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路由器的硬件构造

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发表于 2011-11-20 10:43:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”,以使它们能够相互“读”懂对方的数据,从而构成一个更大的网络。路由器由硬件和软件组成。硬件主要由中央处理器、内存、接口、控制端口等物理硬件和电路组成;软件主要由路由器的IOS操作系统组成。. a) O. t9 W" x6 ?: X. a4 P) e
   
$ \4 `; H$ P# G2 H6 {6 l6 w    我们以当前普遍应用的Cisco路由器为例给大家介绍一下路由器的硬件组成及其工作情况。让大家在使用它们的同时,对它们的组成也有所了解。8 B+ D: T1 h0 l2 e
    ) L8 R# E- [  ^# F. |4 i' v
    中央处理器(CPU)
( g; o' |. l) U6 s/ b4 l- U   
4 ^% F# V  b, z" \6 J; _4 T' K7 M  z    与计算机一样,路由器也包含了一个中央处理器(CPU)。不同系列和型号的路由器,其中的CPU也不尽相同。Cisco路由器一般采用Motorola 68030和Orion/R4600两种处理器。路由器的CPU负责路由器的配置管理和数据包的转发工作,如维护路由器所需的各种表格以及路由运算等。路由器对数据包的处理速度很大程度上取决于CPU的类型和性能。* G8 J8 n/ v! g% v9 K4 M2 v; g
   
( N8 Z/ y6 G  @7 _    内存  路由器采用了以下几种不同类型的内存,每种内存以不同方式协助路由器工作。) n0 ?. F" N$ a2 A( ~) `; @
   
# w  z4 V1 z. |" |' ~2 d* D9 }    1.只读内存(ROM)
4 d: v+ C, r+ s: M' S   
) `! ]7 z! S% |    只读内存(ROM,Read .ly Memory)在Cisco路由器中的功能与计算机中的ROM相似,只能读取而不能写入,通常用来存储生产厂家固化写入的程序数据,在特定专业条件下才可以写入如要进行升级,则要替ROM芯片。ROM中主要包含:& l3 ?' F$ S+ `4 e, x( @6 p
    . f, S) O& _% u' S/ o/ A
    1)系统加电自检代码(POST),用于检测路由器中各硬件部分是否完好;
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: _) }3 A3 ~- t" v* V! [2 R/ F, ?    2)系统引导区代码(BootStrap),用于启动路由器并载入IOS操作系统;. R; r5 S4 g- E# X
    6 o" u. P; y2 c: y; x- E4 C
    3)备份的IOS操作系统,以便在原有IOS操作系统被删除或破坏时使用。通常,这个IOS比现运行IOS的版本低一些,但却足以使路由器启动和工作。. D. c0 [9 i+ `5 c. g
   
& v9 Q" k. U( D* p0 M4 \& I    2.闪存(Flash)" ~# p( g; x! }4 o: u5 A
    + Y) f& @5 G0 p) O. H
    闪存(Flash)是可读可写的存储器,在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。Flash中存放着当前使用中的IOS。事实上,如果Flash容量足够大,甚至可以存放多个操作系统,这在进行IOS升级时十分有用。当不知道新版IOS是否稳定时,可在升级后仍保留旧版IOS,当出现问题时可迅速退回到旧版操作系统,从而避免长时间的网路故障。
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    3.非易失性RAM (NVRAM)
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    非易失性RAM(Nonvolatile RAM)是可读可写的存储器,在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。由于NVRAM仅用于保存启动配置文件(Startup-Config),故其容量较小,通常在路由器上只配置32KB~128KB大小的NVRAM。同时,NVRAM的速度较快,成本也比较高。' l* _. g4 O' P
    - Z+ m/ M+ ], P0 W# t* I6 b
    4.随机存储器 (RAM)
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0 {' @/ g9 f. }) H& y    RAM也是可读可写的存储器,但它存储的内容在系统重启或关机后将被清除。和计算机中的RAM一样,Cisco路由器中的RAM也是运行期间暂时存放操作系统和数据的存储器,让路由器能迅速访问这些信息。RAM的存取速度优于前面所提到的3种内存的存取速度。% L/ q- y9 n. |7 p# C7 l
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    运行期间,RAM中包含路由表项目、ARP缓冲项目、日志项目和队列中排队等待发送的分组。除此之外,还包括运行配置文件(Running-config)、正在执行的代码、IOS操作系统程序和一些临时数据信息。( l6 Y+ M' [% V
    ; C$ [' b: D$ E
    路由器的类型不同,IOS代码的读取方式也不同。如Cisco 2500系列路由器只在需要时才从Flash中读入部分IOS;而Cisco 4000系列路由器整个IOS必须先全部装入RAM才能运行。因此,前者称为Flash运行设备(Run from Flash),后者称为RAM运行设备(Run from RAM)。
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: ~4 }* s, _* ~4 ~    PS:RAM有两大类,一种称为静态RAM,Static RAM/SRAM。SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备了,但是它也非常昂贵。所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲,二级缓冲。另一种称为动态RAM,Dynamic RAM/DRAM,动态RAM的速度比SRAM慢,不过比任何ROM都要快。计算机内存就是DRAM的。DRAM 只能将数据保持很短的时间。为了保持数据,DRAM 必须隔一段时间刷新(refresh)一次。如果存储单元没有被刷新,数据就会丢失。1 t) d8 q1 e6 H! z
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    路由器加电启动过程:
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' a  k( H( K; K. v; N5 W    1)系统硬件加电自检。运行ROM中的硬件检测程序,检测各组件能否正常工作。完成硬件检测后,开始软件初始化工作。$ c+ w( V+ O( i1 o/ V3 q
   
6 \3 R8 b" Z% s    2)软件初始化过程。运行ROM中的BootStrap程序,进行初步引导工作。, ^' ~) C* e' O0 y+ y2 X
   
( V9 N! s: a/ b" Q% \7 W4 `    3)寻找并载入IOS系统文件。IOS系统文件可以存放在多处,至于到底采用哪一个IOS,是通过命令设置指定的。% w, e! O9 v1 D! U$ |. i- ]1 H7 Z
    . \# z# b; L/ {4 H' }
    4)IOS装载完毕,系统在NVRAM中搜索保存的Startup-Config文件,进行系统的配置。如果NVRAM中存在Startup-Config文件,则将该文件调入RAM中并逐条执行。否则,系统进入Setup模式,进行路由器初始配置。
3 W' T9 m+ v$ m$ }, X! ?& K( f   
$ i  Z2 F6 f; T, a8 {6 m    路由器接口* F: ~7 x* C# e8 {
   
2 S& `3 u; c# t* N3 Q+ s    所有路由器都有接口(Interface),每个接口都有自己的名字和编号。一个接口的全名称由它的类型标志与数字编号构成,编号自0开始。对于接口固定的路由器(如Cisco 2500系列)或采用模块化接口的路由器(如Cisco  4700系列),在接口的全名称中,只采用一个数字,并根据它们在路由器的物理顺序进行编号,例如Ethernet0表示第1个以太网接口,Serial1表示第2个串口。# n. y4 @& o  q7 H. l# \6 J
   
" Y& N: W, x6 h% H. D    对于支持“在线插拔和删除”或具有动态更改物理接口配置的路由器,其接口全名称中至少包含两个数字,中间用斜杠“/”分割。其中,第1个数字代表插槽编号,第2个数字代表接口卡内的端口编号。如Cisco 3600路由器中,serial3/0代表位于3号插槽上的第1个串口。
# p& E, y0 X7 Z% u* Y9 q5 Z& @: n    4 z0 X, f% R  e0 r# k
    对于支持“万用接口处理器(VIP)”的路由器,其接口编号形式为“插槽/端口适配器/端口号”,如Cisco 7500系列路由器中,Ethernet4/0/1是指4号插槽上第1个端口适配器的第2个以太网接口。
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( V8 X2 m6 g% E: T    控制台端口- C/ r: e+ v; m! o: ?0 C
   
8 ]( y! Y9 @) m# l* x6 e" Q/ e    所有路由器都安装了控制台端口,使用户或管理员能够利用终端与路由器进行通信,完成路由器配置。该端口提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口,用于在本地对路由器进行配置(首次配置必须通过控制台端口进行)。路由器的型号不同,与控制台进行连接的具体接口方式也不同,有些采用DB25连接器。
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