路由器技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)3

1、路由器技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)-、路由器技術(shù)路由器技術(shù)中最核心的技術(shù)是軟件技術(shù)。路由軟件是最復(fù)雜的軟件之一。有些路由軟件運(yùn)行在UNIX或Linux操作系統(tǒng)上，有些路由軟件運(yùn)行在嵌入式操作系統(tǒng)上，甚至有些軟件為提高效率，本身就是操作系統(tǒng)。全球最大的路由器生產(chǎn)廠家Cisco公司曾一度宣稱是一個(gè)軟件公司，可見路由器軟件在路由器技術(shù)中所占的重要地位。路由器軟件一般實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議功能、查表轉(zhuǎn)發(fā)功能和管理維護(hù)等其他功能。由于互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模龐大，運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上路由器中的路由表非常巨大，可能包含幾十萬(wàn)條路由。查表轉(zhuǎn)發(fā)工作可想而知非常繁重。在路由器研制過(guò)程中，可以通過(guò)購(gòu)買商用源碼等形式迅速實(shí)現(xiàn)路由器。但是通常認(rèn)為路由器軟件需要一

2、年甚至兩年的時(shí)間來(lái)穩(wěn)定。MikroTikRouterOS在行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)有7年之久，所以在穩(wěn)定性和功能上都是非常完善的。什么是路由器路由器是工作在OSI參考模型第三層一一網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。路由器通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。雖然路由器可以支持多種協(xié)議例如TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等協(xié)議，但是在我國(guó)絕大多數(shù)路由器運(yùn)行TCP/IP協(xié)議。路由器通常連接兩個(gè)或多個(gè)由IP子網(wǎng)或點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議標(biāo)識(shí)的邏輯端口，至少擁有1個(gè)物理端口。路由器根據(jù)收到數(shù)據(jù)包中的網(wǎng)絡(luò)層地址以及路由器內(nèi)部維護(hù)的路由表決定輸出端口以及下一跳地址，并且重寫鏈路層數(shù)據(jù)包頭實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由器通常動(dòng)態(tài)維護(hù)路由表來(lái)反

3、映當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｂ酚善魍ㄟ^(guò)與網(wǎng)絡(luò)上其他路由器交換路由和鏈路信息來(lái)維護(hù)路由表。路由器是連接IP網(wǎng)的核心設(shè)備。最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)可以想象成單線的總線，各個(gè)電腦可以通過(guò)向總線發(fā)送分組以互相通信。但隨著網(wǎng)絡(luò)中的電腦數(shù)目增長(zhǎng)，這就很不可行了，會(huì)產(chǎn)生許多問(wèn)題：1 .帶寬資源耗盡。2 .每臺(tái)電腦都浪費(fèi)許多時(shí)間處理無(wú)關(guān)的廣播數(shù)據(jù)。3 .網(wǎng)絡(luò)變得無(wú)法管理，任何錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。4 .每臺(tái)電腦都可以監(jiān)聽到其他電腦的通信。把網(wǎng)絡(luò)分段可以解決這些問(wèn)題，但同時(shí)你必須提供一種機(jī)制使不同網(wǎng)段的電腦可以互相通信，這通常涉及到在一些ISO網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層選擇性地在網(wǎng)段間傳送數(shù)據(jù)，我們來(lái)看一下網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和路由器的位置。IPv4

4、,因?yàn)檫@是最流行的協(xié)議，其中涉及的概念我們可以看到，路由器位于網(wǎng)絡(luò)層。本文假定網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為與其他網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是類似的。路由與網(wǎng)橋路由相對(duì)于二層的橋接/交換是高層的概念，不涉及網(wǎng)絡(luò)的物理細(xì)節(jié)，工作在二層的設(shè)備如交換機(jī)、無(wú)線AP等。在可路由的網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)主機(jī)都有同樣的網(wǎng)絡(luò)層地址格式如IP地址，而無(wú)論它是運(yùn)行在以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI還是廣域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層地址通常由兩部分構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。網(wǎng)橋只能連接數(shù)據(jù)鏈路層相同或類似的網(wǎng)絡(luò)，路由器則不同，它可以連接任意兩種網(wǎng)絡(luò)，只要主機(jī)使用的是相同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層下面是數(shù)據(jù)鏈路層，為了它們可以互通，需要“粘合”協(xié)議。ARP地址解析協(xié)議用于

5、把網(wǎng)絡(luò)層（3層）地址映射到數(shù)據(jù)鏈路層（2層）地址，RARP僅向地址解析協(xié)議）則反之。雖然ARP的定義與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議無(wú)關(guān)，但它通常用于解析IP地址；最常見的數(shù)據(jù)鏈路層是以太網(wǎng)。因此下面的ARP和RARP勺例子基于IP和以太網(wǎng)，但要注意這些概念對(duì)其他協(xié)議也是一樣的。1、地址解析協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層地址是由網(wǎng)絡(luò)管理員定義的抽象映射，它不去關(guān)心下層是哪種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。然而，網(wǎng)絡(luò)接口只能根據(jù)2層地址來(lái)互相通信，2層地址通過(guò)ARP從3層地址得到。并不是發(fā)送每個(gè)數(shù)據(jù)包都需要進(jìn)行ARP青求，回應(yīng)被緩存在本地的ARP表中，這樣就減少了網(wǎng)絡(luò)中的ARP包。ARP的維護(hù)比較容易，是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的協(xié)議。2、簡(jiǎn)介如果接口A想給接口

6、B發(fā)送數(shù)據(jù)，并且A只知道B的IP地址，它必須首先查找B的物理地址，它發(fā)送一個(gè)含有B的IP地址的ARP廣播t#求B的物理地址，接口B收到該廣播后，向A回應(yīng)其物理地址。ARP rguea fat SJPARP安即 B-IPR hard注意，雖然所有接口都收到了信息，但只有B回應(yīng)該請(qǐng)求，這保證了回應(yīng)的正確且防止了過(guò)期的信息。要注意的是，當(dāng)A和B不在同一網(wǎng)段時(shí)，A只向下一跳的路由器發(fā)送ARP請(qǐng)求，而不是直接向B發(fā)送?？贖Ff requMt,tor X-IPJARP 唧 lyt. ipX-hnT&|FyiaX-lPAArF A-hardt P dalBgram lEUHMIP 晤 H-IP -AIF T

7、IP 工 harfl Y-h#WARP request - lbrB-IP AARF通明 -MN暗用。P daiBgrsm _:iom A-IP 10 PIO -*,/ r Route叼刷七號(hào) B-fP Eshwci以下圖為接收到ARP分組后的處理，注意發(fā)送者的IPaddress,hardwareaddress對(duì)被存到接收ARP青求的主機(jī)的本地ARP表中，一般A想與B通信時(shí)，B可能也需要與A通信。二、IP地址是用來(lái)標(biāo)識(shí)Internet網(wǎng)上主機(jī)的，共32位。這個(gè)地址在整個(gè)網(wǎng)中是唯一的，為了便于記憶，可將這32位數(shù)分成4個(gè)組，每組8位，然后將每一組都用相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)表示，例如202.102.14.

8、141,IP地址分為兩部分，第一部分是網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼，用來(lái)標(biāo)識(shí)Internet上某個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)，第二部分是主機(jī)號(hào)，用來(lái)標(biāo)識(shí)某個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)號(hào).IP地址是人們?cè)贗nternet上為了區(qū)分?jǐn)?shù)以億計(jì)的主機(jī)而給每臺(tái)主機(jī)分配的一個(gè)專門的地址，通過(guò)IP地址就可以訪問(wèn)到每一臺(tái)主機(jī)。IP地址分類IP地址分為固定IP地址和動(dòng)態(tài)IP地址。固定IP地址，也可稱為靜態(tài)IP地址，是長(zhǎng)期固定分配名一臺(tái)電腦使用的IP地址，一般是特殊的服務(wù)器才擁有固定IP地址。動(dòng)態(tài)IP地址是因?yàn)镮P地址資源非常短缺，通過(guò)撥號(hào)上網(wǎng)或普通寬帶上網(wǎng)用戶一般不具備固定IP地址，而是由ISP動(dòng)態(tài)分配給暫時(shí)的一個(gè)IP地址。普通人一般不需要去了解動(dòng)態(tài)IP地

9、址，這些都是電腦系統(tǒng)自動(dòng)分配完成的。IP地址分為公有IP地址和私有IP地址。公有地址Publicaddress,也可稱為公網(wǎng)地址由InternetNICInternetNetworkInformationCenter因特網(wǎng)信息中心負(fù)責(zé)。這些IP地址分配給注冊(cè)并向InternetNIC提出申請(qǐng)的組織機(jī)構(gòu)。通過(guò)它直接訪問(wèn)因特網(wǎng)，它是廣域網(wǎng)范疇內(nèi)的。私有地址Privateaddress,也可稱為專網(wǎng)地址屬于非注冊(cè)地址，專門為組織機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用，它是局域網(wǎng)范疇內(nèi)的，出了所在局域網(wǎng)是無(wú)法訪問(wèn)因特網(wǎng)的。留用的內(nèi)部私有地址目前主要有以下幾類：在可路由的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中，協(xié)議地址必須含有兩部分信息：網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地

10、址。存貯這種信息最明顯的方法是用兩個(gè)別離的域，這樣我們必須考慮到兩個(gè)域的最大長(zhǎng)度，有些協(xié)議（如IPX）就是這樣的，它在小型和中型的網(wǎng)絡(luò)里可以工作的很好。另一種方案是減少主機(jī)地址域的長(zhǎng)度，如段內(nèi)的主機(jī)數(shù)目很少。這樣一來(lái)，對(duì)于多于由器造成了難以忍受的負(fù)擔(dān)。24位網(wǎng)絡(luò)地址、8位主機(jī)地址，這樣就有了較多的網(wǎng)段，但每個(gè)網(wǎng)256個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，就必須分配多個(gè)網(wǎng)段，其問(wèn)題是很多的網(wǎng)絡(luò)給路IP把網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址一起包裝在一個(gè)32位的域里，有時(shí)主機(jī)地址部分很短，有時(shí)很長(zhǎng)，這樣可以有效利用地址空間，減少IP地址的長(zhǎng)度，并且網(wǎng)絡(luò)數(shù)目不算多。有兩種將主機(jī)地址別離出來(lái)的方法：基于類的地址和無(wú)類別的地址。1、主機(jī)和網(wǎng)關(guān)主

11、機(jī)和網(wǎng)關(guān)的區(qū)別常產(chǎn)生混淆，這是由于主機(jī)意義的轉(zhuǎn)變。在RFC中（1122/3和1009）中定義為：主機(jī)是連接到一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，它可以向任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和從其接收數(shù)據(jù)，但它從不把數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳向另一個(gè)。網(wǎng)關(guān)是連接到多于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，它選擇性的把數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到其它網(wǎng)絡(luò)。路由器是專用的網(wǎng)關(guān)，其硬件經(jīng)過(guò)特殊的設(shè)計(jì)使其能以極小的延遲轉(zhuǎn)發(fā)大量的數(shù)據(jù)。然而，網(wǎng)關(guān)也可以是有多個(gè)網(wǎng)卡的標(biāo)準(zhǔn)的電腦，其操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層有能力轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。由于專用的路由硬件較廉價(jià)，電腦用作網(wǎng)關(guān)已經(jīng)很少見了，在只有一個(gè)撥號(hào)連接的小站點(diǎn)里，還可能使用電腦作為非專用的網(wǎng)關(guān)。2、基于類的地址最初設(shè)計(jì)IP時(shí)，地址根據(jù)第一個(gè)字節(jié)被分成

12、幾類：0:保留1-126:A類（網(wǎng)絡(luò)地址:1字節(jié)，主機(jī)地址:3字節(jié)）127:保留128-191:B類（網(wǎng)絡(luò)地址:2字節(jié)，主機(jī)地址:2字節(jié)）192-223:C類（網(wǎng)絡(luò)地址:3字節(jié)，主機(jī)地址:1字節(jié)）224-255:保留3、子網(wǎng)劃分雖然基于類的地址系統(tǒng)對(duì)因特網(wǎng)服務(wù)提供商來(lái)說(shuō)工作得很好，但它不能在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部做任何路由，其目的是使用第二層（橋接/交換）來(lái)導(dǎo)引網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)。在大型的A類網(wǎng)絡(luò)中，這就成了個(gè)特殊的問(wèn)題，因?yàn)樵诖笮途W(wǎng)絡(luò)中僅使用橋接/交換使其非常難以管理。在邏輯上其解決方法是把大網(wǎng)絡(luò)分割成假設(shè)干小的網(wǎng)絡(luò)，但在基于類的地址系統(tǒng)中這是不可能的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，出現(xiàn)了一個(gè)新的域：子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼

13、指出地址中哪些部分是網(wǎng)絡(luò)地址，哪些是主機(jī)地址。在子網(wǎng)掩碼中，二進(jìn)制1表示網(wǎng)絡(luò)地址位，二進(jìn)制0表示主機(jī)地址位。傳統(tǒng)的各類地址的子網(wǎng)掩碼為：如果想把一個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)的地址用作C類大小的地址，可以使用掩碼255.255.255.0。用較長(zhǎng)的子網(wǎng)掩碼把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)就叫做劃分子網(wǎng)。要注意的是，一些舊軟件不支持子網(wǎng)，因?yàn)樗鼈儾焕斫庾泳W(wǎng)掩碼。例如UNIX的routed路由守護(hù)進(jìn)程通常使用白路由協(xié)議是版本1的RIP,它是在子網(wǎng)掩碼出現(xiàn)前設(shè)計(jì)的。上面只介紹了三種子網(wǎng)掩碼：255.0.0.0、255.255.0.0和255.255.255.0，它們是字節(jié)對(duì)齊的子網(wǎng)掩碼。但是也可以在字節(jié)中間對(duì)其進(jìn)行劃分，這里不

14、進(jìn)行詳細(xì)講解，請(qǐng)參照相關(guān)的TCP/IP書籍。子網(wǎng)使我們可以擁有新的規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，包括很小的用于點(diǎn)到點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)如掩碼255.255.255.252,30位的網(wǎng)絡(luò)地址，2位的主機(jī)地址：兩個(gè)主機(jī)的子網(wǎng)，或中型網(wǎng)絡(luò)如掩碼255.255.240.0,20位網(wǎng)絡(luò)地址，12位主機(jī)地址：4094個(gè)主機(jī)的子網(wǎng)。4、可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（VLSM）如果你想把你的網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)不同大小的子網(wǎng)，可以使用可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼，每個(gè)子網(wǎng)可以使用不同長(zhǎng)度的子網(wǎng)掩碼。例如：如果你按部門劃分網(wǎng)絡(luò)，一些網(wǎng)絡(luò)的掩碼可以為255.255.255.0（多數(shù)部門），其它的可為255.255.252.0（較大的部門）。三、路由1、路由表如果一個(gè)主機(jī)有多

15、個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，當(dāng)向一個(gè)特定的IP地址發(fā)送分組時(shí)，它怎樣決定使用哪個(gè)接口呢？答案就在路由表中。來(lái)看下面的例子：目的子網(wǎng)掩碼網(wǎng)關(guān)標(biāo)志接口Aeth0Aeth1主機(jī)將所有目的地為網(wǎng)絡(luò)201.66.37.0內(nèi)主機(jī)（201.66.37.1-201.66.37.254）的數(shù)據(jù)通過(guò)接口eth0（IP地址為201.66.37.74）發(fā)送，所有目的地為網(wǎng)絡(luò)201.66.39.0內(nèi)主機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)接口eth1（IP地址為201.66.39.21）發(fā)送。標(biāo)志A表示該路由狀態(tài)為“active”即激活狀態(tài)。對(duì)于直接連接的網(wǎng)絡(luò)，一些軟件并不象上例中一樣給出接口的IP地址，而只列出接口。此例只涉及了直接連接的主機(jī)，那么目的主機(jī)在

16、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中如何呢？如果你通過(guò)IP地址為201.66.37.254的網(wǎng)關(guān)連接到網(wǎng)絡(luò)73.0.0.0,那么你可以在路由表中增加這樣一項(xiàng)：目的掩碼網(wǎng)關(guān)標(biāo)志接口AGeth0此項(xiàng)告訴主機(jī)所有目的地為網(wǎng)絡(luò)73.0.0.0內(nèi)主機(jī)的分組通過(guò)201.66.37.254路由過(guò)去。標(biāo)志S（static）表示此項(xiàng)通過(guò)靜態(tài)指定把分組導(dǎo)向外部網(wǎng)關(guān)。類似的，也可以定義通過(guò)網(wǎng)關(guān)到達(dá)特定主機(jī)的路由，也標(biāo)志為S:目的掩碼網(wǎng)關(guān)標(biāo)志接口ASeth0卜面是路由表的基礎(chǔ)，除了特殊表項(xiàng)之外:目的掩碼網(wǎng)關(guān)|標(biāo)志接口ASlo0defaultASeth1第一項(xiàng)是loopback接口，用于主機(jī)給自己發(fā)送數(shù)據(jù)，通常用于測(cè)試和運(yùn)行于IP之上但需要本地

17、通信的應(yīng)用。這是到特定地址127.0.0.1的主機(jī)路由（接口lo0是IP協(xié)議棧內(nèi)部的“假”網(wǎng)卡，在RouterOS中）。第二項(xiàng)十分有意思，為了防止在主機(jī)上定義到因特網(wǎng)上每一個(gè)可能到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的路由，可以定義一個(gè)缺省路由，如果在路由表中沒有與目的地址相匹配的項(xiàng)，該分組就被送到缺省網(wǎng)關(guān)。多數(shù)主機(jī)簡(jiǎn)單地通過(guò)一個(gè)網(wǎng)卡連接到網(wǎng)絡(luò)，因此只有通過(guò)一個(gè)路由器到其它網(wǎng)絡(luò)，這樣在路由表中只有三項(xiàng)：loopback項(xiàng)、本地子網(wǎng)項(xiàng)和缺省項(xiàng)指向路由器。2、重疊路由假設(shè)在路由表中有以下重疊項(xiàng):目的掩碼網(wǎng)關(guān)標(biāo)志接口ASeth0ASeth0ASeth1defaultASeth1之所以說(shuō)這些路由重疊是因?yàn)檫@四個(gè)路由都含有地址1.2

18、.3.4，如果向1.2.3.4發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)選擇哪條路由呢？在這種情況下，會(huì)選擇第一條路由，通過(guò)網(wǎng)關(guān)201.66.37.253。原則是選擇具有最長(zhǎng)（最精確）的子網(wǎng)掩碼。類似的，發(fā)往1.2.3.5的數(shù)據(jù)選擇第二條路由。注意：這條原則只適用于間接路由（通過(guò)網(wǎng)關(guān)）。把兩個(gè)接口定義在同一子網(wǎng)在很多軟件實(shí)現(xiàn)上是非法的。例如卜面的設(shè)置通常是非法的不過(guò)有些軟件將嘗試在兩個(gè)接口進(jìn)行負(fù)載平衡：接口IP地址子網(wǎng)掩碼eth0eth10.0.0.0 、子網(wǎng)掩碼為0.0.0.0 的路由進(jìn)行工對(duì)于重疊路由的策略是十分有用的，它允許缺省路由作為目的為作，而不需要作為路由軟件的一個(gè)特殊情況來(lái)實(shí)現(xiàn)。3、靜態(tài)路由回頭看看我們已建立

19、的路由表，已有了六個(gè)表項(xiàng):目的掩碼網(wǎng)關(guān)標(biāo)志接口ASlo0ASeth0ASeth1defaultASeth1ASeth0ASeth0該網(wǎng)絡(luò)圖示如下這些表項(xiàng)分別是怎么得到的呢？第一個(gè)是當(dāng)路由表初始化 地址時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建的，其余 三個(gè)必須手動(dòng)加入。時(shí)由路由軟件加入的，第二、三個(gè)是當(dāng)網(wǎng)卡綁定IPnaT術(shù)NAT技術(shù)主要解決IP地址短缺問(wèn)題，最初提出的建議是在子網(wǎng)內(nèi)部使用局部地址，而在子網(wǎng)外部使用少量的全局地址，通過(guò)路由器進(jìn)行內(nèi)部和外部地址的轉(zhuǎn)換。局部地址是在子網(wǎng)內(nèi)部獨(dú)立編址的，可以與外部地址重疊。這種想法的基礎(chǔ)是假定在任何時(shí)候子網(wǎng)中只有少數(shù)電腦需要與外部通信，可以讓這些計(jì)算機(jī)共享少量的全局IP地址。后來(lái)根據(jù)這種技術(shù)又開發(fā)出其他一些應(yīng)用，下面講述兩種最主要的應(yīng)用：第一種應(yīng)用事動(dòng)態(tài)地址翻譯DynamicAddressTranslation。為此首先引入存根域的概念，所謂存根域StubDomain就是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的抽象，這樣的網(wǎng)絡(luò)只是處理源和目標(biāo)都在子網(wǎng)內(nèi)部的通信。任何時(shí)候存根域內(nèi)只有一部份主機(jī)要與外界通信，甚至還有許多主機(jī)可能從不與外界通信，所有整個(gè)存根域只