图解路由器：这玩意儿能连接全世界的网络？
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2023-08-31 08:22
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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。
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。
路由选择在网络层完成，过程如下：
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。
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、中端路由器和低端路由器，以及价格便宜的家用路由器，共 4 种类型。
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。
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。
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或在线插拔。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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。
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 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。
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。
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。
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 个部分，使用十进制表示。IPv4 共 32 位二进制，每部分长度是 8 位，取值范围是 0~255 ，举个栗子：192.168.0.1 。
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 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 位是网络位，后面 16 位是主机位。C 类地址范围是 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 ，前面 24 位是网络位，后面 8 位是主机位。
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 位、16 位或 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 ，主机位全是 0 。举个栗子：网络位长度为 24 为，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。
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 或主机为全是 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。
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。
15、什么是 ARP ？
ARP 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 。
16、什么是 DHCP ？
DHCP 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。
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 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。
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。
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。
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。
21、什么是静态路由？
手动在路由器上设置的路由表项就叫做静态路由。
22、什么是动态路由？
当网络规模越来越大，路由器的数量越来越多时，通过手动配置路由表项是不可能的，这就要使用动态路由协议，在路由器之间交换信息自动生成路由表项。
如果网络使用动态路由，需要消耗一定的时间从其它路由器获取路由信息，路由表在这个过程中会逐渐增大，最终所有的路由器都获取到完整的路由表，这个过程叫做收敛。路由表从初始状态到收敛完成花费的时间叫做收敛时间，收敛时间越短，网络越稳定。通常，路由器数量越多，收敛时间越长，同时收敛时间还跟路由算法有关。算法不同，收敛时间的长短也不同。
使用动态路由时，有三种情况会发送路由器之间的路由信息交互：
首次运行动态路由协议时
网络中添加新的路由器或新的链路时
网络中路由器离线或链路端口导致网络故障时
23、动态路由有哪些类型？
随着 IP 网络的发展，网络规模已经很大了，无论哪种路由协议都不能完成全网的路由计算，因此网络分成了很多个自治系统（ AS ）。在自治系统内部运行的 IGP 和在 AS 之间运行的 EPG 两类。
其中，EGP 广泛使用的是 BGP 。
IGP 最常用的是 RIP 和 OSPF 。
根据不同的最优路径算法，IGP 可分为距离矢量型、链路状态型和混合型。
24、什么是 RIP ？
RIP 是使用到达目的网络需要经过的跳数作为度量值，也就是需要经过多少个路由器。通常 RIP 每 30 秒更新一次路由信息。当网络规模太大时，会出现路径无法收敛的情况，定义了 16 跳的限制距离。当路由器收到度量值 16跳以上的信息，则认为网络不可达。
RIP 除了 RIPv1 外，还有升级的 RIPv2 和 IPv6 使用的 RIPng 。
RIPv1 使用广播交换路由信息，是有类路由协议。RIPv2使用组播交换路由信息，是无类路由协议，还有路由信息的认证功能。
RIPng 使用组播交换路由信息，由于 IPv6 协议自带认证和加密功能，因此 RIPng 不需要携带认证功能。
由于距离矢量型路由协议依靠相邻路由器的信息进行路由选择，无法了解整个网络结构。为了防止环路，需要使用水平分隔技术或毒性逆转方法进行放环。
25、什么是 OSPF？
OSPF 是用于大规模网络的 IGP ，是运营商和企业首选的动态路由协议。还有使用组播的 MOSPF 和对应 IPv6 的 OSPFv3 作为 OSPF 扩展的动态路由协议。
OSPF 会把网络分隔成多个区域，形成一级级联骨干区域 0 的结构。以区域为单位进行管理，能够将网络变化限制在区域内，缩短收敛时间。只有区域 0 网络叫做单一区域 OSPF ，由多个区域构成的网络叫做多区域 OSPF 。
26、什么是 BGP ？
BGP 是 AS 直接进行路由选择的 EGP 。由于 BGP 需要获取大量的、可靠的网络信息，因此采用 TCP 协议的 179 端口进行数据传输。
AS 之间通过 AS 编号区分，编号范围是 1 ~ 65535 。其中 64512 ~ 65535 是私有 AS 编号，和私有 IP 地址一样，可以在私有网络中使用。
BGP 的路由信息和 IGP 的路由信息不在一起管理，运行 BGP 的路由器会同时有 IGP 和 EGP 两张路由表。
27、什么是 IS-IS ？
IS-IS 也是用于大型网络的 IGP ，属于链路状态型的路由协议，也可以用在 AS 之间。
IS-IS 是经过 ISO 标准化的路由协议。IS 是指转发包的系统，也就是路由器。与 IS 对应的是 ES ，指无法进行路由选择的主机。
28、什么是路由重分发？
当网络中运行多个路由协议时，各个路由协议的路由信息互相独立。但是在路由器上配置路由重分发，就可以在多个路由协议之间共享路由信息。比如：将通过 BGP 获取的外部 AS 路由信息加入到 OSPF 中，也能够将静态路由向其它路由协议分发路由信息。
29、什么是管理距离？
管理距离是用来表示路由信息的可信度，数值越小可信度越高。获取路由信息，通常有三种来源，一种是与路由器直连的网络，一种是配置的静态路由，还有一种是根据各种动态路由协议获取的路由。如果有多条相同的路由，会选择管理距离值最小的路由。
30、什么是 IP 隧道？
通信协议被其它的通信协议封装后，进行转发的技术叫做隧道技术。在网络中的两台路由器配置隧道后，就可以在路由器之间建立一条虚拟的通信链路。
举个栗子：路由器 A 收到的原始数据包通过隧道协议封装后，转发到目的路由器 B 。路由器 B 进行解封装，还原原始数据包，并以原始数据包转发给实际的目的地。
31、什么是路由器冗余？
路由器冗余是即使有一部分路由器发生故障，也能够通过线路的切换来进行正常工作，达到网络不间断的效果。路由器通常用来接入互联网或者作为核心数据通信枢纽，一旦发生故障，会造成巨大的影响。但故障是无法完全杜绝的，这种情况下还要向用户提供不间断的业务，就需要将路由器冗余。
冷备份：平时不使用的备份设备，当运行的设备发生故障时，使用备份设备进行替换。这种方式使用简单，但是需要一定的时间进行设备的替换和启动，这个过程会中断用户的网络。
热备份：主设备和备用设备同时运行，当主设备故障时，自动切换到备用设备。这种方式无需人工干预，系统自动切换，最快的切换速度在毫秒级。
替换：在冗余结构中，停止主设备运行，使用备用设备进行工作的过程叫做替换。
回退：替换后恢复到原来的运行状态，也就是运行的设备从备用设备切换到主设备的过程叫做回退。
32、路由器冗余有哪些种类？
在使用主备方式时，会用到 VRRP 这种冗余协议，还有思科私有的 HSRP 冗余协议。
双活方式会使用到负载均衡技术，适用于两组主备结构，还可以运用到等价多路径路由或 DNS 轮询等技术。
由 1 台活跃设备和 1 台备用设备组成的冗余结构叫做 1+1 冗余结构，是最常见的热备方式，通常用于企业网的数据中心以及互联网网关中。
集群是由 N 台活跃设备和 1 台备用设备组成的 N+1 冗余结构。在运营商需要处理大流量转发的情况下，路由器大部分采用 N+1 集群的冗余模式。
由 N 台活跃设备和 N 台备用设备组成的冗余结构叫做 2N 冗余结构。
33、什么是认证？
认证是指用户接入网络时，要求用户输入认证信息（用户名和密码）、验证认证信息是否正确、确认正确后允许用户接入网络的过程。认证信息不正确时，网络会拒绝用户的接入请求。常用的认证技术有 RADIUS 和 TACACS+ 。
34、什么是 QoS ？
QoS 提供保证通信质量的功能，主要分为带宽控制和优先级控制。使用优先级对流量进行分类的过程叫做类别，根据流量的每一个类别进行带宽控制或优先级控制的过程叫做 CoS 。
35、什么是用户界面？
路由器提供的方便管理路由器的用户界面（ UI ）。通过 UI 配置路由器、获取路由器信息、查看路由器的状态和流量统计信息等。
路由器的 UI 分为 Web 和 CLI 两类。
Web 通过 PC 的 Web 浏览器进行访问，可以提供可视化的配置和管理，又叫做 GUI 。路由器内置了 Web 服务器，通过 PC 的 HTTP 和 HTTPS 协议访问。
CLI 是通过终端软件访问路由器。PC 连接路由器有两种方式，一种是 PC 使用线缆直接连接路由器的管理接口，另一种是通过网络使用 Telnet 或 SSH 进行连接。
路由器可以限制访问 UI 的功能，让指定 IP 地址的终端才能连接。连接成功，还需要提供用户名和密码才能登录。路由器还可以指定账号的权限功能，包括 root 权限、读取权限、配置功能权限等。
从网络安全的角度来讲，能够访问路由器的 UI ，意味着可以查看和修改路由器的配置，禁止非管理人员的访问权限很重要。
为了防止信息等被窃听，建议使用 Web 中的 HTTPS 或 CLI 的 SSH 等支持加密的协议进行访问。
36、日志有什么作用？
如果路由器修改配置或发生异常，路由器的日志就会记录下来，并且根据事件的重要性进行分类。
路由器没有太多保存日志的空间，通常是将日志上传到 Syslog 服务器保存。
37、告警有哪些类型？
路由器为了预防各种故障，配置了告警功能。常见的告警类型有：温度告警、风扇告警和电源告警等。
38、路由器有哪些常用命令？
39、什么是初始化？
新买的路由器在第一次配置前会保持出厂时的初始状态。
低端路由器或家用路由器的初始默认配置会包含一部分信息：用户名和密码、网络接口的私有 IP 地址、DHCP 服务功能等，只要使用 PC 直连就可以远程访问 UI ，完成后续配置。
大部分的企业路由器是没有任何配置的初始配置状态，需要配置网络接口的 IP 地址、子网掩码、默认网关、用户名和密码，保持以后就能够远程访问 Web 或 CLI 界面。
已经配置过且保存配置后，如果要重新进行配置，只需要输入初始化命令就可以让设备回到出厂时的默认配置状态。
40、CLI 的模式有什么类型？
不同厂家设备的 CLI 都有不同的模式，有的模式只能只用特定命令用于管理，有的模式专门用于配置工作等。每个模式都需要密码认证，非指定用户无法看到显示信息或更改配置。
Cisco ISO 路由器使用的模式如下：
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