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1、CISCO IOS技术基础技术基础南京邮电学院南京邮电学院计算机科学与技术系计算机科学与技术系LANWAN公用网：X.25分组网 DDN FRN ATM卫星网 移动网网关网关LAN 以太网 以太交换 标记环 千兆以太因特网RouterRouter 基本组成IOS登录命令提示和模式与IOS沟通检查IOSIOS状态IOS的基本任务配置 IP配置帧中继NetFlow RouterATMTag Switch RouterATMRouterCiscoWorksWorkstationROMCPUFlashNVRAMRAM接口X.25FRNATMDDNLAN主控台主控台接口接口1.路由器的基本组成ROMRA
2、MNVRAMFlashInterfaceConsoleAuxiliary存储路由配置文件镜像文件/微码上电自检bootstrpCisco IOS非易失性随机存储器路由表、地址查询协议高速缓存、快速交换缓存、报文缓存和报文队列等1.1 CISCO(思科)Router系列Cisco 1600 1601,1602,1603,1604Cisco 2500Cisco 26002610,2611Cisco 36003620,3640Cisco 40004000-M,4500-M,4700-MCisco 7x007500(7505,7507,7513)7200Cisco 1200012004,12008,1
3、20121.2 CPUCisco 1600Motorola 68360 33MHz Cisco 2500Motorola 68030 20MHzCisco 2600Motorola MPC860 40MHzCisco 3600IDT R4700 RISCCisco 4000Motorola 68030 40MHzCisco 7x00Motorola 68040 25MHzCisco 12000IDT R5000 RISC1.3 Cisco 路由器路由器12000系列系列12000系列路由器设计目标系列路由器设计目标：支持支持WAN、MAN主干网上提供主干网上提供2-4千千兆位传输速率（兆位传输
4、速率（OC-48）提供最大不间断工作时间、最小的中提供最大不间断工作时间、最小的中断时间的核心骨干断时间的核心骨干12000系列路由器体系结构：系列路由器体系结构：冗余交换结构设计冗余交换结构设计线卡冗余线卡冗余双千兆路由处理器双千兆路由处理器在线软件配置在线软件配置CSC：时钟和调度卡GRPGbit Router Processor千兆路由处理器SFC Switch Fabric Card 交换结构卡10Gbps OC-1240Gbps OC-48（1）12000 GRP(千兆交换路由器）千兆交换路由器）IDT R5000 RISC：Reduced Instruction Set Compu
5、ter)100MHz外部时钟，外部时钟，200MHz内部时钟内部时钟GRP可插在任何一个插槽（除可插在任何一个插槽（除12012 最最右的插槽保留，用于插报警卡）右的插槽保留，用于插报警卡）（2）12000 存储器存储器GRP上含上含64MB DRAM(动态随机访问存动态随机访问存储器）储器）DRAM总数总数DRAM插槽插槽 DIMM数目数目64 MBU 39(槽槽1）1（64MB DIMM)128 MBU 39(槽槽1）2（64MB DIMM)U 42(槽槽2）128 MBU 39(槽槽1）1（128MB DIMM)256 MB U 39(槽槽1）2（128MB DIMM)U 42(槽槽2）
6、DIMM 双嵌入存储模块双嵌入存储模块SRAM 静态随机访问存储器静态随机访问存储器 512 KB提供提供2级级CPU缓存缓存，用于收，用于收，发线卡路由表缓存区发线卡路由表缓存区NVRAM:Non-Volatile RAM非易失性随机访问存储器非易失性随机访问存储器 512KB 用于存储路由器配置、系统缓存信息和用于存储路由器配置、系统缓存信息和ROM监测变量监测变量Flash SIMM 8 MB 存储存储IOS软件映象、路由软件映象、路由器配置，以及其它类型的端用户文件器配置，以及其它类型的端用户文件IEEE 802.3 10/100 Mbps以太网卡以太网卡RJ-45 ，MII 接口接口
7、RS-232 控制台端口控制台端口 辅助端口辅助端口：用于用于 Telnet连接远程拨号访问连接远程拨号访问PCMCIA 闪存卡闪存卡 20 MB（3）线卡）线卡突发缓冲区突发缓冲区 Silicon queuing engine 队列引擎队列引擎发送发送接收接收突发突发buffer接收接收发送发送传输接口传输接口交换结构交换结构ASIC：Application-Specific Integrated Circuit 支持第支持第2层交换要求的高速处理层交换要求的高速处理IDT R5000 200MHz的的 RISC处理器处理器交换结构接口交换结构接口：1.25 Gbps 全双工数据通道全双工数
8、据通道线卡上的线卡上的Mbus 将序列号、硬件修正级等信息存储在将序列号、硬件修正级等信息存储在EEPROM维护总线模块维护总线模块 为为GRP的主的主Mbus模块提供所需信息模块提供所需信息快速转发表快速转发表(CEF：Cisco Express Forwarding)Cisco 12000系列的系列的6种线卡种线卡Quad OC-3c/STM-1c Packet Over Sonet(POS)Quad OC-3c ATM线卡线卡Quad OC-12c/STM-4c Packet Over Sonet(POS)Quad OC-12c ATM线卡线卡Quad OC-48c/STM-16 光纤光
9、纤IP接口卡接口卡通道化通道化 OC-12线卡线卡（4）12000系列的软件支持系列的软件支持Cisco IOS release 11.2 路由协议路由协议内部内部 RIP，OSPF，IS-IS，ISO/CLNP，EIGRP，EGP；外部外部 BGP；路由转发协议路由转发协议 IPBGP4支持支持Router Reflection（路由映象（路由映象)MED(Multi-Exit Discriminator多出口识别多出口识别)CommunityDPA(Destination Preference Attribute宿优先属性宿优先属性)Flat/weighted route dampenin
10、g 平等平等/加权路由影响加权路由影响Confederation 联合联合Next hop 下一跳下一跳EGP multipathIGP 静态路由静态路由管理和访问管理和访问 SNMPTelnetMIB II1.4 路由器系统启动顺序：路由器系统启动顺序：(1)从从ROM中中执执行行上上电电自自检检程程序序，检检测测所所有有模模板板，并并进进行行最最基基本本的的CPU、内内存存和和接口环路测试；接口环路测试；(2)引引导导程程序序(Bootstrap)将将操操作作系系统统镜镜像像文件装入主存；文件装入主存；(3)如如何何引引导导系系统统由由配配置置寄寄存存器器决决定定，Boot system命
11、令可以设定装载路径；命令可以设定装载路径；(4)操操作作系系统统从从低低端端地地址址装装人人内内存存，一一旦旦装装载载成成功功，系系统统将将检检测测系系统统硬硬、软软件件元元素并在主控台上列出部件清单；素并在主控台上列出部件清单；(5)存存储储在在NVRAM中中的的配配置置文文件件被被装装人人主主存存并并逐逐行行执执行行，配配置置文文件件启启动动路路由由进进程程。提提供供接接口口地地址址、设设置置用用户户、设设置置访访问问控控制制表表、设设置置介介质质属属性性等等。如如果果NVRAM中中没没有有合合法法的的配配置置文文件件，则则操操作作系系统统将将执执行安装对话过程；行安装对话过程；路由器系统
12、启动顺序路由器系统启动顺序(续续1)(6)在在安安装装对对话话过过程程中中，系系统统提提示示配配置置信信息息，提提示示网网络络管管理理员员来来进进行行路路由由器器的的配配置，缺省配置出现在问题后的方括号内；置，缺省配置出现在问题后的方括号内；(7)在在安安装装过过程程结结束束后后，系系统统提提示示是是否否保保存配置信息，按存配置信息，按YES保存，保存，NO退出；退出；(8)系统立即装载配置信息到主存。系统立即装载配置信息到主存。路由器系统启动顺序路由器系统启动顺序(续续2)Cisco 路由器网络分层路由器网络分层核心层核心层分发层分发层访问层（接入层）访问层（接入层）2.Cisco 路由器网
13、络设计路由器网络设计高速骨干无报文操作高速骨干无报文操作基于策略的连接基于策略的连接广播广播/组播组播安全安全 VLAN路由路由地址汇总地址汇总报文操作报文操作交换带宽交换带宽共享带宽共享带宽MAC过滤过滤微网段微网段核心核心分发分发访问访问2.1 网络设计的基本准则网络设计的基本准则网络基础结构的生命周期网络基础结构的生命周期网络基础结构网络基础结构 建设目标建设目标 网络需求网络需求 网络应用网络应用 网络规划、设计网络规划、设计 网络配置网络配置 网络网络 OAMWAN设计准则远程网远程网LAN园区网园区网网络性能网络性能网络应用网络应用网络互连网络互连网络性能网络性能响应时间响应时间吞
14、吐率吞吐率可靠性可靠性主机时间主机时间网络时间网络时间应用进程的应用进程的磁盘访问、磁盘访问、数据存储和数据存储和分析数据等分析数据等开销开销 传输时间传输时间 传播延迟传播延迟园区网园区网园区网是园区网是LAN/WAN的复合体的复合体园区网使用的基本技术园区网使用的基本技术以太网以太网(Ethernet)标记环网（标记环网（Token Ring Net)光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口（FDDI）快速以太网快速以太网千兆（千兆（Gbit)以太网以太网 10 Gbit/s以太网以太网ATM帧中继帧中继WAN电路交换电路交换 Circuit Switching报文交换报文交换 Message
15、 Switching分组交换分组交换 Packet Switching 信元交换信元交换 Cell SwitchingClient/Server 模式模式，IntranetLAN 80%流量流量 WAN 20%流量流量LAN 20%流量流量 WAN 80%流量流量QOS网络设备网络设备集线器集线器（Hub）网桥网桥（Bridger）路由器路由器（Router）交换机交换机 574321OSI_RM因特网（因特网（Internet）/内联（内联（Intranet）应用层应用层TelnetFTPSMTPDNS其它其它传输层传输层IP层层TCPUDPNVP网络接口网络接口层层硬件硬件局域网局域网LA
16、N 广域网广域网WAN其它其它IPARPRARPICMPRouterBridgerHub(1)术语直通式路由交换式路由第3层交换多层交换标记交换IP 交换多协议标签交换面对交换网络流量描述优化网络交换性能的技术2.2 第 4 层交换(2)第 2 层交换第二层交换：由Kalpana(CISCO 前身)提出；多端口网桥技术的重新包装，提高其性能及可扩展能力；传输帧基于第2层的以太网、标记环、或 FDDI MAC 地址；第第2层交换的类型层交换的类型工作组交换机：独占网络带宽，为每个工作组交换机：独占网络带宽，为每个端点设备提供专门的端点设备提供专门的LAN网段，取代了网段，取代了共享介质的集线器；
17、共享介质的集线器；网段交换机：在多用户共享介质网段交换机：在多用户共享介质LAN网网段间段间 或或 在在LAN主干间主干间 桥接流量，要求桥接流量，要求每个端口支持大量的每个端口支持大量的MAC地址。地址。第第2层交换的网路是平面结构层交换的网路是平面结构映射表映射表MAC地址地址物理接口物理接口第第3层交换完成路由功能层交换完成路由功能交换表交换表网络层网络层IP地址地址输入输入/出口出口多层交换多层交换IP交换交换路由交换机路由交换机(3)第第 3 层交换层交换路由路由瓶颈IP 子网间交换流量子网间交换流量80/20基于高性能硬件的线速路由器帧发送帧发送交换机根据与一个数据交换机根据与一个
18、数据“流流”关联的第一个关联的第一个数据报计算并建立通信数据报计算并建立通信路径路径(路由一次路由一次)路由计算路由计算对此数据流的剩余包对此数据流的剩余包交换至同一路径交换至同一路径(交交换多次换多次)减少路由计算减少路由计算Cabletron公司的公司的 SecureFast 虚拟网虚拟网线速路由器线速路由器ASIC每秒数百万包每秒数百万包传统路由器传统路由器每秒数十万包每秒数十万包(4)第第 4 层交换层交换OSI _ RM 第第 4 层层 传输层传输层传输层传输层 端到端通信端到端通信TCP/UDP 端口号端口号(port number)唯一区分每个数据包所属应用协议唯一区分每个数据包
19、所属应用协议保留端口号保留端口号(熟知端口熟知端口)：1-255 UNIX 服务分配号服务分配号 256-1024自由端口号自由端口号：1024 RFC 1700“Assigned Numbers”应用协议应用协议 端口号端口号FTP20(数据数据)21(控制控制)TELNET23SMTP25HTTP80NTTP119SNMP161 162(SNMP traps)SocketSocket端口号端口号端口号端口号插口插口(Socket：套接字套接字)Socket端口号端口号IP 地址地址第第4层交换的定义层交换的定义不仅依据不仅依据 MAC 地址地址(第第2层网桥层网桥)或源或源/目的地目的地
20、IP 地址地址(第第3 层路由层路由)，而且依据，而且依据 TCP/UDP(第第4层层)应用端口号的一种应用端口号的一种功能。功能。为网络提供在决定路由时区分应用的功为网络提供在决定路由时区分应用的功能。即决定路由时检查第能。即决定路由时检查第4层信息层信息(应用应用协议协议)。通过硬件通过硬件 ASIC(专用集成电路专用集成电路)来实现来实现第第4层交换，以线速完成安全过滤。层交换，以线速完成安全过滤。为网段间提供防火墙而建立肯定为网段间提供防火墙而建立肯定/否定列否定列表，为基于规则的服务质量机制提供了表，为基于规则的服务质量机制提供了可操作途径。可操作途径。也可区分不同应用类型的方法。提
21、供了也可区分不同应用类型的方法。提供了以应用层为基础配置网络的工具。以应用层为基础配置网络的工具。提供附加的硬件手段以每端口为基础收提供附加的硬件手段以每端口为基础收集应用层流量统计，例如，集应用层流量统计，例如，SmartSwitch Router 支持每个端口的支持每个端口的RMON统计。统计。结论结论支持基于第支持基于第4 层信息的线速性能，适合于层信息的线速性能，适合于多个千兆以太网连接；多个千兆以太网连接；满足路由器所要求的全部功能满足路由器所要求的全部功能(路由协议路由协议支持、安全过滤器、多播支持支持、安全过滤器、多播支持)；基于应用的不同服务级别；基于应用的不同服务级别；大容量
22、路由表支持基于第大容量路由表支持基于第4 层应用信息的层应用信息的线速流量发送线速流量发送提供网络流量的增强管理能力。提供网络流量的增强管理能力。Cabletron系统公司系统公司SmartSwitch Router(SSR)千兆以太交换千兆以太交换/路由吞吐能力路由吞吐能力14 个全双工千兆以太网端口，个全双工千兆以太网端口，64 Byte 包传输，包传输，其交换和其交换和 IP 路由累计吞吐能力超过路由累计吞吐能力超过 15，000，000 pps第第2层，第层，第3层层 IP 路由，第路由，第3层层IP路由含次级地路由含次级地址、访问控制表及址、访问控制表及 RMON 1&2激活，第激活
23、，第2/3 层层IP路由混合路由混合线速线速IP/IPX路由，单点或多点多播路由，单点或多点多播串行和串行和 HSSI WAN接口接口：PPP，帧中继帧中继基于硬件的基于硬件的 WAN 压缩和加密压缩和加密第第4层应用流线速交换层应用流线速交换线速应用级线速应用级 QOS线速安全过滤器线速安全过滤器支持全部的线速支持全部的线速 RMON 1&2基于端口或协议的基于端口或协议的 VLAN提供冗余的提供冗余的 CPU、电源和交换阵列电源和交换阵列可热切换的介质模块可热切换的介质模块基于基于 JAVA 的的 CoreWatch 管理软件管理软件支持支持 SNMP特特性性SSR 8000性能性能 16
24、 Gbps 的无阻塞交换阵列的无阻塞交换阵列1500万万 pps的吞吐量的吞吐量容量容量56 个以太网个以太网/快速以太网端口快速以太网端口(10/100 Base-TX 或或 100 Base-FX)14个千兆以太网端口个千兆以太网端口(1000 Base-LX 或或1000Base-SX)SSR 8600性能性能 3 Gbps 的无阻塞交换阵列的无阻塞交换阵列3000万万 pps的吞吐量的吞吐量容量容量120个以太网个以太网/快速以太网端口快速以太网端口(10/100 Base-TX 或或 100 Base-FX)30个千兆以太网端口个千兆以太网端口(1000 Base-LX 或或1000
25、Base-SX)400 万条第万条第 4 层应用流层应用流80 万个万个 第第 2 层层 MAC 地址地址路径优化（Path optimization）流量优先排序(traffic prioritization)负载均衡(load balancing)多路径选择(alternate path)交换式访问(switching access)封装/隧道技术（encapsulation/tunneling)3.网络路由选择3.1 路径优化（Path optimization）OSPF,Open Shortest Path FirstRIP,Route Information ProtocolIGRP
26、,Interior Gateway Route ProtocolEGRP,Exterior Gateway Route Protocol EIGRP,Enhanced IGRPBGP,Board Gateway ProtocolIS-IS（中间系统到中间系统）网络拓朴（Network Topology)编址和汇总（addressing and summarization)路由选择(routing selection)收敛(convergence)网络的可扩展性(network scalability)安全(security)主干区 A2A13.2 网络拓朴（Network Topology)平
27、面式（RIP，RIP2，IGRP，EIGRP）层次式（OSPF，IS-IS）A33.3 编址和汇总1000个子网 1000个路由器每个路由器维护一1000条路由的表设 B类地址 子网掩码 255.255.255.0汇总路由数可减到253条250条路由描述了连到每一个路由器上的子网3条路由描述了其他路由器上去其他子网的路径3.4 路由选择321123321321子网2子网1服务器B服务器AR1R2R4R3等代价多路径按报文按目的地 round-robin负载平衡负载平衡收敛是指一个路由器从发现网络的拓扑收敛是指一个路由器从发现网络的拓扑结构发生变化，在自身的路由表中重新结构发生变化，在自身的路由
28、表中重新计算路由，并且将重新计算的路由表分计算路由，并且将重新计算的路由表分发到相邻的路由器。发到相邻的路由器。收敛时间收敛时间 IGRP EIGRP3.5 收敛距离向量(D-V)：RIP,IGRP 50邻居链路状态（L-S)：OSPF，IS-IS 30邻居EIGRP 30邻居3.6 网络可扩展性CPU存储器带宽收敛时间D-V 特定间隔发送路由表。收敛时间长、费带宽过滤路由广播安全认证3.7 网络安全性4.路由器基本配置（Router basic Configuration Components)External Configuration ComponentsRouterConsole Po
29、rtNetwork Management StationTFTP ServerInterfaceInternal Configuration ComponentsCISCO1.ROM Power-on diagnostics,bootstrap program2.RAM/DRAM Store routing table,ARP cache,fast-switching cache,packet buffering3.NVRAM Non-volatile RAMStore the Routers onfiguration4.Flash Erasable,reprogrammable(可擦、可编程
30、)ROM,Hold Operating System images/microcode5.InterfacesInternet-work OperatingSystemProgramsActiveConfigureFileMemoryBackupConfigureFileOperatingSystemsInter-faceRouter#show versionRouter#show processes CPURouter#show protocolRouter#show configRouter#show flashRouter#config term Router(config)#:Rout
31、er(config)#(commands)Router(config)#:Router(config)#router protocolRouter(config-router)#:Router(config-router)#(commands)Router(config-router)#:Router(config-router)#exit Router(config)#interface type port Router(config-if)#:Router(config-if)#(commands)Router(config-if)#:Router(config-if)#exit Rout
32、er(config)#exit Router#配置模式4.1 IP routing protocol modeRouter(config)#router?bgp egp igrp isis iso-igrp ospfrip static Static CLNS Routing Router(config)#router ripRouter(config-router)#?Router configuration commands:4.2 Interface Configuration ModeRouter(config)#interface type portRouter(config)#in
33、terface slot/portSerial,ethernet,tokenring,fddi,loopback,dialer,async,atm,bri,tunnelRouter(config-if)#shutdownRouter(config)#interface ethernet 2Router(config-if)#media-type 10basetRouter(config)#interface serial i/oRouter(config-if)#bandwidth 56Router(config-if)#clockrate 560004.3 Show IP route com
34、mandParis#show ip route code:I-IGRP;R-RIP;O-OSPF;C-coneected;S-static;E-EGP;B-BGP;i-IS-IS;E1-OSPF external type 1 route,E2-OSPF external type 2 route,L1-IS-IS level-1 route,L2-IS-IS level-2 route,5.IP AddressesClass A Class BClass C0 Net#Host#10Net#Host#110Net#Host#1 7 242 14 163 21 8Class A 1-126Cl
35、ass B128 -191Class C192 -223Class D224.0.0.0Class E240.0.0.0Octet in Decimal网络内有效的主机地址数=2(节点主机位数）-2192.168.129.0255.255.255.0192.168.129.99/24 前缀=网络部分E0E1131.108.2.115.6.24.2131.108.200.1131.108.3.10131.108.12.1215.1.1.115.250.8.1115.180.30.118Routing TableNet Interface131.108.0.0 E015.0.0.0 E1 Subn
36、et Mask with Subnets131.108.2.160 10000011 01101100 00000010 10100000255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 10000011 01101100 00000010 00000000131 108 2 0Subnet#Net#Subnet Planning Example(I)201.222.5.245255.255.255.240Subnet Host11110 10111110 00011110 000Subnet Address=201.222.5.240Host
37、 Address =201.222.5.241-201.222.5.254Broadcast Address=201.222.5 .255 Subnet Planning Example(II)202.222.5.121255.255.255.248Subnet Host01111 00111111 00001111 000Subnet Address=201.222.5.120Host Address =201.222.5.121-201.222.5.126Broadcast Address=201.222.5 .127 Class B Subnetting#Bits Subnet Mask
38、#Subnets#Hosts2 255.255.192.02 16382 3 255.255.224.06 8190 4 255.255.240.0 14 4094 5 255.255.248.0 30 2046 6 255.255.252.0 62 1022 7 255.255.254.0 126 510 8 255.255.255.0 254 254 9 255.255.252.128 510 126 10 255.255.252.192 1022 62 11 255.255.252.224 2046 32 12 255.255.252.240 4094 14 13 255.255.252
39、.248 8190 6 14 255.255.252.252 16382 2Class C Subnetting#Bits Subnet Mask#Subnets#Hosts2 255.255.252.192 2 62 3 255.255.252.224 6 30 4 255.255.252.240 14 14 5 255.255.252.248 30 6 6 255.255.252.252 62 2192.168.129.99如要衍生出6个子网，每个子网要求包含的主机数不超过30子网掩码 设成 255.255.255.224子网种子数=256 224=32计算种子倍数 得 子网地址1.192
40、.168.129.322.192.168.129.643.192.168.129.1284.192.168.129.2565.192.168.129.1606.192.168.129.192每个子网的广播地址等于比高一级子网小1例如：192.168.129.96其高一级子网为192.168.129.128所以，广播地址为192.168.129.127公共地址和私有IP地址Internet公共地址(public address）私有IP地址 RFC 1918 10.0.0.0 172.16.0.0 到 172.31.0.0 192.168.0.0 到 192.168.255.0IP 地址配置Ro
41、uter(config-if)#ip address ip-address subnet-mask*分配一个 IP 地址和子网掩码*使用 ip address 命令建立接口的逻辑网址*starts IP processing on an interfaceIP 主机名Router(config)#ip host name tcp-port-numberaddress address*定义静态主机名映射到 IP 地址ip host nanjing 1.0.0.5 2.0.0.8ip host jingnan 1.0.0.4 *按主机名 或 IP 地址 可选的 主机/接口PingRouter ping 131.108.101.1Type escape sequence to abort.Sending 5,100-byte ICMP Echos to 131.108.101.1;timeout is 2 seconds:.!Success rate is 80 percent,round-trip min/avg/max=6/6/6 msRouter *测试 IP 网可连接性