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  • 2019-03-17 11:28:42

    当路由器收到一个待转发的数据报,在从路由表得出下一跳路由器的IP地址后,不是把这个地址填入IP数据报,而是送交数据链路层的网络接口软件。网络接口软件负责把下一跳路由器的IP地址转换成硬件地址(必须使用ARP),并将此硬件地址放在链路层的MAC帧的首部,然后根据这个硬件地址找到下一个路由器。由此可见,当发送一连串的数据报时,上述的这种查找路由表,用ARP得到硬件地址,把硬件地址写入MAC帧的首部等过程,将不断得进行重复,造成一定的开销。

    那能否在路由表中不使用IP地址而直接使用硬件地址呢?
    答案是不可以的,因为我们使用抽象的IP地址,本来是为了隐藏各种底层网络的复杂性而便于分析和研究问题,这样就不可避免要付出代价,例如在选择路由时多了一些开销,但是反过来,如果在路由表中直接使用硬件地址,会带来更多的麻烦

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    介绍

    以太网交换机工作在第二层即数据链路层,用于在同一网络内部转发以太网帧。但是,当源和目的IP地址位于不同网络时,以太网帧必须发送给路由器。路由器负责在不同网络间传输报文,通过路由表来决定最佳转发路径。当主机将报文发送至不同IP地址时,由于主机无法直接与本地网络以外的设备通信,报文被转发至默认网关。默认网关就是数据流从本地网络路由至远端设备的目的地。它通常用来连接本地网与公共网。

    报文转发过程:

    路由器在一个接口接收报文并将它从另一个接口转发出去,这一过程的关键步骤是为输出链路将报文封装在适当的数据链路帧中。路由器主要执行以下三个步骤:

    1. 将第二层的帧头和帧尾移除,解析出第三层报文。

    2. 检查IP报文的目的IP地址,在路由表中查找最佳路由。

    3. 如果路由器找到一条最佳路径,则将三层报文封装到新的二层帧中,并将帧转发到输出端口。

    如下图所示:设备有三层IPv4地址,以太网接口有二层数据链路地址。例如PC 1的IPv4地址192.168.1.10,示例MAC地址0A-10。在报文从原设备传输至目的设备的过程中,三层IP地址不会改变。但是,每一跳随着报文在路由器中被解封装和重新封装,二层数据链路地址都会改变。很可能报文被封装成与接收时不同的另一种类型的二层帧。

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    发送报文:

    PC 1发送报文给PC 2时,首先必须确定目的IPv4地址是否位于同一网络。PC 1通过将自己的IPv4地址与子网掩码做与操作,来判断PC 1所属的网段。接下来,PC 1对目的IPv4地址与PC 1的子网掩码做同样的与操作。如果目的网络地址与PC 1网络相同,则PC 1不使用默认网关,而是在ARP缓存中查找目的IPv4地址的设备MAC地址。如果MAC地址不在缓存中,则PC 1产生一个ARP请求来获取地址并将报文发给目的地址。如果目的网络地址位于另一网络,则PC 1将报文转发至默认网关。

    要确定默认网关的MAC地址,PC 1在它的ARP表中查找默认网关的IPv4地址以及相应的MAC地址。如果ARP表中没有默认网关的对应表项,则PC 1发送ARP请求。路由器R1回复ARP响应。之后PC 1将报文转发至默认网关的MAC地址,即路由器R1的Fa0/0接口。

    转发至下一跳:

    R1从PC 1接收到以太网帧后执行以下步骤:

    1. R1检查目的MAC地址,与接收端口FastEthernet 0/0相匹配,因此,将帧复制到buffer。

    2. R1识别以太网类型为0x800,意味着以太网帧的数据部分包含IPv4报文。

    3. R1解封装该以太网帧。

    4. 由于目的IPv4地址与R1直连的任何网络都不相符,R1在路由表中查找包含该目的IPv4地址主机的网络地址。本例中,路由表中有192.168.4.0/24网络的路由。目的IPv4地址为192.168.4.10,即该网络上的主机IPv4地址。

    R1找到192.168.4.0/24路由的下一条IPv4地址为192.168.2.2以及输出端口FastEthernet 0/1,这意味着IPv4报文封装到一个新的以太网帧中,目标MAC地址是下一跳路由器的MAC地址。

    由于下一个接口是在以太网上,所以R1必须用ARP解析出下一跳IPv4地址的MAC地址。

    1. R1在ARP cache中查找下一跳IPv4地址192.168.2.2。如果表项不在ARP cache中,R1会从FastEthernet 0/1 接口发送ARP请求,R2会返回ARP响应。R1之后在ARP cache中更新192.168.2.2的MAC地址。

    2. IPv4报文封装到新的以太网帧中并从R1的FastEthernet 0/1 接口转发出去。

    到达目的地:

    当帧到达R3时执行以下步骤:

    1. R3将数据链路帧复制到它的buffer。

    2. R3解封装该数据链路帧。

    3. R3在路由表中查找该目的IPv4地址。R3路由表中有直接连接到该网络的路由。这表示报文可直接发送到目的设备而无需发送至路由器。

    由于输出接口是一个直连以太网,所以R3必须用ARP解析出目的IPv4地址的MAC地址。

    1. R3在它的ARP cache中查找目的IPv4地址,如果此ARP cache中没有此表项,R3会从FastEthernet 0/0 接口发送ARP请求。PC 2回复ARP响应告知它的MAC地址。R3之后在ARP cache中更新192.168.4.10的MAC地址。

    2. IPv4报文封装到新的以太网帧中并从R3的FastEthernet 0/0 接口发出。

    3. 当PC 2接收到该帧,检查帧的目的MAC地址,与网卡接收端口的MAC地址相匹配,PC 2于是将帧的剩余部分复制到自己的buffer。

    4. PC 2识别到以太网类型为0x800,也就是帧的数据部分包含IPv4报文。

    5. PC 2解封装以太网帧,将IPv4报文传递给操作系统的IPv4进程。

    路由表:

    路由表存储的信息包括:

    直连路径:来自活动路由接口的路径。当接口为活动状态并配置了IP地址时,路由器添加一条直连路径。

    远端路径:远端的网络连接到其他路由。通过静态配置或动态路由协议到达该网络。

    路由表是存储在RAM中的一份数据文件,用于存储直连以及远端网络的路由信息。路由表中包含网络或下一跳地址的信息。这些信息告知路由器可以通过将报文发送至代表下一跳地址的路由器以最佳路劲到达目的地址。下一跳信息也可以是到下一个目的地的输出接口。

    路由表内容:

    Cisco IOS路由器可用show IP route命令显示IPv4路由表。路由器还提供一些额外的路由信息,包括路径是怎样学习到的,路径在表中有多长时间,使用哪一接口去到达预定义的目的地。

    路由表中的表项可作为以下内容添加:

    本地路径接口:当接口配置并激活时添加。

    直连接口:当接口配置并激活时添加。

    静态路径:当手动配置路径并且输出接口激活时。

    动态路由协议:当路由协议动态学习到网络时添加,如EIGRP或OSPF。

    路由表项的来源通过代码来标识,代码表明路径是怎样学习到的。例如,常用代码包括:

    L:路由器接口地址。当路由器接收到报文时发送至本地接口而无需转发。

    C:直连网段。

    O:通过OSPF从另一个路由器动态学习到的网络。

    D:通过EIGRP从另一个路由器动态学习到的网络。

    下图显示了R1的路由表:

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    远端网络路由表项:

    下图显示了R1到远端网络10.1.1.0的表项:

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    Route source:路径是怎样学习到的。

    Destination network:远端网络地址。

    Administrative distance:路由来源的可信度。较低值表明优先选择。

    Metric:是路由算法用以确定到达目的地的最佳路径的计量标准。较低值表明优先选择。

    Next hop:转发报文的下一个路由器的IP地址。

    Route timestamp:自学习到路径以来过了多少时间。

    Outgoing interface:用以转发报文的输出接口。

    直连路由表项:

    下图显示了R1到直连网络192.168.10.0的路由表项:

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    在一个接口状态为up/up并添加到IPv4路由表之前,接口必须:

    · 指定有效的IPv4或IPv6地址。

    · 通过no shutdown命令激活。

    · 从另一设备(路由器,交换机,主机等)接收到载体信号。

    当接口up之后,该接口的网络作为直连网络添加到路由表中。

    不做专业的网络工作,了解路由的基本知识即可,可以暂时不用关注静态路由和动态路由,了解本章知识足够。

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    6e1c91f640f3e928589970bf292301de.png

    在IP网络中,数据遵循IP协议所定义的格式,设备对其进行相应的处理,使得它能够在网络中进行传输。

    为了实现这个功能,网络中的设备需具备将IP报文从源转发到目的地的能力。当一台路由器收到报文时,它会在自己的路由表(Routing Table)查询路由,寻找该报文的目的IP地址相匹配的路由条目,如果找到匹配的路由条目,路由器便按照该条目所指示的出接口及下一跳IP地址转发该报文;如果没有任何路由条目匹配该目的IP地址,则意味着路由器没有相关路由信息可用于指导报文转发,因此该报文将会被丢弃。这就是路由器处理数据包的过程。

    每一台具备路由功能的设备都会维护路由表,根据这张路由表,路由器才能够正确地转发IP报文,它就像是一个地图。路由表中有着路由器通过各种途径获知的路由条目,每一个路由条目包含目的网络地址/网络掩码、路由协议、出接口、下一跳IP地址、路由优先级及度量值等信息。

    路由表中每个信息的含义如下:

    1、目标IP地址和网络掩码:作为一个网络中的地图,其中的每一条路由都指向网络中的某个目的网络。目的网络的网络地址及网络掩码用于标识一条路由。

    2、路由协议:表示该路由的协议类型,或者该路由是通过什么途径学习到的。比如OSPF、EIGRP、Static等,如果是直连路由则会显示出“C”。

    3、优先级:也可以称之为管理距离,路由表中路由条目的获取来源有多种,每种类型的路由对应不同的优先级,路由优先级的值越小则该路由的优先级越高。

    4、度量值:指的是本路由器到达目的网段的代价值,在许多场合它也被称为度量值或Metric值,度量值的大小会影响到路由的选择。度量值越小则路径越优先,且不同的路由协议,对于路由度量值的定义和计算有所不同。

    5、下一跳地址:路由器转发到达目的网段的数据包所使用的下一跳地址。简单的说就相当于我们走在一个十字路口,导航(路由表)会告诉我们应该左转还是直行一样。

    6、出接口:数据包被路由后离开本路由器时的接口。当我们在收到一个数据包的时候,路由器进行查表转发,转发数据出路由器的接口就是出接口。

    任何一台支持路由功能的设备都要维护路由表来正确地转发数据,在一个的网络中,一台路由器的路由表往往包含多条路由,这些路由可能从不同的来源获取。如动态协议或者静态路由等。

    路由器能够自动获取本设备直连接口的路由并将路由写入路由表,该种路由被称为直连路由,直连路由的目的网络一定是路由器自身某个接口所在的网络,当路由器接口状态为双UP状态时,路由表中就会出现直连路由。

    对于到达非直连网络的路由,路由器就必须通过其他途径来获取,静态路由是一种最直接、最简单的方法。静态路由,就是管理员使用手工配置的方式为路由器添加的路由,网络管理员通过手工配置的方式告诉路由器下一步需要怎么走。静态路由的配置不需要占用网络资源,且不需要交互协议报文等。

    还有一种是默认路由,默认路由也被称为缺省路由,是目的网络地址及网络掩码均为0的路由,即0.0.0.0/0或者0.0.0.0 0.0.0.0。这是一条非常特殊的路由,所有的目的IP地址都能被这条路由匹配。而且默认路由不仅可以通过静态的方式实现,动态路由协议同样支持默认路由的动态下发。

    最后一种就是动态路由协议,当在大中型网络中时,由于网段数量特别多、网络拓扑复杂等原因,使用静态路由配置及维护工作量都太大,这时就需要考虑动态路由协议了。

    当我们启动动态路由协议,路由器之间就能够交互路由信息,自动的生成路由表项。而当网络拓扑发生变更时,动态路由协议能够感知这些变化并且自动地作出响应,从而使得网络中的路由信息适应新的拓扑。这些东西都能由路由器自主完成,无需管理员干预。

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    很多朋友问到,不同网段的两个电脑如何实现互访?这个通常在企业办公中会遇到,我们今天来看下。

    我们经常会遇到企业随着员工或部门的增多,增加了一个路由器,分了两个网段,A子网和B子网处于不同网段,当网络中存在多个路由器时,要求不同路由器下属的子网可以互相通讯,同时又可以通过宽带路由器上网,这如何实现?本期我们通过路由器的操作,来实现三种案例情况。

    案例情景1

    企业通过一台路由器R1上网,局域网LAN1,。因为业务需要,扩充了一台路由器R2,加入一个新的局域网段LAN2。

    要使能PC1和PC2相互通讯,可以做如下图中所说的设置。

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    要实现pc1和pc2相互通信如可做如下设置:

    1、pc1的的网关指向R1 LAN

    2、pc2的网关指向R2的LAN口

    3、R2的WAN口网关指向R1 LAN口

    4、在R1上指定一条静态路由,使目的ip为192.168.1.x网段的ip转发到R2。

    这里面R1静态路由配置单独说明下:一条静态路由一般由三部分组成,目的IP地址、子网掩码和下一跳(网关)地址,按照上图的分析,新建一条静态路由所包含的信息,应该有如下内容,发往目的地址192.168.1.0网段的IP包(子网掩码为255.255.255.0)的下一跳地址为192.168.0.100.具体配置位置,如果是在路由器中,以TP-Link的为例子,在路由器配置界面,有静态路由表配置:

    406b0908a06eb1c18e919545ae9d87c2.png

    在设置静态路由时,网关IP必须是与本路由器LAN口IP属于同一个网段。

    如果目的IP地址是一台主机的IP地址,则子网掩码必须为255.255.255.255

    如果是在服务器上,可以通过命令行来配置静态路由,包括添加、删除和修改。

    45f29f73112877918ad503fda747e26e.png

    可以看得出来,案例1其实与路由器的桥接原理很类似。

    案例情景2

    小区共享性宽带接入,A用户用一台宽带路由器构建了一个局域网,B用户也用一台宽带路由器构建局域网,A、B用户各自局域网之间的主机不能相互通讯。网络拓扑如下:

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    要想实现PC2和PC1之间的互相访问,看起来与情况1有些相似,需要在内网网关中添加两条静态路由。一般的小区网关肯定是不会随便让用户配置路由的,而且这样配置后,其他网段的电脑也可以访问PC1和PC2。

    两台路由器,不同网段互访设置方法:

    把两个路由器的WAN口设置到一个子网,如上图:

    路由器1 WAN口ip:10.1.1.3

    路由器2 WAN口ip:10.1.1.3

    两个路由器的LAN口可以随便设,只要不跟WAN口在一个子网即可。

    案例情景3

    上面我们案例1与案例2都是针对两个路由器的,那么对于有多个路由器,网络中有多级路由设备的环境,这种情况可以说是情景一和情景二的整合。

    类似的网络拓扑如下:三台路由器

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    要实现PC1、PC2和PC3之间的互访,那么就需要配置路由器1与路由器3需要配置静态路由了,那么该如何配呢?

    其实就是把上面案例1与案例2的情况整合了,就是案例3了。

    分析:(这里面路由器用R来表示)

    R1在R2与R3中间,R1本身连接pc2,那么要实现pc2与pc1、pc3互访,那么R1的目的地址就是pc1与pc3。

    而R1的下一跳就是R2与R3,R2的WAN口与R1的LAN口相连接,所以R1的LAN口地址与R2的WAN口地址在同一网段,R1的WAN口地址与R3的WAN口在同一网段。

    所以R1:

    目的地址为192.168.1.0,掩码255.255.255.0,下一跳(网关)为192.168.0.100

    目的地址为172.16.0.0,掩码255.255.0.0,下一跳(网关)为10.1.1.3

    所以R3:

    目的地址为192.168.0.0,掩码255.255.255.0,下一跳为10.1.1.2

    目的地址为192.168.1.0,掩码255.255.255.0,下一跳为10.1.1.2.

    如果上面不理解,可以换个角度来看:

    对于路由器R3来看,它只能看到R1,而看不到R2,所以R3来说,上面R1与R2两条路由,可以汇总会一条,就是

    目的地址为192.168.0.0,掩码为255.255.0.0,下一跳为10.1.1.2,这个网段包含了192.168.0.0~192.168.255.0所有的子网,也包括了R1与R2,这条静态路由会使所有目的IP在这个范围内的信息包,都转发给10.1.1.2路由器R1,这种,将多条子路由条目汇总成一条都包含在内的总路由条目,叫做路由汇总。

    网络中为什么要把子网掩码写精确

    在大型路由器上,路由表往往很长很大,采用路由汇总可以减少路由表的长度,提高路由器效率。

    当然路由汇总也不总是有效的,因为子网的划分是人为的,路由汇总中的其他网段可能存在其他局域网下,贸然汇可能会出错,所以我们在实际项目要把子网掩码计算得很精确,这也就是为什么弱电君之前一直不建议我们设置B类网址是直接把子网掩码写255.255.0.0。

    上述例子3中的路由汇总可以设置精更加精确,对于192.168.0.0和192.168.1.0,网络位相同的位数有前23位,要可以通过掩码来区分这两个网段的话,需要将掩码设置为255.255.254.0,而不建议设置成255.255.0.0,这条改进的汇总路由表应该写成这样:

    目的地址为192.168.0.0,子网掩码为255.255.254.0,下一跳为10.1.1.2,这条汇总路由,只会包含192.168.0.0和192.168.0.1两个子网,这才是一条精确路由。这样有助于网络以后的扩展和维护。

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  • 1- 引言 在路由器上写静态路由的下一跳是有3种写法的: 1)下一跳写出接口 2)下一跳写出接口的IP地址 3)下一跳既指定出接口,也告知出接口的IP地址 那么,1)和 2)有什么区别呢? 2- 实验探究 ...

空空如也

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下一跳路由器的ip地址