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【知识准备】
1.路由技术基本原理
所谓路由就是指网络中的信息传输从源到目的地的通路。在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。路由就是指导IP数据包发送的路径信息。
路由器转发数据包的关键是路由表，每个路由器中都保存着一张路由表，表中每条路由项都指明数据到某个子网应通过路由器的哪个物理接口发送出去。路由器从某个接口收到一个数据包，它首先把链路层的包头去掉（拆包）读取目的IP地址，然后查找路由表。通过查找数据表，若能确定下一步往哪送，则再加上链路层的包头（打包），把该数据包转发出去；如果不能确定下一步的地址，则向源地址返回一个信息，并把这个数据包丢掉。
路由技术其实是由两项最基本的活动组成，即决定最优路径和传输数据包。其中，数据包的传输相对较为简单和直接，而最优路径路由的确定则更加复杂一些。路由算法在路由表中写入各种不同的信息。路由器会根据数据包所要到达的目的地选择最佳路径把数据包发送到可以到达该目的地的下一台路由器处。当下一台路由器接收到该数据包时，也会查看其目标地址，并使用合适的路径继续传送给后面的路由器。依此类推，直到数据包到达最终目的地。
2.路由选择
路由选择时，路由器根据所收到的数据包头的目的地址选择一个合适的路径，将数据包传送到下一跳路由器，路径上最后的路由器负责将数据包送交目的主机。路由选择时，每个路由器只负责自己本站数据包通过最优的路径转发，通过多个路由器一站一站地接力将数据包通过最佳路径转发到目的地，最终找到直连路由的一个过程。
如果报文是可以被路由的，即目的地不是直连网络的，那么路由器会查找路由表，以选择一个正确的路径。在数据库中每个路由表必须包括以下两个项目：
1）目标地址。这是路由器可以到达的网络的地址。路由器可能会有多条路径到达同一地址，但在路由表中只会存在到达这一地址的最佳路径。
2）指向目的地的指针。指针不是指向路由器的直连目的网络，就是直连网络内另一个路由器地址，该路由器称为下一跳路由器。
如果报文的目标地址在路由表中不能匹配到任何一条路由选择表项，那么报文将被丢弃，同时会向源地址发送ICMP网络不可达信息。
3.路由表
如图2-1所示，这是一个简单拓扑结构网络，给出了路由器需要的路由表。这里最重要的是看这些路由表是如何把数据进行高效的转发的。其中，路由表的Network（目标网络）列出了路由器可达的网络地址，指向目标网络的指针在Next hop（下一跳）栏，connected表示直连网络。
图2-1 给出路由表的简单拓扑结构网络
如果路由器Router A收到一个源地址为10.1.1.10/24、目标地址为10.1.5.10/24的报文，那么路由表查询结果对于目标地址10.1.5.10/24的最优匹配是子网10.1.5.0，报文可以从接口F0/0出站，经下一跳地址10.1.2.2去往目的地。接着报文被发送给路由器Router B，Router B查找路由表后发现报文应该从接口F0/1出站，经下一跳地址10.1.3.2去往目标网络10.1.5.0。此过程将一直持续到报文到达Router D。当Router D接口F0/0接收报文时，Router D查找路由表，发现目的地是连接在接口F0/1的一个直连网络，最终结束路由选择过程，把报文传递给主机10.1.5.10/24。
4.路由表的产生方式
路由表的产生方式一般有直连路由、静态路由、动态路由3种：
1）直连路由。给路由器接口配置一个IP地址，路由器自动产生本接口IP所在网段的路由信息。
2）静态路由。在拓扑结构简单的网络中，网络管理员通过手工方式配置本路由器非直连网段的路由信息，从而实现不同网段之间的连接。
3）动态路由。在大规模的网络中，通过在路由器上运行动态路由协议，路由器之间通过互相学习自动产生路由信息。
5.三层交换机
三层交换机的接口默认是交换功能接口，只有转化成三层接口后，才能实现路由功能。当二层交换接口转化三层接口后，此时该端口只有路由功能，没有交换功能。
传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层（数据链路层）进行，而三层交换技术是在网络模型中的第三层（网络层）实现了数据包的高速转发。简单来说，三层交换技术就是，二层交换技术加三层转发技术。
三层交换机配置直连路由有两种实现方式：一种方式是将三层交换机的二层接口直接转化成三层接口，给该接口配置IP地址，实现直连路由（详见任务2.1.2）；二是创建VLAN，给VLAN虚拟接口配置IP地址，实现直连路由（详见任务2.2.1、2.2.2、2.2.3）。
6.路由器的命令行操作模式
（1）用户模式Red-Giant>
进入路由器后的第一个操作模式，该模式下可以简单查看路由器的软、硬件版本信息，并进行简单的测试。Red-Giant为路由器的名称，不同厂商设备初始名称有所不同。
（2）特权模式Red-Giant#
属于用户模式的下一级模式，在用户模式下，使用enable命令进入该模式。该模式下可以对路由器的配置文件进行管理，查看路由器的配置信息，进行网络的测试和调试等。要返回到用户模式，输入exit命令。
（3）全局配置模式Red-Giant（config）#
属于特权模式的下一级模式，该模式下可以配置路由器的全局性参数。在该模式下可以进入下一级的配置模式，对路由器具体的功能进行配置。要返回到特权模式，输入exit命令。
（4）接口配置模式Red-Giant（config-if）#
属于全局模式的下一级模式，在全局模式下使用interface interface-id 进入该模式。该模式下可以配置接口参数。要返回到全局模式，输入exit命令。
（5）路由配置模式Red-Giant（config-router）#
属于全局模式的下一级模式，在全局模式下使用router router-protocol进入该模式。要返回到全局模式，输入exit命令。
【任务描述】
在路由器RA上配置直连路由实现PC1和PC2之间的互通。设置路由器RA的接口F0/0和F0/1的IP地址分别为192.168.1.1/24和192.168.2.1/24。其网络拓扑结构如图2-2所示。
图2-2 路由器配置直连路由的网络拓扑结构
【任务实施】
1.路由器设备名称配置
2.路由器的端口基本配置
3.查看路由器各项信息
其中的符号C表示直连路由，即本路由器自动产生接口IP所在网段的路由信息。从路由器RA的路由表可以看出，网段192.168.1.0/24和192.168.2.0/24为路由器RA的直连路由。
4.测试网络连通性
按图2-2所示连接拓扑，将PC1机器IP设置为192.168.1.2/24，网关设置为192.168.1.1（路由器接口的IP地址是该接口所连PC的默认网关）；PC2机器IP设置为192.168.2.2/24，网关设置为192.168.2.1。主机PC1和PC2之间进行ping测试，结果如下所示：
从ping命令的测试结果可以看到，PC1可以ping通PC2，表明路由器RA上配置直连路由，实现了不同网段互通。
【任务描述】
在三层交换机SW1上配置直连路由实现PC1和PC2之间的互通。设置三层交换机的接口F0/10和F0/20的IP地址分别为192.168.10.1/24和192.168.20.1/24。其网络拓扑结构如图2-3所示。
图2-3 三层交换机配置直连路由的网络拓扑结构
【任务实施】
1.三层交换机的路由端口基本配置
2.查看路由器各项信息
其中的符号C表示直连路由，即本路由器自动产生接口IP所在网段的路由信息。从路由器SW1的路由表可以看出，网段192.168.10.0/24和192.168.20.0/24为路由器SW1的直连路由。
3.测试网络连通性
按图2-3所示连接拓扑，将主机PC1的IP地址设置为192.168.10.2/24，网关设置为192.168.10.1；将主机PC2的IP设置为192.168.20.2/24，网关设置为192.168.20.1。主机PC1和PC2之间进行ping测试，结果如下所示：
从ping命令的测试结果可以看到，PC1可以ping通PC2，表明三层交换机SW1上配置直连路由，实现了不同网段互通。
【小结】
路由选择时，每个路由器只负责自己本站数据包通过最优的路径转发，通过多个路由器一站一站地接力将数据包通过最佳路径转发到目的地，最终找到直连路由的一个过程。
交换机收到以太网帧的目标地址不在MAC地址表时，交换机以广播的方式发送到所有接口，而路由器收到报文的目标地址在路由表中不能匹配到任何一条路由表项时，那么报文将被丢弃。