路由器配置新手上路----橋接與路由

2019-11-05 00:41:06

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供稿：網(wǎng)友

　　計(jì)算機(jī)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送信息時(shí)，會(huì)將信息分割成一些小的片斷，稱(chēng)為“數(shù)據(jù)包”或者“數(shù)據(jù)封”(Datagram)，這些包都包含了目標(biāo)地址。所以在它們進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，能到達(dá)正確的目標(biāo)計(jì)算機(jī)。若目標(biāo)計(jì)算機(jī)位于另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就必須通過(guò)一個(gè)路由器，將其轉(zhuǎn)發(fā)(路由選擇)至正確的網(wǎng)絡(luò)。那么路由器是如何做的呢?它會(huì)檢查數(shù)據(jù)包中包含的地址，判定應(yīng)將這些包些向哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
　　　　要了解路由器的工作原理，我們先得了解一些橋接與路由的基礎(chǔ)知識(shí)。
　　　

　　圖1
　　　　上圖展示的是一張路由器工作流程圖，通過(guò)它可了解一個(gè)路由器在進(jìn)行路由選擇或橋接時(shí)，它的一部分工作原理。我們將稍微深入地探討這些步驟，但要注重的是，我們的討論仍然非常簡(jiǎn)略，并末考慮到所有的可能性。
　　
　　　　路由器預(yù)備處理一條消息之前，必須通過(guò)它的某個(gè)接口，以幀的形式，接收到這條消息(1號(hào)框)。假如是由LAN接口接收到幀，路由器就會(huì)檢查幀的目標(biāo)MAC地址，判定這個(gè)幀是否發(fā)給本網(wǎng)的某個(gè)主機(jī)(2號(hào)框)。假如幀確實(shí)應(yīng)該進(jìn)入本網(wǎng)，同時(shí)其中封裝數(shù)據(jù)的協(xié)議已在路由器上配置好了，路由器就會(huì)嘗試對(duì)其進(jìn)行路由選擇(3號(hào)框)。假如這個(gè)幀不該由本網(wǎng)接收，同時(shí)已在路由器上配置好了橋接功能(4號(hào)框)，而且路由器上尚未配置好封裝數(shù)據(jù)采用的協(xié)議(6號(hào)框)，路由器就會(huì)試著對(duì)其進(jìn)行橋接處理。如某個(gè)主機(jī)正在運(yùn)行路由的協(xié)議，并希望從另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)主機(jī)得到一條消息，主機(jī)通常會(huì)將幀發(fā)給路由器，今其路由出去。反之，假若主機(jī)正在運(yùn)行的是一種橋接過(guò)的協(xié)議，那么主機(jī)就不會(huì)注重到一個(gè)網(wǎng)橋的存在。所以，主機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)將一個(gè)幀直接發(fā)給網(wǎng)橋。
　　　　所謂“橋接”，是指依據(jù)網(wǎng)絡(luò)消息的第2層頭內(nèi)的一個(gè)地址對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程。網(wǎng)間網(wǎng)操作系統(tǒng)支持多種類(lèi)型的橋接方式：
　　--透明橋接。
　　--封裝橋接。
　　--源路由橋接。
　　--源路由透明橋接。
　　--源路由轉(zhuǎn)換橋接。
　　為了理解橋接的過(guò)程，首先讓我們簡(jiǎn)要討論一下透明橋接。之所以認(rèn)為這種橋接是“透明”的，是由于主機(jī)同一個(gè)路由器的接口LAN連接之后，在那些主機(jī)的眼中，是“瞧不見(jiàn)”那個(gè)路由器的。注重在上圖的4號(hào)框中，只有在路由器收到一個(gè)并非發(fā)給自己(本網(wǎng))的幀時(shí)，才會(huì)考慮橋接選項(xiàng)。假如路由器收到一個(gè)并非發(fā)結(jié)自己的幀，而且自己沒(méi)有配置橋接功能，就簡(jiǎn)單地將那個(gè)幀“扔掉”(上圖7號(hào)框)。進(jìn)行透明橋接的路由器(網(wǎng)橋)具有下述功能：
　　--調(diào)查主機(jī)位置。
　　--根據(jù)第2層地址，對(duì)幀進(jìn)行擴(kuò)散、轉(zhuǎn)發(fā)以及過(guò)濾處理。
　　　　網(wǎng)橋會(huì)處理所有接口上的所有幀，并實(shí)時(shí)調(diào)查每個(gè)主機(jī)的位置。若網(wǎng)橋在某個(gè)接口上收到一個(gè)幀，就會(huì)在其橋接表內(nèi)置入一個(gè)條目(人口)，顯示出始發(fā)主機(jī)和接收到幀的那個(gè)接口的MAC地址。利用這種技術(shù)，網(wǎng)橋就能完善自己的橋按表，以便正確決定路由。網(wǎng)橋不斷把握每個(gè)主機(jī)的位置時(shí)，它會(huì)執(zhí)行三個(gè)F，即Flooding(擴(kuò)散)、Forwarding(轉(zhuǎn)發(fā))及Filtering(過(guò)濾)。
　　　　網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，若發(fā)現(xiàn)其中的MAC地址不在自己的橋接表里，就會(huì)將這個(gè)幀擴(kuò)散到每個(gè)接口(當(dāng)然，最初接收的那個(gè)接口除外)，如上圖的11號(hào)框所示。采取這樣的做法，有望使幀抵達(dá)自己的目的地，而無(wú)論目標(biāo)主機(jī)的位置如何。目標(biāo)主機(jī)對(duì)源主機(jī)作出回應(yīng)以后，網(wǎng)橋就會(huì)更新自己的橋接表，加入新的位置。
　　　

　　圖2展示了一條消息從主機(jī)l傳到主機(jī)2的過(guò)程。封裝級(jí)與頭進(jìn)行了最大程度的簡(jiǎn)化，以便我們將重點(diǎn)放在網(wǎng)絡(luò)消息的定址，以及它對(duì)橋接的影響上面。MAC地址表達(dá)成十六進(jìn)制數(shù)位，從A到D。主機(jī)1將一個(gè)幀發(fā)給主機(jī)2時(shí)，網(wǎng)橋發(fā)現(xiàn)主機(jī)2的MAC地址巳在橋接表中，所以假如目標(biāo)接口與源接口不同，就會(huì)將幀轉(zhuǎn)發(fā)到適當(dāng)?shù)慕涌?圖1的15號(hào)框)。圖2顯示出不同的接收與發(fā)送接口。
　　　　幀經(jīng)網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)或過(guò)濾處理后，會(huì)在它們收到后被正確地發(fā)送出去。在圖2中，自與主機(jī)2連接的那個(gè)接口，幀被原封不動(dòng)地轉(zhuǎn)發(fā)出去。注重網(wǎng)橋并未專(zhuān)門(mén)定址，它是“透明”的。主機(jī)1根本不知道那里存在一個(gè)網(wǎng)橋。也要注重的是，兩個(gè)LAN的網(wǎng)絡(luò)地址都是相同的。兩個(gè)物理LAN被作為一個(gè)統(tǒng)一的邏輯LAN對(duì)待。
　　　　現(xiàn)在，假定同一LAN內(nèi)的兩個(gè)主機(jī)需要通信，網(wǎng)橋了解到它們都來(lái)自相同的接口。此時(shí)，網(wǎng)橋會(huì)將它從主機(jī)會(huì)話(huà)中收到的幀過(guò)濾掉(圖1的14號(hào)框)。換言之，網(wǎng)橋不會(huì)將幀傳給其他接口。這樣一來(lái)，就可保證會(huì)話(huà)通信任本地進(jìn)行，防止本地會(huì)話(huà)干擾其他I‘AN網(wǎng)段上進(jìn)行的會(huì)話(huà)。
　　　　當(dāng)然，橋接也有缺點(diǎn)。首次引用一個(gè)MAC地址時(shí)，網(wǎng)橋肯定會(huì)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)散處理。但這還不是最嚴(yán)重的；最嚴(yán)重的問(wèn)題是，網(wǎng)橋也會(huì)擴(kuò)散所有廣播幀及所有多播幀。假若一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用嚴(yán)重依靠廣播或多播定址，就會(huì)造成可觀(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)擔(dān)，因?yàn)樗袕V播及多播幀都會(huì)出現(xiàn)于所有LAN網(wǎng)段上。
　　　　路由
　　　　所謂“路由”、“路由選擇”、或者“路由發(fā)送”(Routing)，是指依據(jù)網(wǎng)絡(luò)消息之第3層頭內(nèi)的一個(gè)地址，對(duì)消息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程。然而，除了簡(jiǎn)單地讀取那個(gè)第3層地址之外，此時(shí)要做的事情還很多?，F(xiàn)在，讓我們逐步探討一個(gè)路由器轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)消息時(shí)經(jīng)歷的各個(gè)基本步驟。
　　

　　在圖3中，我們展示了一條消息從主機(jī)1傳到主機(jī)2的過(guò)程。封裝的級(jí)別與頭均進(jìn)行了最大程度的簡(jiǎn)化，使我們能將重點(diǎn)放在網(wǎng)絡(luò)消息的定址，以及它對(duì)路由的影響上。第2層地址用自A到D的十六進(jìn)制數(shù)位表示。要記住的是，MAC地址相當(dāng)于在LAN內(nèi)漫游的一個(gè)“航標(biāo)”。假如主機(jī)想從同一個(gè)LAN內(nèi)的另一個(gè)主機(jī)獲取消息，那么始發(fā)主機(jī)就會(huì)將目標(biāo)主機(jī)的MAC地址放在幀頭內(nèi)。否則，始發(fā)主機(jī)就會(huì)將消息發(fā)給一個(gè)路由器，以便路由到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中去。路由器收到直接發(fā)給自己某個(gè)接口的一個(gè)幀時(shí)，就知道自己應(yīng)當(dāng)試著對(duì)幀內(nèi)的消息進(jìn)行路由。注重在圖3中，由主機(jī)1發(fā)出的幀的目標(biāo)MAC地址是B，亦即路由器的地址。幀內(nèi)封裝的是一個(gè)第3層頭，其中包含了目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)主機(jī)地址。
　　
　　　　若消息預(yù)備交給路由器處理，路由器必須先知道主機(jī)采用的是何種通信協(xié)議，才能決定如何對(duì)消息加以控制。在1．1．2小節(jié)中，我們已經(jīng)提到過(guò)，每一層的頭都必須包含一些值，指出下一層封裝的是什么東西。路由器必須檢查幀頭的這些值，判定幀內(nèi)封裝的是何種協(xié)議。
　　　　在幀頭內(nèi)，這要么是一個(gè)“協(xié)議類(lèi)型”字段，要么是一個(gè)“服務(wù)接入點(diǎn)”(Service access Point，SAP)字段?？鄥f(xié)議類(lèi)型或SAP字段指出幀內(nèi)包含的數(shù)據(jù)適用于正在由路由器路由的一種協(xié)議(圖1的3號(hào)框)，路由器就會(huì)刪除幀頭，開(kāi)始處理剩下的東西——用一個(gè)第3層頭起始的數(shù)據(jù)包(圖l的4，5號(hào)框)。在路由器上，針對(duì)其路由的每種協(xié)議，都運(yùn)行著一個(gè)獨(dú)立的程序。我們將這種程序稱(chēng)為“路由進(jìn)程”(Routing PRoCSS)。
　　路由進(jìn)程會(huì)檢查包頭內(nèi)的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址(這是第3層)，并在一張非凡的表格里查找相符的記錄(條目或入口)。這張表格就是“路由表”(Routing Table)，如圖1的9號(hào)框所示。針對(duì)路由的每一種協(xié)議，路由器都會(huì)為其設(shè)置一張路由表。在路由表內(nèi)，包含了路由器已知全部網(wǎng)絡(luò)及其方向的一個(gè)列表。若路由器未在路由表內(nèi)發(fā)現(xiàn)與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址相符的一個(gè)條目，就會(huì)將這個(gè)數(shù)據(jù)包丟棄(圖1的8號(hào)框)。反之，假若路由器找到了與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址相符的一個(gè)表格條目，就會(huì)利用表中提供的信息，判定將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)接口。
　　　　由于消息在網(wǎng)絡(luò)中必須以“幀”的形式出現(xiàn)，所以路由器現(xiàn)在必須對(duì)包加以封裝，親自創(chuàng)建一個(gè)幀。換句話(huà)說(shuō)，路由器必須在包內(nèi)放置一個(gè)新的幀頭和幀尾(圖1。4，12號(hào)框)。注重在圖1中，包本身的內(nèi)容并不改變。由于存在著多種不同的幀頭格式，所以路由器要根據(jù)在路由表中找到的接口名以及封裝方式，來(lái)決定包的新幀頭格式。
　　　　在圖3中，數(shù)據(jù)包打算轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)LAN接口。所以，路由器必須在幀頭內(nèi)設(shè)置目標(biāo)及源MAC地址。在預(yù)備經(jīng)由LAN自路由器傳到主機(jī)2的新幀內(nèi)，目標(biāo)MAC地址是D，即主機(jī)2的地址；而源MAC地址是C，即路由器負(fù)責(zé)發(fā)送的接口。也許會(huì)覺(jué)得希奇，路由器怎樣來(lái)了解其他網(wǎng)絡(luò)的情況，從而完善自己的路由表呢?當(dāng)然，路由表是不能憑空捏造的。事實(shí)上，路由器有三種方式可以了解到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的情況：
　　　　1)路由器直接同網(wǎng)絡(luò)相連。
　　　　2)我們告訴路由器有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的情況。
　　　　3)一個(gè)路由器從其他路由器那兒了解網(wǎng)絡(luò)的情況。
　　路由器直連的網(wǎng)絡(luò)會(huì)在路由表中自動(dòng)出現(xiàn)，用不著我們操心。而路由器從我們(操作人員)處了解到的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為“靜態(tài)路由”，其實(shí)就是由我們?cè)诼酚杀碇腥斯ぽ斎氲囊恍l目。我們告訴路由器數(shù)據(jù)包的路由方向，直至到達(dá)一個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。
　　　　通過(guò)正確的配置，路由器相互間可以通信，共享與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的資料。也就是說(shuō)，路由器相互間可以“交談”。通過(guò)配置路由器，使其能從其他路由器那里了解網(wǎng)絡(luò)情況以后，路由表的構(gòu)建便不用我們操心，現(xiàn)在將完全交由路由器負(fù)責(zé)。我們的工作只是監(jiān)視路由表的變化.
　　　　確定各個(gè)路由器沒(méi)有“混亂”。由路由器使用并共享網(wǎng)絡(luò)信息的協(xié)議稱(chēng)為“路由協(xié)議”(Routing Protocol)。而那些負(fù)責(zé)傳送真正的數(shù)據(jù)，而且已由路由器“路由’’的協(xié)議，我們稱(chēng)其為“路由的協(xié)議”(Routed Protocol)。對(duì)于可在路由器上配置的每種“路由的協(xié)議”(如ip)，它們至少都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的“路由協(xié)議”(如RIP和OSPF)。路由協(xié)議的配置是10S配置中一個(gè)相當(dāng)有趣的方面。
　　　　根據(jù)需要，可運(yùn)行任意數(shù)量的“路由的協(xié)議”，只要路由器夠“勁”，而且內(nèi)存足夠多。對(duì)于正在運(yùn)行的每一種路由的協(xié)議，I0S都會(huì)為其創(chuàng)建一張路由表。路由協(xié)議共有兩種主要類(lèi)型：
　　　　1)距離方位。
　　　　2)鏈接狀態(tài)。
　　　　至于網(wǎng)絡(luò)中具體采用哪一種則取決于多方面的因素，包括網(wǎng)絡(luò)需求、業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)甚至個(gè)人的喜好等等。關(guān)于它們的具體內(nèi)容，這里就不細(xì)說(shuō)了，你可以從相關(guān)的書(shū)上找到很多這方面的資料。

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