路由交換技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的研究

張躍

（六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，貴州六盤水，553003）

0 引言

路由交換技術(shù)包含路由器和交換機(jī)方面的相關(guān)知識，路由是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]，交換是數(shù)據(jù)交換技術(shù)，但數(shù)據(jù)在一個(gè)需要網(wǎng)絡(luò)交換的時(shí)候，交換也包括路由技術(shù)，如果單純在一個(gè)交換機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換，就不包括路由了。交換的概念很廣泛，有電路交換，分組交換，要具體場景，具體情況具體分析；路由是明確的網(wǎng)絡(luò)層交換技術(shù)。路由是三層技術(shù)，交換是二層技術(shù)。

1 VLAN技術(shù)

■1.1 二層交換機(jī)與三層交換機(jī)

二層交換機(jī)：二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識別MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) ，不具備路由功能三層交換機(jī)：就是具有部分路由器功能的交換機(jī)，具備二層交換的功能。三層交換機(jī)的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務(wù)的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)。 在二層交換機(jī)中可以配置IP，這個(gè)IP不是端口的IP，而是VLAN[2-3]的IP，是為了方便管理交換機(jī)而設(shè)置的，例如通過telnet方式登錄交換機(jī)進(jìn)行交換機(jī)管理，需要IP地址在三層交換機(jī)中配置IP，主要是實(shí)現(xiàn)不同VLAN間通信，同樣也可以實(shí)現(xiàn)對交換機(jī)的管理，在三層交換機(jī)中的端口通過no switchport命令變成路由端口，這樣的端口可以配置IP地址，而二層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)不了。

一個(gè)交換機(jī)虛擬接口（Switch Virtual Interface，SVI）代表一個(gè)由交換端口構(gòu)成的VLAN，以便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中路由功能，當(dāng)需要不同vlan間通信時(shí)，使用SVI接口能達(dá)到目的，其實(shí)SVI就是指通常所說的VLAN接口，只不過它是虛擬的，用于連接整個(gè)VLAN，所以通常也把這種接口稱為邏輯三層接口，也是三層接口。SVI接口通過interface vlan id進(jìn)行創(chuàng)建。SVI接口可以同時(shí)是該交換機(jī)的管理接口和下層設(shè)備的網(wǎng)關(guān)接口（路由連接口）。SVI提供到系統(tǒng)的IP主機(jī)連接。在三層模式中，可以配置通過SVI的路由。

最早使用路由器做單臂路由時(shí)，一般需要在LAN接口上設(shè)置對應(yīng)各VLAN的子接口；而三層交換機(jī)則是在內(nèi)部生成“VLAN接口（SVI）”。VLAN接口，是用于各VLAN收發(fā)數(shù)據(jù)的接口，你可以把它想象成原來路由器做單臂路由的LAN口上的子接口就行了二層交換機(jī)的svi接口僅支持管理接口，三層交換機(jī)支持管理和vlan之間的路由。

■1.2 跨交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN

使在同一VLAN里的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能跨交換機(jī)進(jìn)行相互通信，而在不同VLAN里的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不能進(jìn)行相互通信。實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照拓?fù)鋱D進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的連接，注意主機(jī)和交換機(jī)連接的端口。

圖1 跨交換機(jī)VLAN

實(shí)驗(yàn)過程：在交換機(jī)SwitchA上創(chuàng)建Vlan 10，并將Fa1/0端口劃分到Vlan 10中。

2 靜態(tài)路由

■2.1 路由基礎(chǔ)

IP路由是使用路由器從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)包的過程，即數(shù)據(jù)包從一臺設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)往另一臺處在不同網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)。路由器并不關(guān)心這些主機(jī),它們只關(guān)心網(wǎng)絡(luò)和通向每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑,目的主機(jī)的邏輯網(wǎng)絡(luò)地址是用來保證數(shù)據(jù)包可以通過路由網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目網(wǎng)絡(luò)的路由器可以從相鄰的路由器或從管理員那里認(rèn)識遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。之后,路由器需要建立一個(gè)描述如何尋找遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的路由表(-張網(wǎng)絡(luò)地圖)。如果網(wǎng)絡(luò)是直接與路由器相連的,那么路由器自然就知道如何達(dá)到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)沒有直接與它相連,路由器必須通過學(xué)習(xí)來了解如何到達(dá)這個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò),所采用的方法只有兩種:靜態(tài)路由方式,即必須由人來手動輸人所有網(wǎng)絡(luò)位置到路由表中和動態(tài)路由的方式[4-5]。

■2.2 靜態(tài)路由配置

圖2 靜態(tài)路由

通過路由器Router0、Router1、Router2實(shí)現(xiàn)PC1和PC2通信

配置Router0

Router(config)#ip route 192.168.4.0 255.255.255.0

3 動態(tài)路由

■3.1 動態(tài)路由基礎(chǔ)

動態(tài)路由：簡單來說動態(tài)路由是指路由器使用協(xié)議能夠自動地建立自己的路由表，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況的變化適時(shí)地進(jìn)行調(diào)整。但它需要一定的路由器CPU處理時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)鏈接帶寬。路由協(xié)議定義了路由器與相鄰路由器通信時(shí)所使用的一組規(guī)則。

自治系統(tǒng)就是處于一個(gè)管理機(jī)構(gòu)控制之下的路由器和網(wǎng)絡(luò)群組。它可以是一個(gè)路由器直接連接到一個(gè)LAN上，同時(shí)也連到Internet上；它可以是一個(gè)由企業(yè)骨干網(wǎng)互連的多個(gè)局域網(wǎng)。在一個(gè)自治系統(tǒng)中的所有路由器必須相互連接，運(yùn)行相同的路由協(xié)議，同時(shí)分配同一個(gè)自治系統(tǒng)編號（采用唯一的16位編號作為AS的標(biāo)識 ）。自治系統(tǒng)之間的鏈接使用外部路由協(xié)議，例如BGP。根據(jù)是否在一個(gè)自治域內(nèi)部使用，動態(tài)路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）。這里的自治域指一個(gè)具有統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)、統(tǒng)一路由策略的網(wǎng)絡(luò)。自治域內(nèi)部采用的路由選擇協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，常用的有RIP、OSPF；外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要用于多個(gè)自治域之間的路由選擇，常用的是BGP和BGP-4。

■3.2 動態(tài)路由實(shí)驗(yàn)

圖3 動態(tài)路由

通過路由器Router1、Router2、Router3實(shí)現(xiàn)PC0、P C1、 PC2之間的通信

4 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換

■4.1 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)

NAT是指為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)之間的通信而將IP數(shù)據(jù)報(bào)中的一個(gè)1P地址轉(zhuǎn)換為另一個(gè)IP地址的過程。NAT包括靜態(tài)NAT和動態(tài)NAT兩種。

NPAT也被稱為“多對一”的NAT，或者叫PAT(Port Address Translation，端口地址轉(zhuǎn)換)、NPAT(Network Address Port Translation，網(wǎng)絡(luò)端口地址轉(zhuǎn)換)、地址超載(address overloading)。使用PAT，可以讓多個(gè)內(nèi)網(wǎng)設(shè)備使用一個(gè)IP地址同時(shí)訪問外網(wǎng)。PAT設(shè)備通過對轉(zhuǎn)換表中的TCP和UDP端口號進(jìn)行映射來區(qū)分不同的會話。

靜態(tài)NAT將一個(gè)特定的內(nèi)部本地地址(Inside Local Address)靜態(tài)地映射到一個(gè)內(nèi)部全局地址(Inside Global Address)，這意味著靜態(tài)NAT中每一個(gè)被映射的內(nèi)部本地地址，一定對應(yīng)著一個(gè)固定而且唯一的內(nèi)部全局地址。這種方式不但可以讓內(nèi)網(wǎng)設(shè)備訪問外網(wǎng)，而且還可以讓外網(wǎng)直接訪問內(nèi)網(wǎng)設(shè)備。

■4.2 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換配置

圖4 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換

通過路由器Router1實(shí)現(xiàn)PC0、PC1、PC2之間通信

配置路由器Router1

在以上配置中，“ip nat inside source static 192.168.1.2 202.116.65.140”表示內(nèi)網(wǎng)ip“192.168.1.2”對應(yīng)到內(nèi)部全局地址“202.116.65.140”，配置完畢之后，PC1計(jì)算機(jī)訪問外網(wǎng)，NAT首先把其ip 192.168.1.2轉(zhuǎn)換為內(nèi)部全局地址，然后通過202.116.65.140來訪問外網(wǎng)，所以對于外網(wǎng)來說，PC1的ip地址猶如202.116.65.140，而外網(wǎng)訪問202.116.65.140時(shí)，訪問的就是PC1計(jì)算機(jī)。配置中，從NAT的角度來分析，內(nèi)部全局地址202.116.65.140和內(nèi)網(wǎng)ip“192.168.1.2”是一對一的，所以只能PC1訪問外網(wǎng)，而PC2不能訪問外網(wǎng)。

測試：在PC3中使用命令ping 202.116.65.140或tracert 202.116.65.140可以觀察到，PC3訪問的是PC1，而不是PC2。還可以使用命令debug ip nat或show ip nat translations查看地址轉(zhuǎn)換情況，還可以通過show ip nat statistics查看NAT轉(zhuǎn)換的統(tǒng)計(jì)信息 no debug ip nat停止。

5 結(jié)語

綜上所述，路由交換技術(shù)的進(jìn)一步研究能夠較好用于對學(xué)生的教學(xué)。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的VLAN技術(shù)、靜態(tài)路由、動態(tài)路由、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換等內(nèi)容，則提供了可行性較高的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)路徑。為更好開展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學(xué)工作，與路由交換技術(shù)相關(guān)的技術(shù)對老師的教學(xué)同樣需要得到重視。