注入默認(rèn)路由優(yōu)化局域網(wǎng)接入Internet的配置效率和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性

汪海濤 杜紅濤 戴宏明

摘? 要：局域網(wǎng)接入到Internet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，客戶端訪問Internet的數(shù)據(jù)包先轉(zhuǎn)到三層交換機，三層交換機設(shè)置默認(rèn)路由轉(zhuǎn)到出口路由器，再由出口路由器轉(zhuǎn)向Internet。如果局域網(wǎng)的三層交換機數(shù)量較多，每個三層交換機都需要設(shè)置默認(rèn)路由指向出口路由器，配置上顯得比較麻煩。本文針對某一局域網(wǎng)接入Internet的網(wǎng)絡(luò)方案，論述注入默認(rèn)路由技術(shù)，分析注入默認(rèn)路由工作過程，實現(xiàn)局域網(wǎng)出口路由器配置默認(rèn)路由并且將默認(rèn)路由注入到局域網(wǎng)，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和配置方法的有效性。

關(guān)鍵詞：默認(rèn)路由;數(shù)據(jù)包;局域網(wǎng);注入

Abstract： In Local Area Network （LAN） access to the Internet， data packets of client accessing the Internet are transferred to layer-3 switch first， layer-3 switch then sets a default route to an export router， after that data packets are transferred to the Internet from export router. If the number of layer-3 switches in LAN is large， each layer-3 switch would need to set a default route to export router， which makes configuration rather cumbersome. Aiming at a LAN access to the Internet network scheme， the paper discusses a default routing injection technology， analyzes the injection default routing work process， implements the default route with the LAN export router and injects the default route into LAN， which improves the stability and effectiveness of network configuration.

Keywords： default route; packet; LAN; injection

1? 引言（Introduction）

很多局域網(wǎng)接入到Internet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境中，局域網(wǎng)的主機訪問外網(wǎng)，必須經(jīng)過局域網(wǎng)的出口路由器。局域網(wǎng)的主機默認(rèn)網(wǎng)關(guān)是三層交換機的VLAN地址，三層交換機必須配置默認(rèn)路由將主機訪問外網(wǎng)的請求交給出口路由器去處理。局域網(wǎng)的三層交換機臺數(shù)如果比較多，每臺三層交換機都配置默認(rèn)路由指向出口路由器，就顯得配置較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)的可管理性較差。

注入默認(rèn)路由，可以簡化被注入?yún)^(qū)域的網(wǎng)絡(luò)配置，提高網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)效率[1]。被注入默認(rèn)路由的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的三層設(shè)備都會增加一條默認(rèn)路由的指向，引導(dǎo)數(shù)據(jù)包從注入設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)[2]。

2? 注入默認(rèn)路由的概念（The concept of injecting default route）

（1）默認(rèn)路由的概念

默認(rèn)路由是一種特殊的靜態(tài)路由。路由器或者網(wǎng)絡(luò)中的三層設(shè)備收到一個數(shù)據(jù)包，首先在其路由表查看有沒有條目匹配到數(shù)據(jù)包的目的地址網(wǎng)段，如果有就轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳IP節(jié)點處理，如果沒有就查看有沒有默認(rèn)路由（即0.0.0.0的網(wǎng)絡(luò)）條目，若有默認(rèn)路由，就轉(zhuǎn)發(fā)到默認(rèn)路由所指向的下一跳IP節(jié)點[3]。如果沒有默認(rèn)路由，那么目的地址在路由表中沒有匹配表項的數(shù)據(jù)包包將被丟棄[4]。所以默認(rèn)路由是指路由器在路由表中如果找不到到達(dá)目的得具體路由條目時，最后會采用的路由，默認(rèn)路由通常會在出口路由器（網(wǎng)關(guān)）中使用。

默認(rèn)路由的配置命令是：ip? route 0.0.0.0? 0.0.0.0 接口/下一跳IP，使用0.0.0.0匹配所有的IP地址，0表示wildcard，任何值都是可以的，達(dá)到默認(rèn)路由的效果[5]。

（2）注入默認(rèn)路由的概念

注入默認(rèn)路由就是讓某一個區(qū)域中的三層設(shè)備把未知IP路由送到這臺注入默認(rèn)路由的設(shè)備，或者說給這個區(qū)域的所有三層設(shè)備配置一個網(wǎng)關(guān)[6]。

被注入默認(rèn)路由的這個區(qū)域可以是一個局域網(wǎng)的范圍，也可以是運行某個動態(tài)路由協(xié)議的三層設(shè)備范圍，這時需要在局域網(wǎng)運行的動態(tài)路由中注入默認(rèn)路由就可以了[7]。

3? 注入默認(rèn)路由工作過程分析（Working process analysis of injecting default route）

網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包發(fā)到三層路由設(shè)備后，路由設(shè)備會查找路由表，當(dāng)在路由表中找不到與IP包的目的地址精確匹配的路由時，路由設(shè)備會選擇默認(rèn)路由來轉(zhuǎn)發(fā)包。

處于邊界位置的路由器配置默認(rèn)路由指向其他的網(wǎng)絡(luò)，那么它可以把該默認(rèn)路由注入它運行的另外一個路由協(xié)議中，這樣就可以讓被注入的區(qū)域內(nèi)的設(shè)備通過這個邊界路由器的默認(rèn)路由訪問其他的網(wǎng)絡(luò)。有的情況下，也可以把這種注入默認(rèn)路由器行為，理解為把默認(rèn)路由重分發(fā)到另外一個路由協(xié)議中[8]。

在圖1中，左邊的區(qū)域由R0、R3和R4組成并運行RIP協(xié)議，右邊的區(qū)域由R1和R2組成運行其他路由協(xié)議，R0為邊界路由器。R0配置默認(rèn)路由通過接口S1/0指向右邊的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，并將默認(rèn)路由注入左邊的RIP區(qū)域，讓R3和R4被注入默認(rèn)路由，從而通過R0訪問右邊的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。具體配置如圖2所示。

4? 注入默認(rèn)路由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)（Design and implementation of the injecting default routing network system）

4.1? ?方案的總體分析規(guī)劃

本項目以注入默認(rèn)路由技術(shù)，解決局域網(wǎng)計算機訪問Internet的問題。系統(tǒng)為某高校局域網(wǎng)，R1和R2是外網(wǎng)Internet的路由器，PC4為Internet的主機，外網(wǎng)運行OSPF協(xié)議。R0是局域網(wǎng)的出口路由器，S1是局域網(wǎng)的核心交換機，S2和S3是局域網(wǎng)的匯聚層交換機，其他是二層交換機，局域網(wǎng)運行RIP協(xié)議?，F(xiàn)在，要求所有局域網(wǎng)的用戶PC0-3可以訪問外網(wǎng)Internet。

4.2? ?方案的實現(xiàn)

（1）方案的前期基本參數(shù)的配置，交換機和路由器各個接口ip地址的配置，二層交換機vlan的劃分，計算機ip地址、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的配置，局域網(wǎng)RIP路由協(xié)議的配置，外網(wǎng)OSPF路由協(xié)議的配置，出口路由器NAT的配置。

（2）局域網(wǎng)的計算機PC0-3訪問外網(wǎng)Internet用戶PC4，數(shù)據(jù)包首先發(fā)給接入層交換機然后到達(dá)三層交換機S2和S3。此時，三層交換機S2和S3根據(jù)路由表來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，RIP協(xié)議只是在局域網(wǎng)配置的路由協(xié)議，所以S2和S3必須手動配置默認(rèn)路由指向S1。核心交換機S1收到數(shù)據(jù)包，也需要根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，也必須手動配置路由協(xié)議指向出口路由器R0。出口路由器R0收到數(shù)據(jù)包，經(jīng)過NAT處理后，也需要根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，R0可以配置OSPF協(xié)議訪問Internet的網(wǎng)段，也可以配置默認(rèn)路由指向Internet。

（3）簡化上述第二階段配置，在R0設(shè)置默認(rèn)路由并將默認(rèn)路由注入局域網(wǎng)的RIP協(xié)議。

上述第二階段配置，局域網(wǎng)每個三層交換機都需要配置默認(rèn)路由，最終目標(biāo)都是通過出口路由器R0將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)往外網(wǎng)Internet，顯得配置重復(fù)，管理不便?，F(xiàn)在，在R0上不啟用OSPF協(xié)議，直接配置默認(rèn)路由指向外網(wǎng)Internet，再將默認(rèn)路由注入局域網(wǎng)的RIP協(xié)議中。

可以看到出口路由器只需要配置一條默認(rèn)路由命令指向外網(wǎng)Internet，不需要配置OSPF路由協(xié)議，這樣OSPF協(xié)議的路由更新信息就不會到達(dá)R0，從而減少了路由更新的范圍，提高了網(wǎng)絡(luò)的效率。R0再將默認(rèn)路由注入局域網(wǎng)的RIP協(xié)議中，“告訴”局域網(wǎng)的三層設(shè)備出去訪問外網(wǎng)Internet從R0發(fā)出，局域網(wǎng)的三層設(shè)備將自動增加一條默認(rèn)路由指向R0，從而簡化了局域網(wǎng)三層設(shè)備的配置，提高了網(wǎng)絡(luò)的可管理性。

（4）注入默認(rèn)路由后，局域網(wǎng)三層設(shè)備路由表的變化。

在R0上配置默認(rèn)路由并將默認(rèn)路由注入RIP路由協(xié)議后，局域網(wǎng)的三層交換機的路由表會自動增加一條默認(rèn)路由指向R0。具體如圖6所示。

4.3? ?系統(tǒng)測試結(jié)果

最后，查看局域網(wǎng)的PC0訪問外網(wǎng)Internet用戶PC4，看看經(jīng)過的節(jié)點是否是PC0-二層交換機-S2-S1-R0-R1-R2-PC4？在出口路由器R0上向局域網(wǎng)注入默認(rèn)路由后，局域網(wǎng)的用戶可以準(zhǔn)確找到出口路由器R0并訪問到外網(wǎng)Internet。結(jié)果如圖7所示。

采用出口路由器配置默認(rèn)路由并注入局域網(wǎng)的方法，避免出口路由器R0配置外網(wǎng)絡(luò)由協(xié)議OSPF，這樣OSPF的路由更新信息不能到達(dá)R0，路由泛洪不會影響到R0，極大地提高了出口路由器的工作效率，保障了其安全性和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

5? ?結(jié)論（Conclusion）

本文主要討論了局域網(wǎng)接入外網(wǎng)Internet方式、默認(rèn)路由配置和注入技術(shù)。局域網(wǎng)的出口路由器配置默認(rèn)路由并注入到局域網(wǎng)的方法，可以減少外網(wǎng)路由協(xié)議對R0的路由泛洪，可以簡化局域網(wǎng)內(nèi)部三層設(shè)備的默認(rèn)路由配置。最后，系統(tǒng)成功讓出口路由器R0配置默認(rèn)路由并將默認(rèn)路由注入局域網(wǎng)RIP協(xié)議中，局域網(wǎng)的用戶PC0-3都可以通過注入的默認(rèn)路由成功訪問到外網(wǎng)Internet用戶PC4，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可管理性和穩(wěn)定性。

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[8] Jeff Doyle.TCP/IP路由技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

作者簡介：

汪海濤（1978-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)工程，下一代互聯(lián)網(wǎng)，軟件定義網(wǎng)絡(luò).

杜紅濤（1977-），男，本科，工程師.研究領(lǐng)域：工業(yè)自動化，信息化系統(tǒng)研發(fā)及實施管理.本文通訊作者.

戴宏明（1978-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，大數(shù)據(jù)及人工智能.