網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)第五章路由器基礎(chǔ)電子教案(1).doc_第1頁
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江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與信息工程分院網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)課程電子教案授課標(biāo)題:路由器基礎(chǔ) 學(xué)時:理論2節(jié) 授課日期:2008-03-24教學(xué)目的和要求l 了解路由器面板中各種接口的類型及作用l 知道數(shù)據(jù)包路由和交換的過程(關(guān)鍵要知道IP地址和MAC地址在數(shù)據(jù)包路由和交換過程中的作用)l 掌握路由器中四種存儲器之間的關(guān)系l 掌握路由器的啟動過程l 了解路由器的結(jié)構(gòu)l 掌握路由器配置模式及其切換命令教學(xué)手法l 采用“案例驅(qū)動”教學(xué)方法:將圍繞某一實踐的所有理論知識綜合講解,并在理論基礎(chǔ)上完成具體實踐的操作。l 注重理論與實踐操作相結(jié)合;充分調(diào)動學(xué)生的積極性,以實現(xiàn)教師與學(xué)生的良性互動,一方面提高教師的教學(xué)效果,另一方面則提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的實際能力。l 采用多媒體教學(xué)手段+PPT多媒體課件授 課 重點、難點重點:1、路由器啟動過程及四種存儲器之間的關(guān)系 2、路由器配置模式及其切換命令難點:1、數(shù)據(jù)包路由和交換過程 2、路由器的硬件和軟件結(jié)構(gòu)授課要點與授課設(shè)計(注明授課時間安排)1、(知道)路由器的接口類型2、(掌握)路由基礎(chǔ)3、(知道)路由器的組成4、(掌握)路由器的啟動過程5、(附加)路由器的結(jié)構(gòu)6、(掌握)路由器配置方式 教學(xué)設(shè)計:本節(jié)最主要的教學(xué)內(nèi)容是讓學(xué)生在了解ARP地址解析協(xié)議工作原理的基礎(chǔ)上掌握路由器的工作原理(路由器需要對接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆包和封包,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中源IP地址、目標(biāo)IP地址、源MAC地址、目標(biāo)MAC地址的變化情況);并在此基礎(chǔ)上了解路由器的幾種常見的工作模式及各種工作模式之間的切換;在了解上述內(nèi)容后掌握路由器的啟動過程和組成。作業(yè)1、簡述路由器有哪幾種存儲器及其作用。2、簡述路由器的啟動過程3、簡述路由器的配置模式及其切換命令教學(xué)心得本節(jié)需要重點掌握的是路由器的幾種工作模式,路由器的存儲器組成及路由器的工作理,通過arp協(xié)議的講解逐步使學(xué)生了解路由器的基本工作原理。一、路由器的接口類型1、局域網(wǎng)接口:l 10BaseT,即10M傳統(tǒng)以太網(wǎng)口。在路由器的配置過程中,端口名稱為:interface Ethernet */*l 100BaseT,即100M快速以太網(wǎng)口。在路由器的配置過程中,端口名稱為:interface Fastethernet */*2、廣域網(wǎng)接口l 同步串口,在路由器的配置過程中,這種端口的名稱一般為:interface serial */* l 異步串口,在路由器的配置過程中,這種端口的名稱一般為:interface serial */*,在這種接口的封裝協(xié)議選擇中,將無法進(jìn)行HDLC協(xié)議的封裝。l ISDN接口,在路由器的配置過程中這種端口的名稱一般為:interface bri */* l E1 接口,即信道化的E1端口。在路由器的配置過程中,這種端口的名稱一般為:interface serial */*3、提示:端口名稱后面的 */* 中前一個“*”表示端口所在的模塊號;后一個“*”表示在此模塊中端口的序號4、路由器配置接口:路由器的配置端口有兩個,分別是“Console”和“AUX”,“Console”通常是用來進(jìn)行路由器的基本配置時通過專用連線與計算機(jī)連用的,而“AUX”是用于路由器的遠(yuǎn)程配置連接用的。l Console端口:Console端口使用配置專用連線直接連接至計算機(jī)的串口,利用終端仿真程序(如Windows下的“超級終端”)進(jìn)行路由器本地配置。路由器的Console端口多為RJ-45端口。l AUX端口:AUX端口為異步端口,主要用于遠(yuǎn)程配置,也可用于拔號連接,還可通過收發(fā)器與MODEM進(jìn)行連接。AUX端口與Console端口通常同時提供,因為它們各自的用途不一樣。二、路由基礎(chǔ)路由器是非常典型的廣域網(wǎng)設(shè)備,或者說是非常典型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。使用路由器可以連接不同的網(wǎng)絡(luò),雖然路由器常常用于廣域網(wǎng)的互聯(lián),但是路由器也可以用于局域網(wǎng)的互聯(lián)。從路由器的工作原理來看,路由器有兩項功能:為要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包選擇最佳路徑以及將數(shù)據(jù)包交換到正確的端口,即路由器具有路由和數(shù)據(jù)交換(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā))兩大功能。1、路由選擇功能路由選擇發(fā)生在OSI的第三層(網(wǎng)絡(luò)層),因此,路由器是網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備,路徑選擇實際上也就是網(wǎng)絡(luò)尋址,即路由器知道要到達(dá)哪個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包應(yīng)該從哪個接口發(fā)送出去。在此需要解決兩個問題:(1)首先要解決如何表示網(wǎng)絡(luò):IP地址中的網(wǎng)絡(luò)位就是用來表示網(wǎng)絡(luò)的。(2)第二個問題就是要建立路由表:路由表中應(yīng)該有到達(dá)每一網(wǎng)絡(luò)的路由條目。2、路由的交換(轉(zhuǎn)發(fā))功能路由器交換數(shù)據(jù)之前要先進(jìn)行路由選擇。當(dāng)PC1主機(jī)要發(fā)送IP數(shù)據(jù)包到PC2主機(jī),由于PC1和PC2主機(jī)不在同一子網(wǎng),所以數(shù)據(jù)要經(jīng)過路由器的轉(zhuǎn)發(fā)。PC1主機(jī)先用ARP協(xié)議獲得R1路由器E0接口的MAC地址,然后PC1主機(jī)用以太網(wǎng)的幀格式對IP數(shù)據(jù)包(IP數(shù)據(jù)包的源IP地址為“”,目標(biāo)IP地址為“”)進(jìn)行封裝,成為幀(幀的源MAC地址為“MAC-PC1”,幀的目標(biāo)MAC地址為“MAC-R1-1”)。由于幀中目標(biāo)MAC地址為路由器R1的e0接口的MAC地址,所以幀會被路由器R1接收。路由器接收到幀后,解封出IP數(shù)據(jù)包,從而知道數(shù)據(jù)包是從PC1出發(fā)的,要到達(dá)PC2主機(jī)。路由器通過查找路由表,知道應(yīng)從接口e1轉(zhuǎn)發(fā)出去,因此路由器先用APR協(xié)議獲得PC2主機(jī)的MAC地址,然后路由器用以太網(wǎng)的幀格式對IP數(shù)據(jù)包(IP數(shù)據(jù)包的源IP地址為“”,目標(biāo)IP地址為“”)進(jìn)行封裝成為幀(幀的源MAC地址為“MAC-R1-2”,幀的目標(biāo)MAC地址為“MAC-PC2”)。從上述數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程可以看出,在數(shù)據(jù)包的傳遞過程中,數(shù)據(jù)包的源IP地址和目標(biāo)IP地址永遠(yuǎn)沒有變化。但在每兩個節(jié)點之間封裝成幀進(jìn)行傳遞時,幀的源MAC地址和目標(biāo)MAC地址總在永遠(yuǎn)在變化。通過上述過程可以看出,在數(shù)據(jù)傳遞過程中既使用了IP地址,也使用了MAC物理地址。IP地址的主要目的是為了對主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)定位(即路由選擇功能),MAC地址的目的是為了在兩個節(jié)點間進(jìn)行幀封裝(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能)。3、IP路由過程簡析當(dāng)主機(jī) A 要向另一個主機(jī) B 發(fā)送數(shù)據(jù)報時,先要檢查目的主機(jī) B 是否與源主機(jī) A 連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上:l 如果是,就將數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機(jī) B 而不需要通過路由器。l 但如果目的主機(jī)與源主機(jī) A 不是連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上,則應(yīng)將數(shù)據(jù)報發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器,由該路由器按照轉(zhuǎn)發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給下一個路由器。這就叫作間接交付。每當(dāng)路由設(shè)備接收到一個數(shù)據(jù),它會首先拆分出網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包,它需要判斷將此數(shù)據(jù)包發(fā)向哪個方向,于是它根據(jù)數(shù)據(jù)包中的IP地址和子網(wǎng)掩碼相與的結(jié)果判斷目的地所在的大的范圍,即網(wǎng)絡(luò)號。經(jīng)過從源到目的地之間的這些路由設(shè)備時,每臺設(shè)備都會根據(jù)當(dāng)前它所保留的信息表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到有利于到達(dá)目的地的下一臺設(shè)備,最后到達(dá)了直接連接目的網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)備,由它將數(shù)據(jù)包直接發(fā)向目的節(jié)點。4、IP路由過程圖示三、路由器的組成路由器由硬件和軟件組成。硬件主要包括處理器、內(nèi)存、接口、控制端口等物理硬件和電路組成;軟件主要由路由器的IOS操作系統(tǒng)和運(yùn)行配置文件組成。1、路由器硬件組成(1)CPU:與計算機(jī)相類似,運(yùn)行著IOS的Cisoc路由器也包括一個“中央處理器(CPU)”。不同系列和型號的路由器,CPU也不盡相同。Cisco一般采用兩種類型的處理器,如Motorola68030和Orion/R4600等。路由器的處理器負(fù)責(zé)執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包所需的工作,如維護(hù)路由器和橋接所需的各種路由表和路由運(yùn)算等,路由器對數(shù)據(jù)包的處理速度很大程度上取決于處理器的類型和性能。(2)內(nèi)存:Cisoc路由器主要采用下列四種類型的內(nèi)存:ROM、FLASH、RAM、NVRAM。l RAM/DRAM:內(nèi)存,用于存儲臨時的運(yùn)算結(jié)果,如路由表、緩存、ARP表、運(yùn)行配置文件等。眾所周知,RAM中的數(shù)據(jù)在路由器斷電后是會丟失的。l FLASH Memory:可擦除、可編程的ROM,用于存放路由器的IOS,F(xiàn)lash的可擦除特性允許更新、升級IOS而不用更換路由器內(nèi)部的芯片。路由器斷電后,F(xiàn)lash的內(nèi)容不會丟失。只要FLASH的容量足夠大,便可以保存多個IOS映象文件,以提供多重啟動。l NVRAM:非易失性RAM,主要作用是保存IOS在路由器啟動時讀入的配置數(shù)據(jù),即常說的啟動配置或備份配置。當(dāng)路由器加電啟動時,首先尋找和執(zhí)行的即是該配置,如果該配置存在,路由器啟動后,該配置就成了“運(yùn)行配置”,當(dāng)修改運(yùn)行配置并執(zhí)行存儲后,運(yùn)行配置就被復(fù)制到NVRAM中,當(dāng)下次路由器加電后,該配置就會被自動調(diào)用。l Boot ROM:只讀存儲器,ROM保存著路由器的引導(dǎo)或啟動軟件。這也是路由器運(yùn)行的第一個軟件,負(fù)責(zé)讓路由器進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。ROM中軟件升級需要更換芯片。路由器啟動時,先讀取BOOTROM中的啟動版本進(jìn)行自檢操作,緊接著讀取Flash中的軟件,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的加載,然后會到NVRAM中讀取啟動時應(yīng)該使用的配置文件,并寫入SDRAM,這些都完成之后,就會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和其他數(shù)據(jù)包的傳輸和處理陸續(xù)將路由表的表項增加完整,之后就可以進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)了。(3)接口:所有路由器都有“接口(Interface)”,每個接口都有自己的名字和編號。一個接口的全名由類型標(biāo)識及數(shù)字構(gòu)成,編號自0開始。l 對于接口固定的路由器(如2500系列)或采用模塊化接口的路由器(如4700系列),在接口的全名稱中,只采用一個數(shù)字,并根據(jù)它們在路由器的物理順序進(jìn)行編號,如Ethernet0、Serial0等l 對于支持“在線撥插和刪除”或具有動態(tài)更改物理接口配置的路由器,其接口全名稱中則包含兩個數(shù)字,如2600系列、7200系列,其接口標(biāo)識名稱為Ethernet0/0、Serial1/0等l 對于支持“通用接口處理器(VIP)”的路由器,其接口編號形式為“插槽/端口適配器/端口號”,如7500系列路由器,其接口標(biāo)識名稱編號為:Ethernet4/0/1等。(4)控制臺端口和輔助端口:所有的路由器都有控制臺端口,能使用戶或管理員利用終端與路由器進(jìn)行通信,完成路由器配置;大多數(shù)路由器還有一個輔助端口,通過連接Modem,使用戶或管理員對路由器實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。2、路由器的軟件組成(1)操作系統(tǒng):路由器既然是一臺計算機(jī),因此就需要像計算機(jī)一樣有操作系統(tǒng),Cisco路由器的操作系統(tǒng)稱為IOS(internetwork Operating Sysetm,網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)操作系統(tǒng))。這個操作系統(tǒng)根據(jù)管理員設(shè)置好的配置來運(yùn)行,控制著數(shù)據(jù)包的流向,利用路由協(xié)議和路由表為數(shù)據(jù)包選擇最佳路由。(2)配置文件:共有兩種類型的配置文件,它們是:運(yùn)行配置文件和啟動配置文件,兩者均以ASCII文本格式顯示。l 運(yùn)行配置:有時也稱作“活動配置”,駐留于RAM,包含了目前在路由器中“活動”的I0S配置命令。配置10S時,就相當(dāng)于更改路由器的運(yùn)行配置,斷電丟失,在重起前需要保存為啟動配置文件。l 啟動配置:啟動配置駐留在NVRAM中,包含了希望在路由器啟動時執(zhí)行的配置命令。啟動完成后,啟動配置中的命令就變成了“運(yùn)行配置”。有時也把啟動配置稱作“備份配置”。這是由于修改并認(rèn)可了運(yùn)行配置后,通常應(yīng)將運(yùn)行配置復(fù)制到NVRAM里,將作出的改動“備份”下來,以便路由器下次啟動時調(diào)用。(3)進(jìn)程:是指一個在路由器上運(yùn)行的特殊軟件任務(wù),用于實現(xiàn)某種功能。例如,IP包的路由選擇是由一個進(jìn)程完成的;而AppleTalk包的路由選擇是由另一個進(jìn)程完成的。當(dāng)我們將命令放人配置文件對10S進(jìn)行配置時,實際就相當(dāng)于對構(gòu)成10S各進(jìn)程的行為加以控制。所有這些進(jìn)程都在路由器上同時運(yùn)行。至于能在一個路由器上運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)量和種類,則取決于路由器CPU的速度以及安裝的RAM容量。四、路由器的啟動過程1、系統(tǒng)硬件加電自檢。運(yùn)行BOOTROM中的硬件檢測程序,檢測各組件能否正常工作。完成硬件檢測后,開始軟件初始化工作。2、軟件初始化過程。運(yùn)行BOOTROM中的引導(dǎo)程序,進(jìn)行初步引導(dǎo)工作。3、尋找并載入操作系統(tǒng)文件。操作系統(tǒng)文件可以存放在多處,至于到底采用哪一個操作系統(tǒng),是通過命令設(shè)置指定的。4、操作系統(tǒng)裝載完畢,系統(tǒng)在NVRAM中搜索保存的Startup-Config文件,進(jìn)行系統(tǒng)的配置。如果NVRAM中存在Startup-Config文件,則將該文件調(diào)入RAM中并逐條執(zhí)行。否則,系統(tǒng)默認(rèn)無配置,直接進(jìn)入用戶操作模式,進(jìn)行路由器初始配置。五、路由器的結(jié)構(gòu)1、路由器的硬件結(jié)構(gòu)從體系結(jié)構(gòu)上看,路由器可以分為:第一代單總線單CPU結(jié)構(gòu)路由器、第二代單總線主從CPU結(jié)構(gòu)路由器、第三代單總線對稱式多CPU結(jié)構(gòu)路由器、第四代多總線多CPU結(jié)構(gòu)路由器、第五代共享內(nèi)存式結(jié)構(gòu)路由器、第六代交叉開關(guān)體系結(jié)構(gòu)路由器和基于機(jī)群系統(tǒng)的路由器等多類。從應(yīng)用角度可以將路由器的分類作如下分析:從第一代的固定配置路由器,其中的集中的CPU和網(wǎng)絡(luò)接口均直接與總線連接,所有的數(shù)據(jù)包均交給CPU處理,并且網(wǎng)絡(luò)接口不能擴(kuò)展,實現(xiàn)起來不是很靈活;第二代是在第一代的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)接口的模塊化;第三代在第一代的基礎(chǔ)上在每個接口模塊上增加了CPU處理器,這樣不是所有的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過總線交給CPU處理,在本地接口解決一部分?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā);到了第四代,網(wǎng)絡(luò)接口采用了ASIC接口,可以支持更高的接收速率并且采用交換矩陣的方式實現(xiàn)接口模塊之間的互連;第五代在第四代的基礎(chǔ)上在接口板中增加了專門為IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的可編程的專用網(wǎng)絡(luò)處理器(NP),使用微碼編譯技術(shù)實現(xiàn)了比通用CPU更快的處理速度。2、路由器軟件結(jié)構(gòu)六、路由器配置方式路由器的5種配置方式:控制臺連接、AUX口接MODEM、通過Ethernet上的TELNET程序、通過局域網(wǎng)上的TFTP服務(wù)器、通過局域網(wǎng)上的SNMP網(wǎng)管工作站。七、路由器配置模式1、關(guān)鍵四種模式簡介(1)“Router”(普通)用戶EXEC模式,這是一種“只能查看”的模式,用戶只能查

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