【计算机网络】图解路由器(一)

图解路由器(一)

    • 1、什么是路由器?
    • 2、什么是路由选择?
    • 3、什么是转发?
    • 4、路由器设备有哪些类型?
    • 5、根据性能分类,路由器有哪些类型?
      • 5.1 高端路由器
      • 5.2 中端路由器
      • 5.3 低端路由器
    • 6、什么是家用路由器?
    • 7、运营商用什么类型的路由器?
    • 8、企业用什么类型的路由器?
    • 9、什么是 IP 地址?
    • 10、地址如何分类?
    • 11、什么是 CIDR ?
    • 12、什么是私有地址?什么是公网地址?
    • 13、单播、广播、组播和任意波的区别是什么?
    • 14、接口有哪些类型?
    • 15、什么是 ARP ?
    • 16、什么是 DHCP ?
    • 17、什么是 PPPoE ?
    • 18、路由表包含哪些信息?
    • 19、什么是最长匹配原则?
    • 20、什么是默认网关?

随着接入网络的终端越来越多,网络规模越来越大,但是二层交换机的容量和性能有限,无法接入日益增多的终端。于是就有了三层网络设备 路由器,连接不同网段的二层交换机,进而把全世界的网络都连接起来。接下来我们看看关于路由器的常见问题。

1、什么是路由器?

路由器是负责 网络层 的工作的硬件设备,通过不同端口,连接不同的网段,识别目的地址,根据路由表进行数据包转发。

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2、什么是路由选择?

路由器为数据包选择路径的过程叫做 路由选择。路由器从接口收到数据包后,根据目的地址的信息进行路由选择,按照选择结果将数据包从对应接口 转发 出去。

转发的路线叫做 路径

路由器在路由选择时,参考的信息叫做 路由表。路由器通过这些信息判断数据包转发到哪个网络。

路由表由多个 路由表项 组成,路由表项既可以手动设置 静态路由,也可以通过路由协议自动生成 动态路由

名称英文名称说明
路径route路由器转发数据包的路径
路由选择routing路由器为数据包选择路径的过程。完成路由选择后,把数据包转发出去的过程,叫做转发(forwarding
路由表项routing table entry路由器在路由选择时参考的信息,由 目的地址下一跳 组成
路由表routing table路由表项的汇总,路由器进行路由选择时需要参考的内容

路由选择在网络层完成,过程如下:

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3、什么是转发?

路由选择的过程需要根据目的 IP 地址的信息,判断将数据包转发到哪个网络。路由器的一个接口对应一个网络,发送到不同网络,是指路由器从某个接口收到数据,然后从另外的接口发送出去。

把数据包从接收接口到发送接口的发送过程叫做 转发

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4、路由器设备有哪些类型?

一种是在 PC 或 Service 中运行 路由器软件 当做一台路由器使用。

还有一种更常见、更普及的路由器,是安装路由器专用操作系统和配备专用硬件的设备,也叫做 硬件设备

与路由器软件对比,专用的硬件设备有许多优点:

  • 提供更容易使用的接口
  • 操作简单
  • 可以在短时间完成加载
  • 定制系统可以轻松的提高吞吐量
  • 可靠性更高
  • 对于路由器功能来说,成本更低

5、根据性能分类,路由器有哪些类型?

路由器根据性能,可以分为 高端路由器中端路由器低端路由器,以及价格便宜的 家用路由器,共 4 4 4 种类型。

路由器分类用途
高端路由器电信运营商、数据中心、大型企业的核心路由器
中端路由器企业的核心路由器、电信运营商的边缘路由器
低端路由器中小企业核心路由器、大型企业分支机构路由器
家用路由器小规模机构、家庭使用

5.1 高端路由器

高端路由器的性能最好,主要作为骨干网络的核心路由器使用,在数据中心、电信运营商网络中完成网络互连等功能。

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这类路由器又叫做 框式路由器,有可以插入多块扩展卡的卡槽。扩展卡的类型丰富,主要有路由引擎、交换结构、线卡等。

模块作用
路由引擎主要是路由表的维护以及路由协议的控制
交换结构在多块线卡之间进行通信的内部总线机构,决定了路由器转发数据量(路由交换容量)的大小
线卡数据输入输出接口的扩展卡
背板提供插入路由引擎、线卡连接卡槽的底部主板,通过串行线路连接各个线卡

框式路由器不仅可以控制接口的数量,还可以增强设备的交换容量,具有引擎冗余功能。

当某一个模块发生故障时,无需关闭路由器电源,在其它模块仍在工作状态下,只替换发生故障的扩展卡即可修复,这种操作叫做 热插拔在线插拔

5.2 中端路由器

中端路由器通常作为企业的核心路由器,是整个企业网络的中心。

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中端路由器可分为两类,一类是在机框上配置固定数量接口的设备,无法额外添加端口,叫做 箱式路由器;另一类是可以根据需要的端口,添加对应端口的可选模块,进而扩充端口数量的设备,叫做 模块式路由器

5.3 低端路由器

低端路由器用于中小企业或大型企业营业部、或分支机构。同中端路由器一样,也分成两类,一类是端口数量固定的 箱式路由器,另一条是端口数量和类型可变的 模块式路由器

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还有一类是无法在机架内使用的,叫做 桌面式路由器

6、什么是家用路由器?

一般是小规模分支机构或家庭连接宽带使用的路由器,也叫做 WAN 路由器。还集成了无线网络功能,支持 WiFi 6 无线标准。

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7、运营商用什么类型的路由器?

电信运营商在对企业或家庭提供网络服务时,搭建的网络规模会比企业网大很多,对路由器的功能和性能有更高的要求,也更加复杂。从电信运营商的角度分类,路由器可分为:核心路由器、边缘路由器和用户边缘路由器。

  • 核心路由器:核心路由器位于 骨干网 中,用于构建核心网络。核心网络用于各个业务网络的互联,承载着高速转发各个网络之间流量的任务。

  • 边缘路由器:边缘路由器是在 骨干网边缘 接入的路由器,用于接入用户网络线路,并连接骨干网。由于用户众多,边缘路由器需要高速转发,同时还要完成数据的优先级、包过滤、认证、加密等多个功能。

  • 用户边缘路由器:用户边缘路由器是放在 用户处 的路由器,连接运营商的边缘路由器。

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8、企业用什么类型的路由器?

面向企业的路由器叫做企业路由器,根据网络中所在的位置和分工,可分为几类:

(1)接入路由器

用户接入网络使用的路由器叫做接入路由器,由接入路由器组成的网络叫做 接入网。它可以提供认证、接入控制等功能,通常部署在企业的分支机构或下属部门。

在家里或出差时,接入公司网络使用的远程接入路由器,也是接入路由器的一种,使用拨号连接、PPTP 、IPsec 、SSL 等协议完成接入过程。

(2)汇聚路由器

在大型网络中,会在核心层和接入层中间搭建一个汇聚层网络,形成 3 3 3 层网络结构。汇聚路由器负责在汇聚接入网的路由选择信息,完成包过滤等工作,实现多个网络的互连。

(3)核心路由器

核心路由器是位于网络中心位置的路由器,和接入网或汇聚网实现数据高速传输。

(4)家用路由器

家用路由器是内置 ADSL 调制解调器和 ONU 、使用 PPPOE 协议连接运营商网络的路由器。

(5)移动路由器

出差或外出时,用来连接互联网的便携式路由器,也叫做移动路由器。这种路由器外形小巧轻便,有些配有有线 LAN 接口和无线 LAN 接入点,有些通过 USB 接口或流量卡连接互联网,有些还集成了流量卡和路由器的两种功能。

9、什么是 IP 地址?

IP协议常见的有两种:IPv4 和 IPv6 。

IPv4 地址用点 “.” 把地址等分成 4 4 4 个部分,使用十进制表示。IPv4 共 32 32 32 位二进制,每部分长度是 8 8 8 位,取值范围是 0 0 0 ~ 255 255 255,举个例子:192.168.0.1

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10、地址如何分类?

IP 地址分为五类,分别是 A 类、 B 类、 C 类、 D 类 、E 类。前面三类是根据固定的网络位和主机位区分的。

  • A 类地址 范围是 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255,前面 8 8 8 位是网络位,剩余的是主机位。
  • B 类地址 范围是 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255,前面 16 16 16 位是网络位,后面 16 16 16 位是主机位。
  • C 类地址 范围是 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255,前面 24 24 24 位是网络位,后面 8 8 8 位是主机位。

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还有用于组播的 D 类地址,范围是 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255,用于研究的 E 类地址,范围是 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255

11、什么是 CIDR ?

CIDR 不使用固定的地址分类,而是使用 可变长子网掩码 确定网络位。网络位之前只有 8 8 8 位、 16 16 16 位或 24 24 24 位三种,使用 CIDR 后,可分配任意长度的网络位,主机位也可以是任意长度,就出现了新的子网掩码。子网掩码的网络位全是 1 1 1 ,主机位全是 0 0 0。举个栗子:网络位长度为 24 24 24 位,子网掩码就是 255.255.255.0,还可以用 /24 表示。

12、什么是私有地址?什么是公网地址?

在内部网络使用的地址,就是 私有地址。每个地址分类都有一段私有地址,给不同规模的内部网络使用。

地址类别私有地址范围
A 类地址10.0.0.0 ~ 10.255.255.25510.0.0.0/8
B 类地址172.16.0.0 ~ 172.31.255.255172.16.0.0/12
C 类地址192.168.0.0 ~ 192.168.255.255192.168.0.0/16

A 类到 C 类地址中,除了私有地址之外,所有地址都是 公网地址

13、单播、广播、组播和任意波的区别是什么?

  • 单播:向目的 IP 地址的单台主机发送数据。使用 IPv4 中的 A 类、B 类、C 类地址。

  • 广播:向同网段内的所有主机发送数据。使用 255.255.255.255 或主机位全是 1 1 1 的地址。

  • 组播:使用专用 IP 地址,向特定的多个主机发送相同的数据。使用 IPv4 中的 D 类地址。

  • 任意播:一个任意播地址分配给多个主机,还有多条路由到达相同的目的地,选择代价最小的主机发送数据。只在 IPv6 中存在。

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14、接口有哪些类型?

IP 地址 是网络层的逻辑地址。MAC 地址 是数据链路层的物理地址,与物理接口一一对应,无法修改,也不存在重复的地址。

接口名称说明
三层接口可以进行三层处理的物理接囗。当链路没通时,IP 地址也不通
回环接口设备用来表示自己的虚拟接口。PC 使用 127.0.0.1,IPv6 是 : : 1 ::1 ::1。链路连通时,这个虚拟接口到任一物理接囗都是可达的
VLAN 接口为 VLAN 分配 IP 地址使用的虚拟接口
汇聚接囗将多个物理接口汇聚成的逻辑接口
子接口使用 VLAN ID 把一个物理接口分割成多个带标签的逻辑接囗,这就是子接口
辅助地址当路由器有两个及以上的可配置 IP 的接口时,可以同时分配不同的 IP 地址,第二个地址就是辅助地址。可以用于网络迁移或网络管理

15、什么是 ARP ?

ARP(Address Resolution Protocol) 是通过 IPv4 地址获取 MAC 地址的网络协议。路由器在发送 IP 包时,会用 ARP 获取以太网帧需要的目的 MAC 地址。完成 ARP 解析后,解析结果会保存在 ARP 表中。这个表项有一定时限,这个时限叫做 老化时间,超时后需要再次解析 ARP。

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16、什么是 DHCP ?

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 是为主机(客户端)自动配置 IP 地址子网掩码域名DNS 服务器默认网关 等信息的网络协议。

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如果手动为每台主机配置 IP 地址,是非常繁琐的,而且容易出错。而使用 DHCP 就可以自动完成地址分配,非常的方便和快捷。

17、什么是 PPPoE ?

PPPoE(Point-to-Point Protocol Over Ethernet) 就是以太网上的点对点协议,在 LAN 上完成用户认证,并分配 IP 地址的网络协议。用于提供网络接入服务,让设备接入互联网。

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18、路由表包含哪些信息?

路由表包含路由选择的必要信息,主要内容如下:

  • 目的 IP 地址:IP 包的目的地址。
  • 子网掩码:表示目的 IP 地址有多少位是网络位。
  • 网关:IP 包下一跳的 IP 地址。
  • 网络接口:IP 包从哪个路由器接口发送出去。
  • 度量值:当有多条到达目的地的不同路径时,度量值越小表示优先级越高。

以上五个内容组成一条路由表项。

19、什么是最长匹配原则?

如果路由表中出现多条到达同一个目的网络的表项时,选择 子网掩码最长度量值最小 的表项,这就是最长匹配原则。

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20、什么是默认网关?

如果路由表中不存在满足条件的表项,那么会根据路由表中的默认路由表项进行转发。默认路由表项的 IP 地址是 0.0.0.0,子网掩码是 0.0.0.0,即 0.0.0.0/0默认路由表项又叫做默认网关。如果路由表中不存在默认网关,那么路由器会告知错误,并丢弃这个数据包。

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