【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](#5.1 高端路由器)
  - [5.2 中端路由器](#5.2 中端路由器)
  - [5.3 低端路由器](#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？](#9、什么是 IP 地址？)
- 10、地址如何分类？
- [11、什么是 CIDR ？](#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 ？](#15、什么是 ARP ？)
- [16、什么是 DHCP ？](#16、什么是 DHCP ？)
- [17、什么是 PPPoE ？](#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。

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，由目的地址和下一跳组成
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：

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 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。

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 或 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。

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。

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：

（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。

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。

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` ~ `10.255.255.255`（`10.0.0.0/8`）
B 类地址	`172.16.0.0` ~ `172.31.255.255`（`172.16.0.0/12`）
C 类地址	`192.168.0.0` ~ `192.168.255.255`（`192.168.0.0/16`）

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。

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。

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。

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。

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。

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。