路由器知識全解

　　最簡單的網絡可以想象成單線的總線，各個計算機可以通過向總線發送分組以互相通信。但隨著網絡中的計算機數目增長，這就很不可行了，會產生許多問題：

　　1、帶寬資源耗盡。

　　2、每台計算機都浪費許多時間處理無關的廣播數據。

　　3、網絡變得無法管理，任何錯誤都可能導致整個網絡癱瘓。

　　4、每台計算機都可以監聽到其他計算機的通信。

　　把網絡分段可以解決這些問題，但同時你必須提供一種機制使不同網段的計算機可以互相通信，這通常涉及到在一些ISO網絡協議層選擇性地在網段間傳送數據，我們來看一下網絡協議層和路由器的位置。

　　我們可以看到，路由器位於網絡層。本文假定網絡層協議為IPv4，因為這是最流行的協議，其中涉及的概念與其他網絡層協議是類似的。

　　一、路由與橋接

　　路由相對於2層的橋接/交換是高層的概念，不涉及網絡的物理細節。在可路由的網絡中，每台主機都有同樣的網絡層地址格式(如IP地址)，而無論它是運行在以太網、令牌環、FDDI還是廣域網。網絡層地址通常由兩部分構成：網絡地址和主機地址。

　　網橋只能連接數據鏈路層相同(或類似)的網絡，路由器則不同，它可以連接任意兩種網絡，只要主機使用的是相同的網絡層協議。

　　二、連接網絡層與數據鏈路層

　　網絡層下面是數據鏈路層，為了它們可以互通，需要“粘合”協議。ARP(地址解析協議)用於把網絡層(3層)地址映射到數據鏈路層(2層)地址，RARP(反向地址解析協議)則反之。

　　雖然ARP的定義與網絡層協議無關，但它通常用於解析IP地址;最常見的數據鏈路層是以太網。因此下面的ARP和RARP的例子基於IP和以太網，但要注意這些概念對其他協議也是一樣的。

　　1、地址解析協議

　　網絡層地址是由網絡管理員定義的抽象映射，它不去關心下層是哪種數據鏈路層協議。然而，網絡接口只能根據2層地址來互相通信，2層地址通過ARP從3層地址得到。

　　並不是發送每個數據包都需要進行ARP請求，回應被緩存在本地的ARP表中，這樣就減少了網絡中的ARP包。ARP的維護比較容易，是一個比較簡單的協議。

　　2、簡介

　　如果接口A想給接口B發送數據，並且A只知道B的IP地址，它必須首先查找B的物理地址，它發送一個含有B的IP地址的ARP廣播請求B的物理地址，接口B收到該廣播後，向A回應其物理地址。

　　注意，雖然所有接口都收到了信息，但只有B回應該請求，這保證了回應的正確且避免了過期的信息。要注意的是，當A和B不在同一網段時，A只向下一跳的路由器發送ARP請求，而不是直接向B發送。

　　接收到ARP分組後的處理，注意發送者的對被存到接收ARP請求的主機的本地ARP表中，一般A想與B通信時，B可能也需要與A通信。

　　3、IP地址沖突

　　ARP產生的問題中最常見的是IP地址的沖突，這是由於兩個不同的主機IP地址相同產生的，在任何互聯的網絡中，IP地址必須是唯一的。這時會收到兩個ARP回應，分別指出了不同的硬件地址，這是嚴重的錯誤，沒有簡單的解決辦法。

　　為了避免出現這類錯誤，當接口A初試化時，它發送一個含有其IP地址的ARP請求，如果沒有收到回應，A就假定該IP地址沒有被使用。我們假定接口B已經使用了該IP地址，那麼B就發送一個ARP回應，A就可以知道該IP地址已被使用，它就不能再使用該IP地址，而是返回錯誤信息。這樣又產生一個問題，假設主機C含有該IP地址的映射，是映射到B的硬件地址的，它收到接口A的ARP廣播後，更新其ARP表使之指向A的硬件地址。為了解決這個錯誤，B再次發送一個ARP請求廣播，這樣主機C又更新其ARP表再次指向B的硬件地址。這時網絡的狀態又回到先前的狀態，有可能C已經向A發送了應該發送給B的IP分組，這很不幸，但是因為IP提供的是無保證的傳輸，所以不會產生大的問題。

　　4、管理ARP緩存表

　　ARP緩存表是對的列表，根據IP地址索引。該表可以用命令arp來管理，其語法包括：

　　向表中添加靜態表項 -- arp -s

　　從表中刪除表項 -- arp -d

　　顯示表項 -- arp -a

　　ARP表中的動態表項(沒有手動加入的表項)通常過一段時間自動刪除，這段時間的長度由特定的TCP/IP實現決定。

　　5、靜態ARP地址的使用 www.arpun.com

　　靜態ARP地址的典型使用是設置獨立的打印服務器，這些設備通常通過telnet來配置，但首先它們需要一個IP地址。沒有明顯的方法來把此信息告訴該設備，好象只能使用其串口來設置。但是，這需要找一個合適的終端和串行電纜，設置波特率、奇偶校驗等，很不方便。

　　假設我們想給一個打印服務器設置IP地址P-IP，並且我們知道其硬件地址P-hard，在工作站A上創建一個靜態ARP表項把P-IP映射到P-hard，這樣，雖然打印服務器不知道自己的IP地址，但是所有指向P-IP的數據就將被送到P-hard。我們現在就可以telnet到P-IP並配置其IP地址了，然後再刪除該靜態ARP表項。

　　有時會在一個子網裡配置打印服務器，而在另一個子網裡使用它，方法與上面類似。假設其IP地址為P-IP，我們分配一個本網的臨時IP地址T-IP給它，在工作站A上創建臨時ARP表項把T-IP映射到P-hard，然後telnet到T-IP，給打印服務器配以IP地址P-IP。接下來就可以把它放到另一個子網裡使用了，別忘了刪除靜態ARP表項。

　　6、代理ARP

　　可以通過使用代理ARP來避免在每台主機上配置路由表，在使用子網時這特別有用，但注意，不是所有的主機都能理解子網的。基本的思想是即使對於不在本子網的主機也發送ARP請求，ARP代理服務器(通常是網關)回應以網關的硬件地址，見下圖，注意與上面的圖比較一下。

　　代理ARP簡化了主機的管理，但是增加了網絡的通信量(不是很明顯)，並且可能需要較大的ARP緩存，每個不在本網的IP地址都被創建一個表項，都映射到網關的硬件地址。在使用代理ARP的主機看來，世界就象一個大的沒有路由器物理網絡.