# 路由器基础

# 内部组件

# RAM 随机存取存储器

RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）

1. 路由器配置文件的临时存储，一般做为内存使用

2. 断电或重新启动时 RAM 内容丢失

3. 访问很快

# NVRAM 非易失随机存取存储器

NVRAM（Non-volatile RAM）

存储备份（backup）/ 启动（startup）配置文件

路由器掉电或重启时内容不会丢失。

保证快速访问，但是存储空间有限。

# Flash

存储了 Cisco IOS（互联网操作系统），可以存储多个版本的 IOS

相当于台式机硬盘

断电保持

# ROM 只读存储器

ROM，Read-Only Memory

包含 POST（开机自检）

引导程序（加载 Cisco IOS）

作系统软件。有 IOS 的备份

# 接口 Interface

略

# 路由器启动步骤

# 系统启动程序

1. 执行开机自检 POST

2. 验证 CPU、内存和网络接口的基本操作

3. 软件初始化

# 软件启动程序

略

如果 NVRAM 中没有有效的配置文件，则执行问题驱动（question-driven）的初始配置例程，该例程称为系统配置对话框，也称为设置模式 setup mode

# 路由器初始化

略

# 路由器 CLI 指令

• 检验基本的路由配置

  • 使用 show running-config 命令

• 存储路由器基本配置

  • copy running-config

    • startup-config

• 其他检验路由器的命令:

  • Show running-config – 显示当前随机访问存储器中的配置

  • Show startup-config – 显示 NVRAM 中的配置文件

  • Show IP route – 现实路由表

  • Show interfaces – 显示所有接口的配置信息

  • Show IP int brief - 显示接口的简要信息

# 路由和配置

收敛时间 Convergence Time：

1. 从刚启动到网络达到稳定的时间

2. 从发生变化到再次稳定的时间

# 使用网络寻址进行路由

1. 路由器通常使用两个基本功能（路径确定功能和交换功能）将数据包从一条数据链路中继（relay）到另一条数据链路。

   2. 交换功能（switching function）允许路由器在一个接口上接受数据包并通过第二个接口转发。

   3. 路径确定（path determination）功能使路由器能够选择最合适的接口来转发数据包。

2. 路由器使用地址的网络部分进行路径选择，以将数据包传递到下一个路由器

3. 地址的 ** 节点部分（主机部分）** 由直接连接到目标网络的路由器使用，以将数据包传递到正确的主机。

• 路由器如何使用网络部分和节点部分

  1. 网络部分

     • 路由器使用网络部分决定数据包下一跳的路径。

     • 例如，路由器看到目标 IP 是 192.168.2.10 ，而根据路由表知道 192.168.2.0/24 应该转发到接口 GigabitEthernet0/1 ，因此数据包被发送到该接口。

  2. 节点部分

     • 当数据包到达目标网络（如 192.168.2.0/24 ）时，目标路由器使用节点部分（如 10 ）确定具体设备。

     • 这一阶段通常由 ARP 协议解析 MAC 地址，并通过交换机转发到目标主机。

# 静态和动态路由

# 静态路由

1. 目的地址 network：后面需要包含掩码

2. 下一条地址 address：确定下一跳地址

3. Distance：管理距离（可选项。不写的话，默认为 1）

例：

ip route 172.16.3.0 255.255.255.0 192.168.2.4

这个命令定义了一条从当前路由器到 172.16.3.0/24 网络的静态路由，具体通过下一跳地址 192.168.2.4 转发数据包。

即如果收到目的地址为 172.16.3.0/24 **** 的报文，将其转发给 192.168.2.4

# 管理距离

** 管理距离（administrative distance，AD）** 是路由信息源的可信赖性的等级，表示为从 0 到 255 的数值。

静态路由的管理距离通常很短（默认值为 1）

数值越低，可信度越高。AD 为 1 时其优先级非常高，仅次于直连网段 AD=0

# 动态路由

动态路由取决于两个基本路由器功能：

1. 维护（maintance）路由表（动态维持的）

2. 向其他路由器分发（distribution）路由信息

# 动态路由协议分类

1. 大致分为以下三类：

   2. 距离矢量（DV,Distance Vector）DVP Protocol

   3. 链路状态（LS,Link State）LSP

   4. 混合路由（HR,Hybird Routing）

2. 其中 Hybrid Routing 是在两种之间

# DVP 距离矢量协议

路由器不知道整个网路的具体拓扑

基于距离矢量的路由算法（也称为 Bellman-Ford 算法）在路由器之间传递路由表的周期性副本。

1. 大家交换 Routing Table

2. 只知道可达，但是不知道怎么可达（知道 where, 但是不知道 how），不知道整个网路的具体拓扑

# 路由环路问题 Routing Loops

路由环路会导致数据包在网络中不断循环，无法到达目的地，从而浪费网络资源和带宽，甚至引起网络崩溃。

解决方法：

1. 定义最大值（Maximum）

   设置最大跳数

2. 路由中毒（Route Poisoning）

   当网络 5 发生故障时，路由器 E 通过将网络 5 的表条目设置为 16（无穷大） 或不可访问来启动路由中毒。（而不是删除条目）

   当路由器 C 从路由器 E 接收到路由中毒时，它会将更新（称为毒性逆转，poison reverse）发送回路由器 E。这确保网段上的所有路由器都已接收到中毒的路由信息。

   最终所有的路由器都知道不可达。

   一句话概括：路由毒害，由信息在路由表中失效的时候，把该表项的的度量值（metric）设为无穷大 16。

3. 水平分隔（Split Horizon）

   从某个端口收到的报文信息，不能再从该端口发送回去

4. 计时器（Hold-Down Timers）

   启动计时器：当目标网络被标记为 “不可达” 时，路由器会启动一个计时器。

   等待更优路径：在计时器运行期间，如果路由器收到新的、更优的路径信息，会更新记录。

   忽略更差路径：如果收到的路径信息不如现有记录好，则忽略。

   超时删除记录：如果计时器倒计时结束且没有新的有效路径信息，路由器会删除该条目。

# 阻止发送路由更新

防止接口发出任何路由更新信息：

Router（config-router）#Passive-interface f0/0

接口接受路由表的更新，但是不发送报文出去

# LSP 链接状态协议

基于链接状态的路由算法也称为 SPF（shortest path first，最短路径优先）算法，维护复杂的拓扑信息数据库：对树处理路由表，没有环路问题

LSA（Link State Advertisement，链路状态通告）

# 链接状态网络发现

1. 路由器之间交换 LSA，每个路由器都以直接连接的网络开头

2. 每个路由器与其他路由器并行构建一个拓扑数据库，该拓扑数据库包含来自网络的所有 LSA。

3. SPF 算法计算网络可达性：路由器将此逻辑拓扑构建为一棵树，以其自身为根，由链路状态协议互联网络中每个网络的所有可能路径组成。然后，对这些路径进行最短路径优先（SPF）排序。

4. 路由器在路由表中列出其最佳路径以及这些目标网络的端口。它还维护拓扑元素和状态详细信息的其他数据库。

# 链接状态更新

如果有一个链路的状态发生变化（恢复或者被破坏），必须将修改通知给全部路由器消耗代价比较大（SPF 算法）。

# 比较：链接状态和距离矢量

1. DV：距离矢量

   2. 视野窄，代价小

   3. 基于跳数

   4. 定期交换路由表，收敛慢

   5. 交换路由表

2. LS：链路状态

   7. 视野宽，有一定代价

   8. 基于带宽

   9. 初期充分交换，收敛快

   10. 交换 Linked State 的数据库

# 混合协议

示例：

1. OSI’s IS-IS（Intermediate System-to-Intermediate System）

2. Cisco’s EIGRP（Enhanced Interior Gateway Routing Protocol）

# 主动路由协议 Routing Protocol

主动路由协议的示例包括：

工作在第三层

# 路由协议的主要目标

1. 最佳路线（Optimal Route）：选择最佳路线

2. 效率（Efficiency）：最少使用带宽和路由器处理器资源

3. 快速收敛（Rapid Convergence）：越快越好。有些比其他人收敛更快。

4. 灵活性（Flexibility）：可以处理各种情况，例如高使用率和失败的路由

# 如何启用动态路由协议

Router(config)#router [protocol] ， [protocol 填 rip ， ospf 等

Router(config)#network [network-number] ， network-number 填直连网络号

# 定义默认路由

如果路由表中没有目标网络的条目，则将数据包发送到默认网络。

• 使用动态路由协议定义默认路由： Router(config)# ip default-network [network-number]

• 将默认路由定义为静态路由： Router（config）## ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 [next-hop-ipaddress| exit-interface]

配置默认路由后，使用 show ip route 将显示：（172.16.1.2 是默认的下一跳地址）

1. 不得已的网关是到网络 0.0.0.0 的 172.16.1.2

2. 所有不知道转发给谁的都给 172.16.1.2

• 解释

  在 ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 <next-hop-ip> 这条配置中，默认路由是指 0.0.0.0 0.0.0.0 这一部分。

  • 0.0.0.0 表示网络号，匹配所有的目标地址。

  • 0.0.0.0 表示子网掩码，匹配所有网络范围。

  作用：
  当路由器接收到一个数据包且无法在路由表中找到更具体的匹配时，就会使用这条默认路由，并将数据包转发给 <next-hop-ip> （下一跳地址）。

  默认路由指向的下一跳地址（ <next-hop-ip> ）通常是出口网关，比如通向互联网的上级路由器。