[计算机三级网络技术]第七章：路由器配置及使用
7.1 路由器的基本知识
一、路由器的基本概念
路由器是工作在网络层的设备，负责将数据分组从源端主机经最佳路径传送到目的端主机，实现在网络层的互联。路由器工作在TCP/P网络模型的网络层，对应于OSI网络参考模型的第三层，因此，路由器也常称为网络层互联设备。
路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发，转发策略称为路由选择(routing)，这也是路由器名称的由来(router，转发者)
二、路由器的结构
路由器有硬件和软件组成，路由器软件主要由路由器的操作系统(互联网操作系统组成)，用于控制和实现路由器的全部功能。
路由器硬件组成部分有:中央处理器(CPU)、内存(Memory)、存储器(Storage)、接口(Interface)
(1) 中央处理器
CPU是路由器的心脏，是路由器的处理中心，负责实现路由协议，路径选择计算，交换路由信息、查找路由表、分发路由表和维护各种表格，以及转发数据包等功能。CPU的能力直接影响路由器的路由表查找时间、吞吐量和路由器的性能。
(2)内存
路由器内存用于保存路由器配置、路由器操作系统、路由协议软件等。
主要的类型有:只读内存(ROM)、随机存储器(RAM)、非易失性随机存储器(NVRAM)和闪存(Flash)
只读内存(ROM)1)用来永久保存路由器的开机诊断程序、引导程序和操作系统软件。
ROM的主要任务是完成路由器的初始化进程，具体包括路由器启动时硬件诊断、装入路由器操作系统IOS等。
ROM是只读存储器，不能修改其中保存的内容。
② 随机存储器(RAM)
是可读可写存储器
在路由器操作系统运行期间，RAM主要存储路由表、快速交换缓存、ARP缓存、数据分组缓冲区和缓存队列、运行配置文件，以及正在执行的代码和一些临时数据信息等。
在关机和重启路由器之后，RAM里的数据会自动丢失。
③ 非易失性随机存储器(NVRAM)
也是一个可读可写存储器
主要用于存储启动配置文件(startup-config)或备份配置文件
NVRAM容量较小，通常存储量只有32KB~128KB，但是存取速度非常快，而且保存的数据不会丢失。
④ 闪存(Flash)
是可擦写的ROM，主要用于存储路由器当前使用的操作系统映像文件和一些微代码。
闪存的容量比较大，可以用来保存备份的配置文件，也不丢失保存数据。
7.2 路由器的工作原理
一、路由选择
路由选择就是路由器根据目的IP地址的网络地址部分，通过路由选择算法确定一条从源结点到目的结点的最佳路径。
二、分组转发
分组转发主要完成按照路由选择所指出的最佳路由将数据分组从源节点转发到目的结点。路由器在接收到一个数据分组时，首先查看数据分组头中的目的IP地址字段根据目的IP地址的网络地址部分去查询路由表。
注意:在数据分组通过每一个路由器转发时，分组中的目的MAC地址是变化的，但是它的目的网络地址始终不变。
三、路由表
第1列表示路由表项的来源，标识这个路由表项是通过什么方式或者通过何种路由选择协议建立的。
“C”表示直连路由(conected)，表示目的网络直接与路由器端口相连;
"S”表示为静态(static)路由;s*是缺省路由，0.0.0.0/0
“I"表示使用IGRP内部网关路由协议学习到的路由信息，
"O"表示使用OSPF开放最短路径优先协议学习到的路由信息，
第2列表示的是目的网络的地址和掩码长度，
第3列表示目的端口或者下一跳路由器的地址;
路由表中记录着所有路由信息，路由表的内容主要包括目的网络地址及其所对应的目的端口或下一跳路由器地址或缺省路由的信息。
Cateway of last resirt is not set
10.0.0.0/8 is variably subnetted,2 subnets,2 masks
C 10.1.1.0/24 is directly connected,GigabitEthernet0/1
L 10.1.1.1/32 is directly connected,GigabitEthernet0/1
192.168.1.0/24 is variably subnetted,2 subnets,2 masks
C 192.168.1.0/24 is directly connected,GigabitEthernet0/0
L 192.168.1.1/32 is directly connected,GigabitEthernet0/0
S 202.33.3.0/24 [1/0] via 10.1.1.2
三层交换机:
C 2 02.112.38.16 is directly connected,Pos3/0
O E1 202.112.38.72 [110/21] via 202.112.62.242,2w6d,vlan62
S 202.112.236.0/24 [1/0] via 202.112.41.8
O E2 202.205.255.0/24 [110/20]via 202.112.62.242,7w0d,vlan255
162.105.0.0/16 is variably subnetted,209 subnets,4 masks
O 162.105.139.64/26 [110/3] via 162.105.250.118,10:35:25,van250
B 168.160.0.0/16 [200/70] via 202.112.63.254,1w0d
B 210.74.144.0/24 [200/70] via 202.112.63.254,1w0d
S * 0.0.0.0/0 [1/0] via 202.112.38.17
“[]”中的前半部分为管理距离，后半部分为权值；
判断路由表正确标准
1、路由器后跟端口名:三层交换机后跟虚拟局域网号；
2、via+具体IP;
3、管理距离值对应是否正确。
四、路由器的工作模式
1、用户模式:Router>(User EXEC)
在该模式下，用户只能运行少数的命令(如ping、show version、telnet等)有限度地査看路由器的相关信息，但不能对路由器的配置做任何修改，也不能查看路由器的配置信息，只能对路由器做一些简单的操作，因而它是一个只读模式。
2、特权模式:Router#(Privileged EXEC)
在用户模式下，输入“enable”命令后按回车键，即可进入超级权限模式(如果设置了口令，还需要在回车后按提升输入口令)。该式下，最常用的操作包括管理系统时钟、进行错误检测、查看和保存配置文件、清除闪存、处理并完成路由器的冷启动等操作。
3、全局配置模式:
Router(config)#(Global Configuration)
在特权模式下，输入“config terminal”命令后回车，即可以进入全局配置模式。全局配置模式用于配置路由器的全局性参数(主机名口令，TFTP服务器，静态路由，访问控制列表等)
4、其他配置模式
包括接口配置模式、虚拟终端配置模式、路由协议配置模式
接口配置模式:Router(config)#interface f0/1
Router(config-if)#
虚拟终端配置模式:Router(config)#line vty0 15
Router(config-line)#
路由协议配置模式:Router(config)#router ospf
Router(config-router)#
5、RXBOOT模式:
当密码丢失时，可以从该模式下恢复，因此该模式是路由器的维护模
6、设置(SETUP)模式
在任何时候，要进入设置模式，在特权模式下，输入setup
即可新路由器第一次进行配置时，系统会自动进入设置模式，并询问是否采用该方式进行配置。
7.3 路由器的基本配置与常用指令
一、路由器的配置方式
通过控制端口(Console)进行配置管理、
使用telnet远程登陆配置，即使用telnet远程登陆到路由器上进行配置管理。
使用TFTP服务，以复制配置文件、修改配置文件的形式配置路由器。
在AUX端口连接一台Modem，在远端拨号配置路由器。
使用网络管理协议SNMP修改路由器配置文件的方式，对路由器进行配置。
(2)配置超级用户口令
Router-xb# configure terminal
Router-xb(config)#enable secret xueba(设置超级用户明码密码)
Router-xb(config)#enable password 7 xueba123(设置超级用户加密码)
Router-xb(config)#
(3)设置系统时钟
命令格式:calendar set hh:mm:ss <1-31> MONTH <1993-2035>
Router-xb# calendar set 20:26:00 3 march 2023
二、路由器常用命令
(1)退出命令
无论是从端口模式退出，返回全局配置模式，还是从全局配置模式退出返回特权用户模式，都可以
使用exi命令一级一级地退出，也可以使用end命令，直接退回到特权用户模式;
Router-xb(config-if) # exitRouter-xb(config)#exit
Router-xb #
Router-xb(config-if)#end
Router-xb #
(2)保存配置
当完成路由器配置，需要保存配置时，可以在特权用户模式下，使用writer命令
Router-xb>en(进入特权用户模式)
Router-xb# write memory(保存路由器配置到NVRAM中)
Router-xb# write network tftp(保存到TFTP服务器中)
若要删除路由器的全部配置，也可以在特权用户模式下，使用write命令。
Router-xb#wirte erase(清除配置文件)
3)网络的基本检测命令
ping命令使用echo协议，通过向目标主机发送数据包，根据目标主机的应答情况来了解路径的可靠性、链路的延迟时间和目的主机是否可以到达，从而判别到目标网络的连通情况。
trace命令是一个实用的网络诊断工具，它不仅能诊断到目的网络的连通性，还能跟踪到目标网络转发路径上每一级路由器的工作状况、延迟时间(最多30跳，超过则视为不可达)等。
tenet命令在进行网络诊断时，需要经常录到不同路由器上进行査看。一般路由器可支持5个telnet同时连接。该命令可在用户模式或特权用户模式下使用。
(4)show命令
可以查看到路由器的配置情况、接口的工作状态、路由表信息、路由器软硬件版本路由器资源的利用情况和各种协议工作信息等。
该命令可以在用户模式下或特权用户模式下运行，但不同模式下可以查看的信息不公
在用户模式下可以查看路由器系统的软硬件版本、系统时钟、flash的使用情况等,
在特权用户模式下，则能够查看路由器配置、路由表信息、IP的相关信息以及IP协议的统计信息等;
5)查看flash存储器信息及存储器中的文件
Router-xb>show flash
System flash directory:
File Length Name/status
33591768 c2900-universalk9-mz.SPA.151-4.M4.bin
28282 sigdef-category.xml
227537 sigdef-default.xml
[33847587 bytes used,221896413 available,255744000 total]
249856K bytes of processor borad System flash(Read/Write)
Router-xb>
(6)查看系统时钟。
Router-xb>show clock
*2:25:43.514 UTC Mon Mar1 1993
Router-xb>
(7)查看路由器配置文件
Router-xb # show configuration
Using 6079 out of 32762 bytes
Version 15.1
(-----------------------------------省略多余配置信息)
Router-xb
(8)查看路由表
Router-xb # show in route
Gateway of last resort is not set
C 192.168.1.0/24 is directly connected,FastEtherent0/0
Router-xb #
(9)查看IP路由协议信息:
Router-xb # show ip protocols
Routing Protocol is “rip“
Sending updates every 30 seconds,next due in 12 seconds Invalid after 180 seconds.hold down180,flushed after 240 0utgoing update filter list for all interfaces is not set incoming update filter list forall interfaces is not set Redistributing:rip
Default version control:send version 2,receive 2
interface Send Recv Triggered RlP Key-chain
7.4 路由器的接口配置
一、路由器接口的基本配置
(1) 配置接口描述信息
进入端口配置模式，使用description命令
Router-xb(config)# interface f0/1
Router-xb(config-if)#description To-websever
Router-xb(config-if)#
(2) 配置接口带宽
进入接口配置模式，使用bandwidth命令设置接口带宽，带宽单位是kbit/s
Router-xb(config)# interface f0/1
Router-xb(config-if)# bandwidth 2500000
Router-xb(config-if)#
(3)配置接口地址
进入接口配置模式，使用ip address命令配置接口的IP地址。
命令格式:ip address <lp地址><子网掩码>
Router-xb(config)#interface f0/1
Router-xb(config-if)# ip address 192.168.1.254 255.255.255.0
Router-xb(config-if)#
(4)接口的开启与关闭
进入接口配置模式，使用shutdown、no shutdown命令关闭和开启接口。
Router-xb(config-if)# shutdown(关闭接口)
Router-xb(config-if)# no shutdown(打开接口)
Router-xb(config-if)#
二、局域网接口配置
可配置的局域网技术接口有以太网、FDDI、ATM和Token Ring等。目前以太网应用范围最为广泛。
(1)配置标准以太网接口(接口类型为Ethernet，i可简写为e)
Router-xb(config)# interface Ethernet0
Router-xb(config-if)# description To-websever
Router-xb(config-if)# ip address 192.168.1.154 255.255.255.0
Router-xb(config-if)# bandwidth 100000
Router-xb(config-if)# no shutdown
Router-xb(config-if)#
(2)配置快速以太网(f)或千兆以太网(g)接口
Router-xb(config)# interface f2/1
Router-xb(config-if)# description To-websever
Router-xb(config-if)# ip address 192.168.1.254 255.255.255.0
Router-xb(config-if)# bandwidth 100000
Router-xb(config-if)# duplex full
Router-xb(config-if)# no ip directed-broadcast
Router-xb(config-if)# np ip proxy-arp
Router-xb(config-if)# no shutdown
三、广域网接口配置
(1)配置异步串行接口
异步串行接口的接口类型为Async，可以简写成a，Async接口主要用于Modem设备连接，为用户提供拨号上网服务。
PPP协议:主要用于在全双工的异步链路上进行点到点的数据传输，也支持同步串行。
HDLC协议:其在同步串行数据链路上封装数据，最常用于点到点链接。
接口配置如下：
Router-xb(config)# interface a1
Router-xb(config-if)# ip unnumbered ethernet0
Router-xb(config-if)# encapsulation ppp(不能封装成hdlc)
Router-xb(config-if)# async default ip address 202.112.7.129(async default ipaddress+端口IP)
Router-xb(config-if)# async dynamic routing
Router-xb(config-if)# async mode interactive
Router-xb(config-if)# no shutdown
(2)配置同步串行接口
接口类型为s(Serial):主要用户DDN专线、帧中继、卫星、微波等广域网连接，带宽
2048kbps.
Router-xh(config)# interface s1
Router-xh(config-if)# description To-shenzhen
Router-xh(config-if)#bandwidth 2048(带宽为2M，此处用1024作为进率)
Router-xh(config-if)#ip address 202.112.7,129 255.255.255.252(ip address+端口IP+子网掩码)
Router-xh(config-if)#encapsulation hdlc(可支持ppp/hdlc)
Router-xh(config-if)# no ip directed-broadcastRouter-xh(config-if)#no ip proxy-arp
Router-xh(config-if)#no shutdown
(3)配置POS接口
① POS(Packet over SONET/SDH)是一种利用SONET/SDH提供的高速传输通道直接传送IP数据包的技术，同时它也是一种高速、先进的广域网连接技术。
② POS使用的链路层协议主要有PPP和HDLC。目前POS可以提供155Mbit/s、622Mbit/s、2.5 Gbit/s和10 Gbit/s等多种传输速率的接口,
POS接口的配置任务包括:接口带宽、接口地址、接口的链路层协议】接口的格式接口的CRC校验和flag(帧头中净负荷类型的标志位)
POS接口的配置任务包括:接口带宽、接口地址、接口的链路层协议】接口的帧格式接口的CRC校验和flag(帧头中净负荷类型的标志位)
1、POS可选的帧格式和对应标志位如下:
2、POS可选的crc校验位是16和32(默认);
在全局配置模式下，配置操作如下
Router-xb(config)#interface POS0/1
Router-xb(config-if)#description To-lab5
Router-xb(config-if)#bandwidth 10000000
Router-xb(config-if)#ip address 192.168.5.1 255.255.255.252
Router-xb(config-if)#crc 16
Router-xb(config-if)#pos framing sonet
Router-xb(config-if)#np ip directed-broadcast
Router-xb(config-if)#pos flag s1s0 0
Router-xb(config-if)#no shutdown
四、 Loopback接口的配置
环回(loopback)接口是一种应用最为广泛的虚接口，loopback接口号有效值位0~2147483647，主要用于网络管理。
网络管理员为loopback接口分配一个IP地址作为管理地址，其掩码应为255.255.255.255。
Loopback接口不会关闭，总是处于激活状态。Loopback接口的参数配置比较简单，主要配置IP地址。
在全局配置模式下
Router-xb(config)#interface loopback 0
Router-xb(config-if)#ip address 192.168.100.1 255.255.255.255(配置接口IP地址和掩码，注意环回接口地址的掩码一般为4个255)
Router-xb(config-if)#no ip route-cache(禁用route-cache功能）
Router-xb(config-if)#no ip mroute-cache
Router-xb(config-if)#exit
Router-xb(config)#exit
Router#
7.5 路由器的静态路由配置
一、静态路由概念
静态路由是指由网络管理员手工配置的路由信息，使用静态路由协议时路由器不能根据网络的实际情况动态地进行路由选择。当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，也无法动态地更新路由表，必须由网络管理员手动去修改路由表中相关的静态路由信息。因此它适合规模较小，网络拓扑结构没有变化的局域网和采用点到点方式连接的较为简单的网络互连环境。
二、静态路由配置命令
静态路由使用“ip route”命令在全局配置模式下配置，使用“no ip route”命令可删除静态路由配置。静态路由配置的命令格式如下
命令格式:ip route <目的网络地址><子网掩码><下一跳路由器的IP地址>
Router-xb(config)#ip route 10.0.0.0 255.0.0.0 192.168.2.123
其中，默认路由的静态配置方式为:
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳路由器的IP地址
7.6 动态路由协议配置
一、RIP的基本配置
RIP动态路由协议的配置注意包括:在路由器上启动RIP协议，:开始RIP进程,设置参与(passive-interface)等。
IP路由的网络地址，配置被动接口
基本配置如下:
Router(config)#router rip
Router(config-router)#network 159.105.0.0
Router(config-router)#network 212.201.6.0
RIP的高级配置:配置被动接口
Router(config)#router rip
Router(config-router)#passive-interface Ethernet0
二、OSPF的基本配置
① Router ospf:该命令用来启动OSPF进程，命令格式为“Router ospf <Process lD>”
其中Process ID(PID)是OSPF的进程号，它的范围是1~65535
② network:该命令用来定参与定义OSPF的子网地址。
命令格式:network<网络地址><子网掩码反码>area<区域号>
Router-xb(config)#router ospf 10
Router-xb(config-router)#network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
Router-xb(config-router)#exit在单个IP地址参与OSPF时，反掩码0.0.0.0
Router-xb(config)#router ospf 10
Router-xb(config-router)#network 192.168.1.0 0.0.0.0 area 0
Router-xb(config-router)#exit
③ range:该命令用于定义某一特定范围子网地址,
命令格式:area<区域号>range<子网地址><子网掩码>
Router-xb(config)# router ospf 10
Router-xb(config-router)#area 0 range 212.37.123.0 255.255.255.0
Router-xb(config-router)#exit
7.7 路由器DHCP的配置
设置为DHCP服务器，在路由器上需要完成的配置任务主要是建立IP地址池(Pool)和配置IP地址池的相关参数。首先需要配置的是IP地址池的名称，再进入DHCP地址池配置模式，在该模式下对DHCP进行配置，主要任务包括：IP地址池的子网地址和子网掩码、默认网关、域名和域名服务器IP地址、IP地址租用时间等配置。
(1)IP地址池的建立。
配置方法为在全局配置模式下使用“ip dhcp pool <name>”命令为地址池赋予一个名称，其中<name>是为所建的地址池提供的名称，可以是一组字符串或数字。
Router-xb(config)#ip dhcp pool 123(建立名为123的地址池)
Router-xb(dhcp-config)#
(2)配置IP地址池的子网地址与子网掩码
IP地址池建立后，便进入地址池配置模式，在该模式下可进行IP子网地址和子网掩码的配置，用于设定DHCP服务器可以分配的IP地址的范围。
配置的方法是在IP地址池配置模式下，执行“network<网络地址><子网掩码>"命令，其中<子网掩码>可采用标准的子网掩码表示(如255.255.255.0)或使用掩码前缀长度表示(如124)。
Router-xb(dhcp-config)# network 192.168.1.0 255.255.255.0
Router-xb(dhcp-config)#
上述命令也可以表示如下：
Router-xb(dhcp-config)#network 192.168.1.0 /24
Router-xb(dhcp-config)#
(3)排除不用于动态分配的IP地址
配置方法为在全局配置模式下，
使用“ip dhcp excluded-address low-address [high-address]"命令，其中“low-address [high-address]”表示要排除的IP地址的范围。
①排除单个IP地址192.168.1.11。
Router-xb(config)# ip dhcp excluded-address 192.168.1.11
Router-xb(config)#
②排除从192.168.1.1到192.168.1.10的一段IP地址。
Router-xb(config)# ip dhcp excluded-address 192.168.1.1 192.168.1.10
Router-xb(config)#
(4)配置默认网关
动态分配IP地址时，还需要同时为客户端指定默认网关，以便客户端TCP/IP协议正常工作。配置方法为在地址池配置模式下，
执行“default-router address [address2,,address8]”命令
其中默认网关的地址，最多可以设置8个。
Router-xb(dhcp-config)#default-router 192.168.1.254
Router-xb(dhcp-config)#
(5)配置IP地址池的域名系统。
域名服务器的配置方法为在地址池配置模式下使用“dns-server address"命令，该命令允许最多配置8个域名服务器地址，但是在实际应用中，域名服务器一般只有两个或三个
① 配置DNS.
Router-xb(dhcp-config)#dns-server address 202.102.192.68(在地址池配置模式下)
Router-xb(dhcp-config)#
IP地址池中客户端域名的配置方法为在DHCP地址池配置模式下，使用“domin-name<name>”命令，其中<name>为指定的域名名称。
② 配置DHCP客户端域名。
Router-xb(dhcp-config)#domin-name xueba.com
Routerxb(dhcp-config)#
(6)IP地址租用时间
在DHCP地址池配置模式下，使用lease {day [hours][minutes]| infinite}命令
其中参数可以包含天数、小时数以及分秒数，还可以设置为永不过期(infinite)
Router-xb(dhcp-config)#lease03(设置租用时间为3小时)
Router-xb(dhcp-config)#lease infinite
Router-xb(dhcp-config)#
7.8 访问控制列表的功能及其配置
一、IP访问控制列表功能
访问控制列表(Access Control List，ACL)通过在路由器接口处控制路由数据包是被转发还是被阻塞来过滤网络通信流量。路由器根据ACL中指定的条件来检测通过路由器的每个数据包，从而决定是转发还是丢弃该数据包。
二、IP访问控制列表的分类
标准访问控制列表，只能检查数据包的源地址，根据源网络、子网或者主机的IP地址来决定数据包的过滤。
标准访问控制列表的表号是1-99。后来又进行了扩展，扩展的表号是1300-1999.
扩展访问控制列表，可以检查数据包的源地址和目的地址，根据源网络或者目的网络、子网、主机的IP地址决定数据包的过滤操作。
扩展访问控制列表除了检查源地址和目的地址外，还可以检查指定的协议，根据数据包头中的协议类型进行过滤，比如IP协议，ICMP协议、TCP协议和UDP协议等:
扩展访问控制列表的表号是100-199，扩展的表号是2000-2699。
三、配置IP访问控制列表
IP访问控制列表是一个连续的列表，至少由一个“permit(允许)”语句和-个或多个“deny(拒绝)”语句组成。
IP访问控制列表用名字(name)或表号(number)标识和引用；
在配置IP访问控制列表的首要任务就是使用“access-list”或“ip access-lint”命令，定义一个访问控制列表，
access-list命令要求只能使用表号标识列表，而ip access-list命令可以使用表号或者名字标识列表;
在配置过滤规则时，ACL语句顺序很重要;
路由器执行ACL是按照配置的访问控制列表中条件语句来决定的;
数据包只有在跟第一个判断条件不匹配时，才能被交给ACL中下一个条件语句进行比较;
若要允许“202.204.4.2”以外的所有源地址通过路由器，这时就需要先配置“deny 202.204.4.2”在
配置“permit any any"
在通配符掩码位中，0表示“检查数据包的IP地址相对应的比特位”，1表示“不检查(忽略)数据包中的IP地址相对应的比特位”
通配符“any”:代替0.0.0.0 255.255.255.255，代表所有主机。
通配符host:与整个IP主机地址的所有位相匹配，可以使用缩写字“host'
例如:Router(config)# access-list 1 deny 172.33.160.29 0.0.0.0
等于:Router(config)# access-list 1 deny host 172.33.160.29
(1)使用access-list命令
①配置ACL
access-list用表号区分，标准(1-99)ACL仅针对源进行控制，扩展(100-199)ACL针
对源、目标、某种协议、端口号进行控制。
标准:access-list 表号{permit |deny}源地址+源反码
扩展:access-list 表号{permit | deny}协议+源地址+源反码+目的地址+目的反码+操作+端口号。其中，operator(操作)有lt(小于)、gt(大于)、eq(等于)、neg(不等于)几种;operand指的是端口号