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：
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。
(资料图片)
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。
路由选择在网络层完成，过程如下：
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。
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
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 种类型。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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。
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 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。
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。
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。
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。
IP协议常见的有两种：IPv4和 IPv6。
IPv4 地址用点 “ .” 把地址等分成 4 个部分，使用十进制表示。IPv4 共 32 位二进制，每部分长度是 8 位，取值范围是 0~255 ，举个栗子：192.168.0.1 。
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 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 位是网络位，后面 16 位是主机位。C 类地址范围是 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 ，前面 24 位是网络位，后面 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 。
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 位、16 位或 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 ，主机位全是 0 。举个栗子：网络位长度为 24 为，子网掩码就是 255.255.255.0 ，还可以用 /24 表示。
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。
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。
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 或主机为全是 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。
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。
ARP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 。
DHCP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。
PPPoE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。
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。
五个内容组成一条路由表项。
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。
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。
手动在路由器上设置的路由表项就叫做静态路由。
当网络规模越来越大，路由器的数量越来越多时，通过手动配置路由表项是不可能的，这就要使用动态路由协议，在路由器之间交换信息自动生成路由表项。
如果网络使用动态路由，需要消耗一定的时间从其它路由器获取路由信息，路由表在这个过程中会逐渐增大，最终所有的路由器都获取到完整的路由表，这个过程叫做收敛。路由表从初始状态到收敛完成花费的时间叫做收敛时间，收敛时间越短，网络越稳定。通常，路由器数量越多，收敛时间越长，同时收敛时间还跟路由算法有关。算法不同，收敛时间的长短也不同。
使用动态路由时，有三种情况会发送路由器之间的路由信息交互：
首次运行动态路由协议时
网络中添加新的路由器或新的链路时
网络中路由器离线或链路端口导致网络故障时
随着 IP 网络的发展，网络规模已经很大了，无论哪种路由协议都不能完成全网的路由计算，因此网络分成了很多个自治系统（ AS ）。在自治系统内部运行的 IGP 和在 AS 之间运行的 EPG 两类。
其中，EGP广泛使用的是 BGP。
IGP最常用的是 RIP和 OSPF。
根据不同的最优路径算法，IGP 可分为距离矢量型、链路状态型和混合型。
RIP是使用到达目的网络需要经过的跳数作为度量值，也就是需要经过多少个路由器。通常 RIP 每 30 秒更新一次路由信息。当网络规模太大时，会出现路径无法收敛的情况，定义了 16 跳的限制距离。当路由器收到度量值 16跳以上的信息，则认为网络不可达。
RIP 除了 RIPv1外，还有升级的 RIPv2和 IPv6 使用的 RIPng。
RIPv1使用广播交换路由信息，是有类路由协议。RIPv2使用组播交换路由信息，是无类路由协议，还有路由信息的认证功能。
RIPng使用组播交换路由信息，由于 IPv6 协议自带认证和加密功能，因此 RIPng 不需要携带认证功能。
由于距离矢量型路由协议依靠相邻路由器的信息进行路由选择，无法了解整个网络结构。为了防止环路，需要使用水平分隔技术或毒性逆转方法进行放环。
OSPF是用于大规模网络的 IGP ，是运营商和企业首选的动态路由协议。还有使用组播的 MOSPF和对应 IPv6 的 OSPFv3作为 OSPF 扩展的动态路由协议。
OSPF 会把网络分隔成多个区域，形成一级级联骨干区域 0 的结构。以区域为单位进行管理，能够将网络变化限制在区域内，缩短收敛时间。只有区域 0 网络叫做单一区域 OSPF，由多个区域构成的网络叫做多区域 OSPF。
BGP是 AS 直接进行路由选择的 EGP 。由于 BGP 需要获取大量的、可靠的网络信息，因此采用 TCP 协议的 179 端口进行数据传输。
AS 之间通过 AS 编号区分，编号范围是 1 ~ 65535 。其中 64512 ~ 65535 是私有 AS 编号，和私有 IP 地址一样，可以在私有网络中使用。
BGP 的路由信息和 IGP 的路由信息不在一起管理，运行 BGP 的路由器会同时有 IGP 和 EGP 两张路由表。
IS-IS也是用于大型网络的 IGP ，属于链路状态型的路由协议，也可以用在 AS 之间。
IS-IS是经过 ISO 标准化的路由协议。IS是指转发包的系统，也就是路由器。与 IS 对应的是 ES，指无法进行路由选择的主机。
当网络中运行多个路由协议时，各个路由协议的路由信息互相独立。但是在路由器上配置路由重分发，就可以在多个路由协议之间共享路由信息。比如：将通过 BGP 获取的外部 AS 路由信息加入到 OSPF 中，也能够将静态路由向其它路由协议分发路由信息。
管理距离是用来表示路由信息的可信度，数值越小可信度越高。获取路由信息，通常有三种来源，一种是与路由器直连的网络，一种是配置的静态路由，还有一种是根据各种动态路由协议获取的路由。如果有多条相同的路由，会选择管理距离值最小的路由。
通信协议被其它的通信协议封装后，进行转发的技术叫做隧道技术。在网络中的两台路由器配置隧道后，就可以在路由器之间建立一条虚拟的通信链路。
举个栗子：路由器 A 收到的原始数据包通过隧道协议封装后，转发到目的路由器 B 。路由器 B 进行解封装，还原原始数据包，并以原始数据包转发给实际的目的地。
路由器冗余是即使有一部分路由器发生故障，也能够通过线路的切换来进行正常工作，达到网络不间断的效果。路由器通常用来接入互联网或者作为核心数据通信枢纽，一旦发生故障，会造成巨大的影响。但故障是无法完全杜绝的，这种情况下还要向用户提供不间断的业务，就需要将路由器冗余。
冷备份：平时不使用的备份设备，当运行的设备发生故障时，使用备份设备进行替换。这种方式使用简单，但是需要一定的时间进行设备的替换和启动，这个过程会中断用户的网络。
热备份：主设备和备用设备同时运行，当主设备故障时，自动切换到备用设备。这种方式无需人工干预，系统自动切换，最快的切换速度在毫秒级。
替换：在冗余结构中，停止主设备运行，使用备用设备进行工作的过程叫做替换。
回退：替换后恢复到原来的运行状态，也就是运行的设备从备用设备切换到主设备的过程叫做回退。
在使用主备方式时，会用到 VRRP这种冗余协议，还有思科私有的 HSRP冗余协议。
双活方式会使用到负载均衡技术，适用于两组主备结构，还可以运用到等价多路径路由或 DNS 轮询等技术。
由 1 台活跃设备和 1 台备用设备组成的冗余结构叫做 1+1 冗余结构，是最常见的热备方式，通常用于企业网的数据中心以及互联网网关中。
集群是由 N 台活跃设备和 1 台备用设备组成的 N+1 冗余结构。在运营商需要处理大流量转发的情况下，路由器大部分采用 N+1 集群的冗余模式。
由 N 台活跃设备和 N 台备用设备组成的冗余结构叫做 2N 冗余结构。
认证是指用户接入网络时，要求用户输入认证信息（用户名和密码）、验证认证信息是否正确、确认正确后允许用户接入网络的过程。认证信息不正确时，网络会拒绝用户的接入请求。常用的认证技术有 RADIUS和 TACACS+。
QoS提供保证通信质量的功能，主要分为带宽控制和优先级控制。使用优先级对流量进行分类的过程叫做类别，根据流量的每一个类别进行带宽控制或优先级控制的过程叫做 CoS。
路由器提供的方便管理路由器的用户界面（ UI ）。通过 UI 配置路由器、获取路由器信息、查看路由器的状态和流量统计信息等。
路由器的 UI 分为 Web和 CLI两类。
Web通过 PC 的 Web 浏览器进行访问，可以提供可视化的配置和管理，又叫做 GUI。路由器内置了 Web 服务器，通过 PC 的 HTTP和 HTTPS协议访问。
CLI是通过终端软件访问路由器。PC 连接路由器有两种方式，一种是 PC 使用线缆直接连接路由器的管理接口，另一种是通过网络使用 Telnet或 SSH进行连接。
路由器可以限制访问UI 的功能，让指定 IP 地址的终端才能连接。连接成功，还需要提供用户名和密码才能登录。路由器还可以指定账号的权限功能，包括 root 权限、读取权限、配置功能权限等。
从网络安全的角度来讲，能够访问路由器的 UI ，意味着可以查看和修改路由器的配置，禁止非管理人员的访问权限很重要。
为了防止信息等被窃听，建议使用 Web 中的 HTTPS 或 CLI 的 SSH 等支持加密的协议进行访问。
如果路由器修改配置或发生异常，路由器的日志就会记录下来，并且根据事件的重要性进行分类。
路由器没有太多保存日志的空间，通常是将日志上传到 Syslog 服务器保存。
路由器为了预防各种故障，配置了告警功能。常见的告警类型有：温度告警、风扇告警和电源告警等。
新买的路由器在第一次配置前会保持出厂时的初始状态。
低端路由器或家用路由器的初始默认配置会包含一部分信息：用户名和密码、网络接口的私有 IP 地址、DHCP 服务功能等，只要使用 PC 直连就可以远程访问 UI ，完成后续配置。
大部分的企业路由器是没有任何配置的初始配置状态，需要配置网络接口的 IP 地址、子网掩码、默认网关、用户名和密码，保持以后就能够远程访问 Web 或 CLI 界面。
已经配置过且保存配置后，如果要重新进行配置，只需要输入初始化命令就可以让设备回到出厂时的默认配置状态。
不同厂家设备的 CLI 都有不同的模式，有的模式只能只用特定命令用于管理，有的模式专门用于配置工作等。每个模式都需要密码认证，非指定用户无法看到显示信息或更改配置。
Cisco ISO 路由器使用的模式如下：
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