路由器技术基础知识3

路由器技术基础知识一、路由器技术路由器技术中最核心的技术是软件技术。路由软件是最复杂的软件之一。有些路由软件运行在UNIX或Linux操作系统上，有些路由软件运行在嵌入式操作系统上，甚至有些软件为提高效率，本身就是操作系统。全球最大的路由器生产厂家Cisco公司曾一度宣称是一个软件公司，可见路由器软件在路由器技术中所占的重要地位。路由器软件一般实现路由协议功能、查表转发功能和管理维护等其他功能。由于互联网规模庞大，运行在互联网上路由器中的路由表非常巨大，可能包含几十万条路由。查表转发工作可想而知非常繁重。在路由器研制过程中，可以通过购买商用源码等形式迅速实现路由器。但是通常认为路由器软件需要一年甚至两年的时间来稳定。MikroTikRouterOS在行业的发展已经有7年之久，所以在稳定性和功能上都是非常完善的。什么是路由器路由器是工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备。路由器通过转发数据包来实现网络互连。虽然路由器可以支持多种协议（例如TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等协议），但是在我国绝大多数路由器运行TCP/IP协议。路由器通常连接两个或多个由IP子网或点到点协议标识的逻辑端口，至少拥有1个物理端口。路由器根据收到数据包中的网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一跳地址，并且重写链路层数据包头实现转发数据包。路由器通常动态维护路由表来反映当前的网络拓扑。路由器通过与网络上其他路由器交换路由和链路信息来维护路由表。路由器是连接IP网的核心设备。最简单的网络可以想象成单线的总线，各个计算机可以通过向总线发送分组以互相通信。但随着网络中的计算机数目增长，这就很不可行了，会产生许多问题：带宽资源耗尽。每台计算机都浪费许多时间处理无关的广播数据。网络变得无法管理，任何错误都可能导致整个网络瘫痪。每台计算机都可以监听到其他计算机的通信。把网络分段可以解决这些问题，但同时你必须提供一种机制使不同网段的计算机可以互相通信，这通常涉及到在一些ISO网络协议层选择性地在网段间传送数据，我们来看一下网络协议层和路由器的位置。我们可以看到，路由器位于网络层。本文假定网络层协议为IPv4，因为这是最流行的协议，其中涉及的概念与其他网络层协议是类似的。路由与网桥路由相对于二层的桥接/交换是高层的概念，不涉及网络的物理细节，工作在二层的设备如交换机、无线AP等。在可路由的网络中，每台主机都有同样的网络层地址格式（如IP地址），而无论它是运行在以太网、令牌环、FDDI还是广域网。网络层地址通常由两部分构成：网络地址和主机地址。网桥只能连接数据链路层相同（或类似）的网络，路由器则不同，它可以连接任意两种网络，只要主机使用的是相同的网络层协议。网络层与数据链路层网络层下面是数据链路层，为了它们可以互通，需要“粘合”协议。ARP（地址解析协议）用于把网络层(3层)地址映射到数据链路层(2层)地址，RARP(反向地址解析协议)则反之。虽然ARP的定义与网络层协议无关，但它通常用于解析IP地址；最常见的数据链路层是以太网。因此下面的ARP和RARP的例子基于IP和以太网，但要注意这些概念对其他协议也是一样的。1、地址解析协议网络层地址是由网络管理员定义的抽象映射，它不去关心下层是哪种数据链路层协议。然而，网络接口只能根据2层地址来互相通信，2层地址通过ARP从3层地址得到。并不是发送每个数据包都需要进行ARP请求，回应被缓存在本地的ARP表中，这样就减少了网络中的ARP包。ARP的维护比较容易，是一个比较简单的协议。2、简介如果接口A想给接口B发送数据，并且A只知道B的IP地址，它必须首先查找B的物理地址，它发送一个含有B的IP地址的ARP广播请求B的物理地址，接口B收到该广播后，向A回应其物理地址。注意，虽然所有接口都收到了信息，但只有B回应该请求，这保证了回应的正确且避免了过期的信息。要注意的是，当A和B不在同一网段时，A只向下一跳的路由器发送ARP请求，而不是直接向B发送。子网使我们可以拥有新的规模的网络，包括很小的用于点到点连接的网络（如掩码255.255.255.252，30位的网络地址，2位的主机地址：两个主机的子网），或中型网络（如掩码255.255.240.0，20位网络地址，12位主机地址：4094个主机的子网）。4、可变长子网掩码(VLSM)如果你想把你的网络分成多个不同大小的子网，可以使用可变长子网掩码，每个子网可以使用不同长度的子网掩码。例如：如果你按部门划分网络，一些网络的掩码可以为255.255.255.0(多数部门)，其它的可为255.255.252.0(较大的部门)。三、路由1、路由表如果一个主机有多个网络接口，当向一个特定的IP地址发送分组时，它怎样决定使用哪个接口呢？答案就在路由表中。来看下面的例子：目的子网掩码网关标志接口201.66.37.0255.255.255.0201.66.37.74Aeth0201.66.39.0255.255.255.0201.66.39.21Aeth1主机将所有目的地为网络201.66.37.0内主机(201.66.37.1-201.66.37.254)的数据通过接口eth0(IP地址为201.66.37.74)发送，所有目的地为网络201.66.39.0内主机的数据通过接口eth1(IP地址为201.66.39.21)发送。标志A表示该路由状态为“active”（即激活状态）。对于直接连接的网络，一些软件并不象上例中一样给出接口的IP地址，而只列出接口。此例只涉及了直接连接的主机，那么目的主机在远程网络中如何呢？如果你通过IP地址为201.66.37.254的网关连接到网络73.0.0.0，那么你可以在路由表中增加这样一项：目的掩码网关标志接口73.0.0.0255.0.0.0201.66.37.254AGeth0此项告诉主机所有目的地为网络73.0.0.0内主机的分组通过201.66.37.254路由过去。标志S(static)表示此项通过静态指定把分组导向外部网关。类似的，也可以定义通过网关到达特定主机的路由，也标志为S：目的掩码网关标志接口91.32.74.21255.255.255.255201.66.37.254ASeth0下面是路由表的基础，除了特殊表项之外：目的掩码网关标志接口127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1ASlo0default0.0.0.0201.66.37.254ASeth1第一项是loopback接口，用于主机给自己发送数据，通常用于测试和运行于IP之上但需要本地通信的应用。这是到特定地址127.0.0.1的主机路由(接口lo0是IP协议栈内部的“假”网卡，在RouterOS中)。第二项十分有意思，为了防止在主机上定义到因特网上每一个可能到达网络的路由，可以定义一个缺省路由，如果在路由表中没有与目的地址相匹配的项，该分组就被送到缺省网关。多数主机简单地通过一个网卡连接到网络，因此只有通过一个路由器到其它网络，这样在路由表中只有三项：loopback项、本地子网项和缺省项（指向路由器）。2、重叠路由假设在路由表中有下列重叠项：目的掩码网关标志接口1.2.3.4255.255.255.255201.66.37.253ASeth01.2.3.0255.255.255.0201.66.37.254ASeth01.2.0.0255.255.0.0201.66.37.253ASeth1default0.0.0.0201.66.39.254ASeth1之所以说这些路由重叠是因为这四个路由都含有地址1.2.3.4，如果向1.2.3.4发送数据，会选择哪条路由呢？在这种情况下，会选择第一条路由，通过网关201.66.37.253。原则是选择具有最长(最精确)的子网掩码。类似的，发往1.2.3.5的数据选择第二条路由。注意：这条原则只适用于间接路由(通过网关)。把两个接口定义在同一子网在很多软件实现上是非法的。例如下面的设置通常是非法的（不过有些软件将尝试在两个接口进行负载平衡）：接口IP地址子网掩码eth0201.66.37.1255.255.255.0eth1201.66.37.2255.255.255.0对于重叠路由的策略是十分有用的，它允许缺省路由作为目的为0.0.0.0、子网掩码为0.0.0.0的路由进行工作，而不需要作为路由软件的一个特殊情况来实现。3、静态路由回头看看我们已建立的路由表，已有了六个表项：目的掩码网关标志接口127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1ASlo0201.66.37.0255.255.255.0201.66.37.74

ASeth0201.66.39.0255.255.255.0201.66.39.21ASeth1default0.0.0.0201.66.39.254ASeth173.0.0.0255.0.0.0201.66.37.254ASeth091.32.74.21255.255.255.255201.66.37.254ASeth0该网络图示如下

这些表项分别是怎么得到的呢？第一个是当路由表初始化时由路由软件加入的，第二、三个是当网卡绑定IP地址时自动创建的，其余三个必须手动加入。NAT技术NAT技术主要解决IP地址短缺问题，最初提出的建议是在子网内部使用局部地址，而在子网外部使用少量的全局地址，通过路由器进行内部和外部地址的转换。局部地址是在子网内部独立编址的，可以与外部地址重叠。这种想法的基础是假定在任何时候子网中只有少数计算机需要与外部通信，可以让这些计算机共享少量的全局IP地址。后来根据这种技术又开发出其他一些应用，下面讲述两种最主要的应用：第一种应用事动态地址翻译（DynamicAddressTranslation）。为此首先引入存根域的概念，所谓存根域（StubDomain）就是内部网络的抽象，这样的网络只是处理源和目标都在子网内部的通信。任何时候存根域内只有一部份主机要与外界通信，甚至还有许多主机可能从不与外界通信，所有整个存根域只需要共享少量的全局IP地址。存根域有一个边界路由器，由它来处理域内与外部的通信。这种NAT地址使用如下特点：只要缓冲区中存在尚未使用的C类地址，任何从内向外的连接请求都可以得到响应，并且在边界路由器的动态NAT表中为之建立一个映像表项；如果内部主机的映像存在，就可以利用它建立连接；从外部访问内部主机是有条件的，即动态NAT表必须存在该主机的映像。动态地址翻译的好处是节约了全局适用的IP地址，而且不需要改变子网内部的任何配置，只需要在边界路由器中设置一个动态地址变换表就可以工作了。另一种特殊的NAT应用是m:1翻译，这种技术也叫做伪装（Masquerading）,因为用一个路由器的IP地址可以把子网中的所有主机的IP地址都隐藏起来。如果子网中有多个主机要同时通信，那么还要对端口号进行翻译，所以这种技术更经常称为网络地址和端口翻译（NetworkAddressPortTranslationNAPT）。在很多NAPT实现中专门保留