路由器基礎(chǔ)配置及數(shù)據(jù)傳輸淺析

　　在現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的時(shí)代中，路由器有著舉足輕重的作用。因?yàn)槁酚善髯鳛榫W(wǎng)絡(luò)層中的中繼系統(tǒng)，提供著一個(gè)在第三層網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)的路由選擇與轉(zhuǎn)發(fā)功能。因此，路由器的功能、作用及基礎(chǔ)配置都是作為IT行業(yè)成員的我們必須熟練掌握的。 

　　以下，我們將從兩方面對(duì)路由器作一個(gè)簡(jiǎn)要的分析：即如何在實(shí)驗(yàn)中搭建一個(gè)最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并在其配置中常會(huì)碰到的情況及相對(duì)應(yīng)的解決方法；以及對(duì)在網(wǎng)際中的數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)封裝協(xié)議（HDLC與PPP）、鏈路壓縮進(jìn)行傳輸速率的比較。 

　　路由器配置及網(wǎng)絡(luò)搭建 

　　要組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就須在應(yīng)用中對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要有一個(gè)很清晰的了解，而在物理上的正確連接、路由器中的分配IP地址、廣域網(wǎng)路由協(xié)議的選擇及局域網(wǎng)的接入等都是在實(shí)際應(yīng)用中必需十分注意的。以下則是我們經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行起來(lái)的三個(gè)主要方面。 

　　一、網(wǎng)間的物理連接 

　　在我們的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，運(yùn)用了最簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)環(huán)境，通過(guò)一對(duì)MODEM把兩臺(tái)路由器的廣域網(wǎng)口連接起來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。MODEM間連接雙絞線(直通線) ，還要給予線路傳輸?shù)膸�寬。而在局域網(wǎng)口,路由器直接與一臺(tái)微機(jī)相連。但在實(shí)際的應(yīng)用中，往往并不單單是兩臺(tái)路由器相連，或要多臺(tái)路由器、交換機(jī)、集線器等。這要視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量、位置，根據(jù)環(huán)境和要求進(jìn)一步考慮。 

　　二、路由器的配置 

　　因?yàn)榻裉斓穆酚善魉�包含的已不僅僅是對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與路由轉(zhuǎn)換的概念，它還可以實(shí)現(xiàn)多種意義和功能，如：安全限制、流量控制等。所以，在此我們只是簡(jiǎn)要介紹一下實(shí)現(xiàn)其原始功能的幾個(gè)步驟。首先，進(jìn)入端口模式，給予每個(gè)廣域網(wǎng)口及以太網(wǎng)口一個(gè)IP地址與相應(yīng)的地址掩碼。其次，在廣域網(wǎng)口要設(shè)置帶寬與數(shù)據(jù)的鏈路傳輸封裝協(xié)議(在實(shí)驗(yàn)中我們分別使用了HDLC及PPP協(xié)議)。最后，要配置路由協(xié)議，在大型的網(wǎng)絡(luò)中，可選用的有很多不同的協(xié)議(靜態(tài)路由、動(dòng)態(tài)的OSPF、EIGRP)。而我們則選用的是CISCO的專有動(dòng)態(tài)路由協(xié)議EIGRP。 

　　三、用戶終端的設(shè)定 

　　為了實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)便，為此我們只在以太網(wǎng)內(nèi)放置了一臺(tái)微機(jī)與以太網(wǎng)口相連。從以太口接出的所有設(shè)備都必須要對(duì)其指定一個(gè)IP地址且是與路由器的以太網(wǎng)口同一網(wǎng)段的，同時(shí)以路由器的以太網(wǎng)口為網(wǎng)關(guān)，才能保證以太網(wǎng)與外網(wǎng)段正常交換信息。

　　經(jīng)過(guò)上面的三點(diǎn)配置，這個(gè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)就能運(yùn)行起來(lái)。利用PING命令即可檢測(cè)兩臺(tái)微機(jī)間是否能正常通信。但在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，在以上的每一個(gè)方面中,還有很多需要注意的小地方。以下即是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)當(dāng)中所得的幾點(diǎn)體會(huì)。 

　　一.廣域網(wǎng)中連接的ASCOM是智能的，因此在連接后等待兩個(gè)MODEM的時(shí)鐘同步后即可進(jìn)行通信。但需要注意的是在此對(duì)MODEM中會(huì)自定義一主一從或手工設(shè)定也可，當(dāng)主MODEM改變傳輸?shù)乃俾蕰r(shí)，鏈路自動(dòng)斷開(kāi)，從MODEM會(huì)與主MODEM進(jìn)行時(shí)鐘重同步以新設(shè)定的速率通信。 

　　二.在路由器的端口狀態(tài)檢查中，當(dāng)接口與下聯(lián)設(shè)備連接，端口為UP；當(dāng)下聯(lián)設(shè)備處于開(kāi)啟狀態(tài)，而且連接的鏈路協(xié)議也配置完成，端口的協(xié)議狀態(tài)才會(huì)呈現(xiàn)UP。 

　　三.配置路由協(xié)議時(shí)，如果協(xié)議還沒(méi)有起來(lái)，檢查路由器的狀態(tài)則是所有端口都是UP，但鏈路卻不通。這是由于路由器沒(méi)有把下連設(shè)備的路由信息傳給上連路由器的路由表，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)就只能通過(guò)上連路由器的路由表找到直接相連的網(wǎng)段卻找不到下一跳相連的網(wǎng)段地址。只有在協(xié)議正常運(yùn)行后，路由器通過(guò)路由協(xié)議學(xué)習(xí)到網(wǎng)絡(luò)中的路由，才能把得到的數(shù)據(jù)對(duì)其下一跳進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。還要注意起用路由協(xié)議時(shí)，網(wǎng)絡(luò)號(hào)的指定是指運(yùn)用此路由協(xié)議的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 

　　四.路由器廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層封裝協(xié)議要同步，就是收發(fā)數(shù)據(jù)必須用同一種封裝協(xié)議，否則廣域網(wǎng)口會(huì)丟掉與接口封裝類型不相同的數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致鏈路的不通。 

　　五.由于微機(jī)與路由器的接口屬于同類網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，要用反雙絞線(交叉線)進(jìn)行連接。同樣的情況還有交換機(jī)與集線器的相連。也可以通過(guò)端口的標(biāo)識(shí)判定。同種標(biāo)識(shí)則用交叉線，反之，用直通線。 

　　數(shù)據(jù)的傳輸 

　　網(wǎng)絡(luò)本身的意義就在于它能使信息更快，更便捷的傳送到網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的整個(gè)區(qū)域范圍，從而實(shí)現(xiàn)信息化和全球化的時(shí)代要求。但信息的傳送必須要得到正確、完整的保證。在計(jì)算機(jī)通信的早期人們就已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于經(jīng)常產(chǎn)生誤碼的實(shí)際鏈路，只要加上合適的控制規(guī)程，就可以使通信變?yōu)楸容^可靠的。這些規(guī)程演變到現(xiàn)在，成為網(wǎng)際間的數(shù)據(jù)傳輸封裝協(xié)議有HDLC、PPP、ATM、幀中繼等。于是，在兩臺(tái)微機(jī)可以在這個(gè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)通信后，我們不但對(duì)HDLC與PPP進(jìn)行了傳輸速率，還用CISCO路由器分別在這兩種協(xié)議下的加壓縮與不加壓縮時(shí)的狀態(tài)做了一個(gè)比較。 

　　用于測(cè)試傳輸速度的軟件是5.58M的一個(gè)注冊(cè)表文件，使用FTP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。傳輸過(guò)程應(yīng)用了二進(jìn)制算法和HASH排序，得出的結(jié)果在下表中列出。

　　從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以看出在同樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，HDLC與PPP相比，在正常的情況下，PPP要稍快一點(diǎn)。在加壓縮后，兩協(xié)議都明顯要比未壓縮前要快。這是什么原因呢？那么就從他們的結(jié)構(gòu)開(kāi)始說(shuō)起吧。 

　　HDLC（High-level Data Link Control），高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制。前身是面向比特的規(guī)程SDLC，后經(jīng)ISO修改才稱為HDLC的。在CISCO的路由器中，HDLC是默認(rèn)的傳輸協(xié)議，與普通的HDLC的結(jié)構(gòu)相似，為此，我們就以普通的HDLC對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 

　　HDLC的幀結(jié)構(gòu) 

　　數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)是以幀為單位的。一個(gè)幀的結(jié)構(gòu)具有固定的格式。標(biāo)志字段F(Flag )，放在幀的開(kāi)頭和結(jié)尾，作為幀的邊界，用于解決比特同步的問(wèn)題。幀校驗(yàn)序列FCS(Frame Check Sequence)字段共占16bit，它采用的生成多項(xiàng)式是CRC-CCITT。所檢驗(yàn)的范圍是從地址字段的第1個(gè)比特起，到信息字段的最末1個(gè)為止�？刂谱侄蜟共8bit。HDLC的許多重要功能都要靠控制字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。 

　　PPP的幀格式和HDLC的相似。與HDLC不同的是多了2個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。當(dāng)協(xié)議字段為0x0021時(shí)，信息字段就是IP數(shù)據(jù)報(bào)。若為0xC021，則信息字段是鏈路控制數(shù)據(jù)，而0x8021表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。PPP不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸。PPP工作在網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層中，包括NCP與LCP協(xié)議。NCP是在第三層用于局域網(wǎng)中的多協(xié)議封裝，LCP用于第二層的廣域網(wǎng)鏈路控制協(xié)議。 

　　從兩者的結(jié)構(gòu)上來(lái)看，PPP有比HDLC更復(fù)雜的控制機(jī)制，處理的時(shí)候需要的時(shí)間相對(duì)要多些。從通信的連接來(lái)看，HDLC在連接與斷開(kāi)時(shí)采取的是雙方握手協(xié)議；PPP使用的是一個(gè)鑒別認(rèn)證機(jī)制，雙方通過(guò)連接，然后協(xié)商，身份的鑒別，LCP的配置，打開(kāi)通信到通信結(jié)束，完成整個(gè)過(guò)程。所以在整個(gè)測(cè)試中，PPP在鏈路的連接到數(shù)據(jù)的處理，所耗費(fèi)的時(shí)間都要比HDLC要多。特別在大行的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，更能體現(xiàn)出HDLC的傳輸速度。但PPP在安全方面卻比HDLC要更勝一籌，其身份驗(yàn)證可以根據(jù)安全的要求對(duì)所有接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)鑒定后才會(huì)把數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)否則丟棄掉。因此，對(duì)兩協(xié)議的選用可視傳輸?shù)囊�求�?lái)考慮。（以下分別是兩協(xié)議的通信鏈路連接狀態(tài)圖） 

　　此外，我們對(duì)兩種協(xié)議進(jìn)行了鏈路的壓縮傳送。結(jié)果，在速度方面，兩者都有了顯著的提高。其實(shí)，所謂的壓縮也就是對(duì)傳輸實(shí)體進(jìn)行的，對(duì)包頭和負(fù)載的壓縮。鏈路壓縮并不是指單單一個(gè)特別的協(xié)議功能，而CISCO就提供了兩種專用于路由器傳輸數(shù)據(jù)的壓縮算法----Stac與Predictor。但在HDLC結(jié)構(gòu)中，Stac是唯一的選擇。STAC對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮實(shí)際上是通過(guò)對(duì)一些多余字串的數(shù)據(jù)流用特定的標(biāo)記替代，而這些帶有信息量的標(biāo)記都是明顯短于所替代的數(shù)據(jù)流的。如果算法在數(shù)據(jù)中不能找到可以替代的字串，那么將不會(huì)有壓縮的情況發(fā)生，或者在傳輸中就像壓縮功能沒(méi)有被激活一般。在一些應(yīng)用中，例如是在發(fā)送加密數(shù)據(jù)時(shí)，壓縮就只會(huì)增加傳輸?shù)拈_(kāi)銷(xiāo)，所以在這類情況中，是不會(huì)對(duì)原始傳輸進(jìn)行修改。而且Stac壓縮算法對(duì)占用CPU的資源有較高要求，往往不被采用于高CPU利用率的路由器中。Predictor壓縮算法就如其名字一般。這一CISCO優(yōu)先算法是通過(guò)嘗試從一個(gè)操作檢索系統(tǒng)中預(yù)測(cè)出即將到來(lái)的特征數(shù)據(jù)序列，而這個(gè)系統(tǒng)就是基于壓縮字典生成的。何為壓縮字典，其實(shí)它就是一本由眾多可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)序列組合成的編碼書(shū)。如果一個(gè)特征數(shù)據(jù)流在此字典中被發(fā)現(xiàn)，且與字典中的其中一條目完全吻合，那么，此字典條目將會(huì)用來(lái)替代數(shù)據(jù)流。得出的條目包含的是更小更短的特征序列。在遠(yuǎn)端，這些特征將會(huì)與數(shù)據(jù)字典再次做一個(gè)對(duì)比進(jìn)行解碼。數(shù)據(jù)流就會(huì)被找出及用合適的信息替換。Predictor壓縮算法就如形體語(yǔ)言一般，利用一個(gè)手勢(shì)即可表達(dá)整個(gè)的句子與含義（壓縮），遠(yuǎn)比拼出由一個(gè)個(gè)單獨(dú)的詞語(yǔ)所組成的句子與含義（無(wú)壓縮）來(lái)得簡(jiǎn)單。因?yàn)樗�有的群體對(duì)手勢(shì)語(yǔ)言都能理解，所以相互間能夠很好的溝通。相反，當(dāng)其中一人在交流時(shí)包含了一個(gè)未知的形體語(yǔ)言，那么相互間的溝通將不會(huì)產(chǎn)生。在壓縮中同樣會(huì)出現(xiàn)缺少交流的情況。如在一方選用了壓縮算法，那么在另一方也必須使用。（需要注意的是，兩端所使用的算法必須一致。）Stac是高CPU占用，而Predictor卻是極端的高內(nèi)存占用。因此，如果路由器沒(méi)有配備大容量的RAM，那就想也別想實(shí)行Predictor算法。但如果RAM充足的話，使用Predictor也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 

　　因?yàn)樯鲜鰧?shí)驗(yàn)在一個(gè)理想化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行，并受到條件和設(shè)備等限制，測(cè)試得出的數(shù)據(jù)并不能在所有環(huán)境中適用。我們的水平有限，經(jīng)驗(yàn)尚淺，本文的不足之處，還望同行多予指點(diǎn)。