~128KB大小的NVRAM。同時，NVRAM的速度較快，成本也比較高。

（4）隨機存儲器（RAM）

RAM（隨機存取內存），可讀可寫的存儲器，只有RAM在路由器啟動或斷電時，丟失內容，和計算機中的RAM一樣。RAM的作用有：

① 存放路由表

② 作為高速緩存（地址解析協議ARP的高速緩存、快速交換的高速緩存、臨時的和運行的配置文件）

③ 數據的存儲器（作為數據包的緩沖、數據包保持隊列）

④ 命令（程序代碼）

RAM的存取速度優于前面所提到的三種存儲器的存取速度，使得路由器的CPU能迅速訪問這些信息。

3．路由器的接口

路由器能夠進行網絡互聯是通過接口完成的，它可以與各種各樣的網絡進行物理連接，路由器的接口技術很復雜，接口類型也很多。路由器的接口主要分局域網接口、廣域網接口和配置接口三類。每個接口都有自己的名字和編號，在路由器上均有標注。根據路由器產品的不同，其接口數目和類型也不相同，實驗室中常見的接口是以太網RJ45接口（標注f1/1）及高速同步串口（標注s1/1）。

（1）局域網接口

RJ45接口：雙絞線以太網接口，標注“Fastethernet 1/1”等，有10M、100M、1000M之分，目前最多的是100M。

SC接口：光纖接口，連接快速以太網或千兆以太網交換機，只有高級路由器才有。

（2）廣域網接口：

高速同步串口：可連接DDN、幀中繼、X.25、E1等。

同步/異步串口：用于Modem或Modem池的連接，實現遠程計算機通過公用電話網撥入網絡。

ISDN BRI接口：用于ISDN線路通過路由器實現與Internet或其他遠程網絡的連接，可實現128Kbps的通信速率。

xDSL接口：用于xDSL線路的連接。

（3）配置接口：

AUX接口：該接口為異步接口，主要用于遠程配置、撥號備份、Modem連接。支持硬件流控制，很少使用。

Console接口：該接口為異步接口，主要連接終端或支持終端仿真程序計算機，在本地配置路由器。不支持硬件流控制，這是最常用的配置接口。

4．路由器操作系統

IOS配置通常是通過基于文本的命令行接口（Command Line Interface，CLI）進行的。

5．配置文件

有兩種類型的配置文件：

（1）啟動配置文件（Startup-config)：也稱為備份配置文件，被保存在NVRAM中。

（2）運行配置文件（running-config）：也稱為活動配置文件，駐留在內存中。

2.1.3 可選配的路由器接口類型及應用

路由器作為網絡之間的互聯設備，因其連接的網絡多種多樣，所以其接口類型也很多。銳捷路由器支持多種型號的接口類型，主要包含：E1、ISDN、VOIP、V.35、異步接口類型。

1．E1接口及應用

E1接口在路由器這一端的表現形式主要是DB9接口，而在另一端DCE設備（比如光纖轉換器、接口轉換器、協議轉換器、光端機等）一端的接口表現形式有兩種：G.703非平衡的75 ohm，平衡的120 ohm2種接口。

路由器上的E1接口模塊：

應用：

l 將整個2M用作一條鏈路，如DDN 2M；

l 將2M用作若干個64k及其組合，如128K，256K等，如CE1；

l 用作語音交換機的數字中繼，這也是E1最本來的用法，一條E1可以傳30路話音。PRI就是其中的最常用的一種接入方式。

2．V35接口類型及應用

V.35接口在路由器一端為DB50接口，外接網絡端為34針接口。V.35電纜用于同步方式傳輸數據，在接口上封裝 x.25、幀中繼、ppp、slip、lapb 等鏈路層協議，支持IP、IPX網絡層協議。V.35 電纜傳輸（同步方式下）的公認最高速率是2mbps，傳輸距離與傳輸速率有關，在V35接口上速率與接口的關系是：2400bps-1250m；4800bps-625m；9600bps-312m； 19200bps-156m；38400bps-78m；56000bps-60m；64000bps-50m；2048000bps-30m

應用：

V35接口的使用既廣泛又很單一，在所有的低速同步線路（64K-128K）的線路上都使用它。

3．異步接口類型及應用

異步接口線路都遵循EIA指定的標準，最傳統和典型的異步接口是RS-232。目前在路由器上應用的接口類型有RS-232、DB-25、DB-9、RJ-45等。

應用：

l 撥號服務器中作為接入服務器的接口。

l 異步專線的接入接口，使用異步接口連接到異步專線的MODEM上。

l 啞終端的使用方式，路由器的異步接口通過使用TELNET的方式，連接啞終端。

l 在實驗室中使用反向TELNET的應用場合

l 撥號備份的環境中，可以把異步接口連接異步專線/PSTN/ISDN線路做備份接口。

4．ISDN接口及應用

ISDN設備包括交換機和網絡終端設備。網絡終端設備（NT）有ISDN小交換機、ISDN適配器、ISDN路由器、數字電話機等，一個數字電話機占用一個B信道。它安裝于用戶處，分為NT1和NT2兩種，它使數字信號在普通電話線上轉送和接受。

我國電話局提供的ISDN基群速率接口（PRI）為30B+D。ISDN的PRI提供30個B信道和1個64Kbps的 D信道，總速率可達2.048Mbps。B信道速率為64Kbps，用于傳輸用戶數據，D信道主要傳輸控制信令。我國ISDN使用撥號方式建立與ISP的連接，它可作為DDN或幀中繼線路的備用。由于采用與電話網絡不同的交換設備，ISDN用戶與電信局間的連接采用數字信號，因而ISDN的信道建立時間很短、線路通訊質量較好、誤碼率和重傳率低。

應用：

l 在ADSL普及之前做單純的上網線路；

l 作為廣域網絡主線路的備份線路，由于這種線路在不使用的時候產生的費用很少，備份主線路時速度快，穩定性高，因此很容易被用戶所接受；

l 可作為普通電話使用，ISDN雖然是一種數字電子線路，但其傳輸的網絡介質同樣是公共電話網，所以在用戶不上網的時，可以把它作為普通電話使用。

5．VOIP接口及應用

傳統語音，從呼叫方到接收方，完全通過PSTN網絡相互連接，VOIP語音與此不同，IP語音位于公用電話網與提供傳輸服務的IP網絡的接口處，用戶撥打VOIP電話的時，經程控電話交換機轉接到IP語音網關，在由IP語音網關將用戶話路數據轉發到IP網絡，通過IP網絡達到被呼叫用戶電話所屬的IP網關，再由該網關將數據轉到被叫用戶電話所在的PSTN網絡上，最終達到被叫用戶的電話，因此可利用IP網絡共享帶寬，充分利用資源的優勢。

VOIP的語音接口共有兩種型號：FXO、FXS。FXO：是一種不給他所連接的設備進行供電的接口，因此它多用來接ISP的中繼線路。FXS：是可以給它所連接的線路進行信號和供電的傳輸的接口，因此它可以直接連接到傳真機或者電話機上。

應用：

在所有存在IP網絡的地方，只要在路由器上安裝了相應的語音模塊，都可以使用VOIP

2.1.4 路由器的啟動過程

（1）打開路由器電源后，系統硬件執行加電自檢（POST）。運行ROM中的硬件檢測程序，檢測各組件能否正常工作。完成硬件檢測后，開始軟件初始化工作。

（2）軟件初始化過程。加載并運行ROM中的BootStrap啟動程序，進行初步引導工作。

（3）定位并加載IOS系統文件（通常在閃存Flash中，如果沒有，就必須定位TFTP服務器，在TFTP服務器中加載IOS系統文件）。IOS系統文件可以存放在閃存或TFTP服務器的多個位置處，路由器尋找IOS映像的順序取決于配置寄存器的啟動域及其他設置，配置寄存器不同的值代表在不同的位置查找IOS。

（4）IOS裝載完畢，系統就在NVRAM中搜索保存的Startup-Config配置文件，若存在，則將該文件調入RAM中并逐條執行。否則，若在NVRAM中找不到Startup-Config配置文件時，系統要求采用對話方式詢問路由器的初始配置，如果在啟動時不想進行這些配置，就放棄對話方式，進入Setup模式，以便以后用命令行方式進行路由器的配置。

路由器的初始配置包括：

① 設置路由器名

② 設置進入特權模式的密文

③ 設置進入特權模式的密碼

④ 設置虛擬終端訪問的密碼

⑤ 詢問是否要設置路由器支持的各種網絡協議

⑥ 配置FastEthernet0/0接口

⑦ 配置serial0接口

⑧ 顯示結束后，系統會問是否使用這個設置

⑨ NAT、ACL與默認路由的配置

（5）運行經過配置的IOS軟件

2.2 路由器的工作原理

IP地址是與硬件地址無關的“邏輯”地址。IP地址由兩部分組成：網絡號和主機號。并用子網掩碼來確定IP地址中網絡號和主機號。子網掩碼中數字“1”所對應的IP地址部分為網絡號，為“0”所對應的是主機號。同一網絡中的計算機，其IP地址所對應的網絡號是相同的，這種網絡稱為IP子網。

路由器用于連接多個邏輯上分開的網絡，所謂邏輯網絡是代表一個單獨的網絡或子網。路由器上有多個端口，用于連接多個IP子網。每個端口對應一個IP地址，并與所連接的IP子網屬同一個網絡。各子網中的主機通過自己的網絡把數據送到所連接的路由器上，再由路由器根據路由表選擇到達目標子網所對應的端口，將數據轉發到此端口所對應的子網上。

下面用圖解的方式介紹路由器的工作原理。路由器R1、R2、R3連接10.1.0.0、10.2.0.0、10.3.0.0、10.4.0.0四個子網，路由器的各端口配置、主機A、主機B的配置及網絡拓撲結構如圖2-7所示。根據路由協議，路由器R1、R2、R3的路由表如圖2-8所示。

當10.1.0.0網絡中的主機A向10.4.0.0網絡中的主機B發送數據時各路由器的工作情況如下：

第1步：主機A在應用層向主機B發出“數據流”，“數據流”在主機A的傳輸層上被分成“數據段”，這些“數據段”從傳輸層向下進入到網絡層。

第2步：在網絡層，主機A將“數據段”封裝為“數據包”，將源IP地址10.1.0.100 （主機A的IP地址）和目的IP地址10.4.0.200（主機B的IP地址）都封裝在IP包頭內。由于源IP地址與目的IP地址不在同一網絡，主機A將把“數據包”發給自己的網關（路由器R1）。主機A先將數據包下傳到數據鏈路層上進行幀的封裝產生的“數據幀”，其幀頭中源MAC地址0000.1111.2222（主機A的物理地址），目的MAC地址1111.1111.1111（主機A的默認網關路由器R1的E0的物理地址）。“數據幀”再下傳到物理層，通過線纜送到路由器R1上。

第3步：“數據幀”到達路由器R1的E0接口后，校驗并拆封此“數據幀”，取出其中的“數據包”（IP包），路由器R1根據包頭的目的IP地址10.4.0.200，查找自己的路由表（見圖2-8），得知子網10.4.0.0要經過路由器R1的S0接口，再跳過2個路由器才能到達目標網絡，從而得到轉發該數據包的路徑。路由器R1對該“數據包”（不變）重新封裝形成“數據幀”，其幀頭中源MAC地址2222.2222.2222（路由器R1的S0接口的物理地址），目的MAC地址3333.3333.3333（默認網關路由器R2的S0的物理地址）。將“數據幀”從路由器R1的S0接口發出去。

第4步：在路由器R2和路由器R3中的處理與路由器R1相同。路由器R3接到從自己的S0接口得到的“數據幀”后，校驗并拆封，取出其中的“數據包”，路由器R3根據“數據包”頭的目的IP地址10.4.0.200，查找自己的路由表（見圖2-4），得知子網10.4.0.0就在自己直接相連的接口E0上。路由器R3對“數據包”進行封裝形成“數據幀”，其幀頭中源MAC地址6666.6666.6666（路由器R3的E0接口的物理地址），目的MAC地址是主機B的MAC地址1111.2222.3333（這個地址是路由器R3發出一個ARP解析廣播，查找主機B的MAC地址后，保存在緩存里的）。

第5步：主機B收到“數據幀”后，首先核對幀中目標MAC地址是否是自己的MAC地址，并進行“數據幀”校驗，拆卸“數據幀”，得到“數據包”，交給網絡層處理。網絡層拆卸IP包頭，將“數據段”向上送給傳輸層處理。在傳輸層按順序將“數據段”重組成“數據流”。

2.3 路由器配置基礎

2.3.1 路由器的配置模式

與交換機配置模式類似，路由器的配置模式有：

（1）用戶模式 （user mode），提示符為>

（2）特權模式 （privileged mode），提示符為#

（3）全局模式 （global config mode），，提示符為router(config)#

（4）子模式（sub-mode）

① 接口模式（interface mode），提示符為router(config-if)#

② 線路模式（line mode），提示符為router(config-line)#

③ 路由模式（router mode），提示符為router(config-router)#

模式之間的轉換圖如圖2-9所示。

2.3.2 路由器的基本配置

1．模式轉換

連接到路由器后，默認進入用戶模式（USER MODE），系統提示“>”。按圖2-2，鍵入相應的命令進入特權模式、全局模式、子模式，并在這些模式中切換，熟練掌握不同模式下的常用命令。

Router>/*用戶模式*/

Router> enable

Router#/*特權模式*/

Router# configure terminal

Router(config)# /*全局模式*/

Router(config)#interface fa0/0

Router(config-if)#

方法1：直接退出到全局模式

Router(config-if)# exit/*子模式，接口模式*/

方法2：退出到特權模式，再進行全局模式

Router(config-if)# end (Ctrl+Z)

Router#config t

Router(config)# router rip

Router(config-router)#

方法1：直接退出到全局模式

Router(config-router)#end(Ctrl+Z)/*子模式，路由器模式*/

方法2：退出到特權模式，再進行全局模式

Router(config-router)#exit

Router(config)# exit (end，Ctrl+Z)

Router# disable/*特權模式*/

Router>/*用戶模式*/

2．命名路由器（Name the Router）

Router>enable

Router# configure terminal

Router(config)#

Router(config)#hostname Lab-A/*命名路由器，Lab-A*/

3．配置進入特權模式的密碼，即enable密碼（Configuring Enable Passwords）

Router>enable 14

Router# configure terminal

Lab-A (config)#

Lab-A (config)# enable password cisco/*明文，未加密*/

Lab-A (config)# show run /*查看配置文件中此行仍是enable password cisco

Lab-A (config)#enable secret cisco/*密文密碼*/

Lab-A (config)# Show run /*查看配置文件中此行是enable secret 5 $1$emBK$WxqLahy7YO /*密碼被加密*/

驗證：在Router> 下打入enable后出現password，要求輸入特權模式下的密碼

4．配置Telnet登錄密碼（Configuring Console Passwords ）

Lab-A >enable 14

Lab-A # configure terminal

Lab-A (config)#line vty 0 4/*進入控制線路配置模式*/

Lab-A (config-line)#login/*開啟登錄密碼保護*/

Lab-A (config-line)#password cisco

Lab-A(config-line)# exit

Lab-A(config)#

驗證：只有配置好Telnet的口令后，才能在遠端用“Telnet 設備IP地址”登錄到此設備，對其進行配置。

PC> telnet 172.16.20.1

Password : /*要求輸入口令cisco, 才能登錄

5．配置控制臺訪問密碼（Configuring Console Passwords ）

Lab-A >enable 14

Lab-A # configure terminal

Lab-A (config)#line console 0 /*進入控制線路配置模式*/

Lab-A (config-line)#login/*開啟登錄密碼保護*/

Lab-A (config-line)#password ruijie

Lab-A(config-line)# exit

Lab-A(config)#

驗證：在打入回車后，進入用戶模式>前，要求輸入口令

6．配置串行口（Configuring a Serial Interface）

Lab-A # config t/*鍵入TAB，可能補全命令*/

Lab-A (config)#interface s0/0/*進入串行口模式（Enter Serial Interface Mode ）*/

Lab-A (config-if)#clock rate 64000

/*DCE端配置時鐘（Set clock rate if a DCE cable is connected ）*/

Lab-A (config-if)#ip address 192.168.100.1 255.255.255.0

/*配置接口IP地址和網絡掩碼（Specify the Interface Address and Subnet Mask ）*/

Lab-A (config-if)# no shut/*開啟接口（Turn on the Interface ）*/

Lab-A (config-if)# exit

Lab-A(config)#

7．配置以太口（Configuring an Ethernet Interface ）

Lab-A(config)#

Lab-A (config)#interface fa 0/0

/*進入以太口模式（Enter Ethernet Interface Mode ）*/

Lab-A (config-if)#ip address 10.1.1.1 255.255.255.0

/*配置接口IP地址和網絡掩碼（Specify the Interface Address and Subnet Mask ）*/

Lab-A (config-if)#no shut/*開啟接口（Turn on the Interface ）*/

8．配置登錄提示信息（Configuring Login Banners ）

Lab-A#config t

Lab-A (config)# banner motd #Welcome to MyRouter#

/*“#”:特定的分隔符號*/

9．路由器Show命令解釋（Show Command）

show命令可以同時在用戶模式和特權模式下運行，用“show ？”命令來提供一個可利用的show命令列表。

Lab-A#show interfaces

/*顯示所有路由器端口狀態，如果想要顯示特定端口的狀態，我們可以鍵入“show interfaces”后面跟上特定的網絡接口和端口號即可。*/

Lab-A# show controllers serial /*顯示特定接口的硬件信息。*/

Lab-A# show clock /*顯示路由器的時間設置。*/

Lab-A# show hosts /*顯示主機名和地址信息。*/

Lab-A# show users /*顯示所有連接到路由器的用戶。*/

Lab-A#show history /*顯示鍵入過的命令歷史列表。*/

Lab-A# show flash /*顯示flash存儲器信息以及存儲器中的IOS映象文件。*/

Lab-A# show version /*顯示路由器信息和IOS信息。*/

Lab-A# show arp /*顯示路由器的地址解析協議列表。*/

Lab-A# show protocol /*顯示全局和接口的第三層協議的特定狀態。*/

Lab-A# show startup-configuration /*顯示存儲在非易失性存儲器（NVRAM）的配置文件。*/

Lab-A#show running-configuration /*顯示存儲在內存中的當前正確配置文件。*/

Lab-A# show interfaces s 1/2/*查看端口狀態*/

Lab-A#show ip interface brief /* 顯示端口的主要信息 */

10．使用“?”（use “？”）

Lab-A#clock

Lab-A# clock ?/*使用“？”進行逐級命令提示*/

Lab-A# clock set ?

Lab-A# clock set 10:30:30 ?

Lab-A# clock set 10:30:30 20 oct ?

Lab-A# clock set 10:30:30 20 oct 2002?

Lab-A# show clock

【課后練習及實驗】

1．選擇題

1、show是設備的通用命令，請問show protocol代表什么意思？

A.顯示所有連接到路由器的用戶

B.顯示全局和接口的第三層協議的特定狀態

C.顯示路由器信息和IOS信息

D.顯示存儲在內存中的當前正確配置文件

2、路由器中的路由表( )

A.需要包含到達所有主機的完整路徑信息

B.需要包含到達所有主機的下一步路徑信息

C.需要包含到達目的網絡的完整路徑信息

D.需要包含到達目的網絡的下一步路徑信息

3、在互聯網中,以下哪些設備需要具備路由選擇功能 （ ）

A.具有單網卡的主機

B.具有多網卡的宿主主機

C.路由器

D.以上設備都需要

4、路由功能一般在什么層實現？ （ ）

A．物理層

B．數據鏈路層

C．網絡層

D．傳輸層

5、以下不是使用telnet配置路由器的必備條件的是 （ ）

A. 在網絡上必須配備一臺計算機作為telnet server

B. 作為模擬終端的計算機與路由器都必須與網絡連通，它們之間能相互通信

C. 計算機必須有訪問路由器的權限

D. 路由器必須預先配置好遠程登錄的密碼

2．問答題

1) 簡述路由器的啟動過程？

2) 路由器由哪些硬件和軟件組成？

3) 路由器的接口主要分哪三類？

4) 路由器的配置模式有哪幾類？

3．操作題

1） 將路由器的Console口與一臺計算機的Com1口用控制線連接，練習路由器的基本配置。