Cisco路由技術基礎知識詳解

　　路由器 <一>

　　最簡單的網(wǎng)絡可以想象成單線的總線，各個計算機可以通過向總線發(fā)送分組以互相通信。但隨著網(wǎng)絡中的計算機數(shù)目增長，這就很不可行了，會產(chǎn) 生許多問題：

    1、帶寬資源耗盡。
    2、每臺計算機都浪費許多時間處理無關的廣播數(shù)據(jù)。
    3、網(wǎng)絡變得無法管理，任何錯誤都可能導致整個網(wǎng)絡癱瘓。
    4、每臺計算機都可以監(jiān)聽到其他計算機的通信。

　　把網(wǎng)絡分段可以解決這些問題，但同時你必須提供一種機制使不同網(wǎng)段的計算機可以互相通信，這通常涉及到在一些ISO網(wǎng)絡協(xié)議層選擇性地在網(wǎng)段間傳送數(shù)據(jù)，我們來看一下網(wǎng)絡協(xié)議層和路由器的位置。

　　我們可以看到，路由器位于網(wǎng)絡層。本文假定網(wǎng)絡層協(xié)議為IPv4，因為這是最流行的協(xié)議，其中涉及的概念與其他網(wǎng)絡層協(xié)議是類似的。

    一、路由與橋接

　　路由相對于2層的橋接/交換是高層的概念，不涉及網(wǎng)絡的物理細節(jié)。在可路由的網(wǎng)絡中，每臺主機都有同樣的網(wǎng)絡層地址格式（如IP地址），而無論它是運行在以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI還是廣域網(wǎng)。網(wǎng)絡層地址通常由兩部分構成：網(wǎng)絡地址和主機地址。

　　網(wǎng)橋只能連接數(shù)據(jù)鏈路層相同（或類似）的網(wǎng)絡，路由器則不同，它可以連接任意兩種網(wǎng)絡，只要主機使用的是相同的網(wǎng)絡層協(xié)議。

　　路由器 <二>

    二、連接網(wǎng)絡層與數(shù)據(jù)鏈路層

　　網(wǎng)絡層下面是數(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）用于把網(wǎng)絡層(3層)地址映射到數(shù)據(jù)鏈路層(2層)地址，RARP(反向地址解析協(xié)議)則反之。

　　雖然ARP的定義與網(wǎng)絡層協(xié)議無關，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的例子基于IP和以太網(wǎng)，但要注意這些概念對其他協(xié)議也是一樣的。

    1、地址解析協(xié)議

　　網(wǎng)絡層地址是由網(wǎng)絡管理員定義的抽象映射，它不去關心下層是哪種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。然而，網(wǎng)絡接口只能根據(jù)2層地址來互相通信，2層地址通過ARP從3層地址得到。

　　并不是發(fā)送每個數(shù)據(jù)包都需要進行ARP請求，回應被緩存在本地的ARP表中，這樣就減少了網(wǎng)絡中的ARP包。ARP的維護比較容易，是一個比較簡單的協(xié)議。

    2、簡介

　　如果接口A想給接口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)送一個含有B的IP地址的ARP廣播請求B的物理地址，接口B收到該廣播后，向A回應其物理地址。

　　注意，雖然所有接口都收到了信息，但只有B回應該請求，這保證了回應的正確且避免了過期的信息。要注意的是，當A和B不在同一網(wǎng)段時，A只向下一跳的路由器發(fā)送ARP請求，而不是直接向B發(fā)送。 接收到ARP分組后處理，注意發(fā)送者的對被存到接收ARP請求的主機的本地ARP表中，一般A想與B通信時，B可能也需要與A通信。 

    3、IP地址沖突

　　ARP產(chǎn)生的問題中最常見的是IP地址的沖突，這是由于兩個不同的主機IP地址相同產(chǎn)生的，在任何互聯(lián)的網(wǎng)絡中，IP地址必須是唯一的。這時會收到兩個ARP回應，分別指出了不同的硬件地址，這是嚴重的錯誤，沒有簡單的解決辦法。

　　為了避免出現(xiàn)這類錯誤，當接口A初試化時，它發(fā)送一個含有其IP地址的ARP請求，如果沒有收到回應，A就假定該IP地址沒有被使用。我們假定接口B已經(jīng)使用了該IP地址，那么B就發(fā)送一個ARP回應，A就可以知道該IP地址已被使用，它就不能再使用該IP地址，而是返回錯誤信息。這樣又產(chǎn)生一個問題，假設主機C含有該IP地址的映射，是映射到B的硬件地址的，它收到接口A的ARP廣播后，更新其ARP表使之指向A的硬件地址。為了解決這個錯誤，B再次發(fā)送一個ARP請求廣播，這樣主機C又更新其ARP表再次指向B的硬件地址。這時網(wǎng)絡的狀態(tài)又回到先前的狀態(tài)，有可能C已經(jīng)向A發(fā)送了應該發(fā)送給B的IP分組，這很不幸，但是因為IP提供的是無保證的傳輸，所以不會產(chǎn)生大的問題。

    4、管理ARP緩存表

　　ARP緩存表是對的列表，根據(jù)IP地址索引。該表可以用命令arp來管理，其語法包括：

    向表中添加靜態(tài)表項 -- arp -s

    從表中刪除表項 -- arp -d

    顯示表項 -- arp -a

　　ARP表中的動態(tài)表項(沒有手動加入的表項)通常過一段時間自動刪除，這段時間的長度由特定的TCP/IP實現(xiàn)決定。

5、靜態(tài)ARP地址的使用

　　靜態(tài)ARP地址的典型使用是設置獨立的打印服務器，這些設備通常通過telnet來配置，但首先它們需要一個IP地址。沒有明顯的方法來把此信息告訴該設備，好象只能使用其串口來設置。但是，這需要找一個合適的終端和串行電纜，設置波特率、奇偶校驗等，很不方便。

　　假設我們想給一個打印服務器設置IP地址P-IP，并且我們知道其硬件地址P-hard，在工作站A上創(chuàng)建一個靜態(tài)ARP表項把P-IP映射到P-hard，這樣，雖然打印服務器不知道自己的IP地址，但是所有指向P-IP的數(shù)據(jù)就將被送到P-hard。我們現(xiàn)在就可以telnet到P-IP并配置其IP地址了，然后再刪除該靜態(tài)ARP表項。

　　有時會在一個子網(wǎng)里配置打印服務器，而在另一個子網(wǎng)里使用它，方法與上面類似。假設其IP地址為P-IP，我們分配一個本網(wǎng)的臨時IP地址T-IP給它，在工作站A上創(chuàng)建臨時ARP表項把T-IP映射到P-hard，然后telnet到T-IP，給打印服務器配以IP地址P-IP。接下來就可以把它放到另一個子網(wǎng)里使用了，別忘了刪除靜態(tài)ARP表項。

    6、代理ARP

　　可以通過使用代理ARP來避免在每臺主機上配置路由表，在使用子網(wǎng)時這特別有用，但注意，不是所有的主機都能理解子網(wǎng)的?；镜乃枷胧羌词箤τ诓辉诒咀泳W(wǎng)的主機也發(fā)送ARP請求，ARP代理服務器（通常是網(wǎng)關）回應以網(wǎng)關的硬件地址。

　　代理ARP簡化了主機的管理，但是增加了網(wǎng)絡的通信量(不是很明顯)，并且可能需要較大的ARP緩存，每個不在本網(wǎng)的IP地址都被創(chuàng)建一個表項，都映射到網(wǎng)關的硬件地址。在使用代理ARP的主機看來，世界就象一個大的沒有路由器物理網(wǎng)絡。

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