Cisco路由器硬件结构及接口简介

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　　1．路由器硬件
　　中央处理器
　　与计算机一样，路由器也包含了一个中央处理器（CPU）。不同系列和型号的路由器，其中的CPU也不尽相同。Cisco路由器一般采用Motorola 68030和Orion/R4600两种处理器。
　　路由器的CPU负责路由器的配置管理和数据包的转发工作，如维护路由器所需的各种表格以及路由运算等。路由器对数据包的处理速度很大程度上取决于CPU的类型和性能。
　　内存
　　路由器采用了以下几种不同类型的内存，每种内存以不同方式协助路由器工作。
　　1.只读内存（ROM）
　　只读内存（ROM）在Cisco路由器中的功能与计算机中的ROM相似，主要用于系统初始化等功能。ROM中主要包含：
　　（1）系统加电自检代码（POST），用于检测路由器中各硬件部分是否完好；
　　（2）系统引导区代码（BootStrap），用于启动路由器并载入IOS操作系统；
　　（3）备份的IOS操作系统，以便在原有IOS操作系统被删除或破坏时使用。通常，这个IOS比现运   行IOS的版本低一些，但却足以使路由器启动和工作。
　　顾名思义，ROM是只读存储器，不能修改其中存放的代码。如要进行升级，则要替换ROM芯片。
　　2.闪存（Flash）
　　闪存（Flash）是可读可写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。Flash中存放着当前使用中的IOS。事实上，如果Flash容量足够大，甚至可以存放多个操作系统，这在进行IOS升级时十分有用。当不知道新版IOS是否稳定时，可在升级后仍保留旧版IOS，当出现问题时可迅速退回到旧版操作系统，从而避免长时间的网路故障。
　　3.非易失性RAM(NVRAM)
　　非易失性RAM(Nonvolatile RAM)是可读可写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。由于NVRAM仅用于保存启动配置文件（Startup-Config），故其容量较小，通常在路由器上只配置32KB~128KB大小的NVRAM。同时，NVRAM的速度较快，成本也比较高。
　　4.随机存储器(RAM
　　RAM也是可读可写的存储器，但它存储的内容在系统重启或关机后将被清除。和计算机中的RAM一样，Cisco路由器中的RAM也是运行期间暂时存放操作系统和数据的存储器，让路由器能迅速访问这些信息。RAM的存取速度优于前面所提到的3种内存的存取速度。
　　运行期间，RAM中包含路由表项目、ARP缓冲项目、日志项目和队列中排队等待发送的分组。除此之外，还包括运行配置文件（Running-config）、正在执行的代码、IOS操作系统程序和一些临时数据信息。
　　路由器的类型不同，IOS代码的读取方式也不同。如Cisco 2500系列路由器只在需要时才从Flash中读入部分IOS；而Cisco 4000系列路由器整个IOS必须先全部装入RAM才能运行。因此，前者称为Flash运行设备（Run from Flash），后者称为RAM运行设备（Run from RAM）。
　　路由器加电启动过程
　　（1）系统硬件加电自检。运行ROM中的硬件检测程序，检测各组件能否正常工作。完成硬件检测后，开始软件初始化工作。
　　（2）软件初始化过程。运行ROM中的BootStrap程序，进行初步引导工作。
　　（3）寻找并载入IOS系统文件。IOS系统文件可以存放在多处，至于到底采用哪一个IOS，是通过命令设置指定的。
　　（4）IOS装载完毕，系统在NVRAM中搜索保存的Startup-Config文件，进行系统的配置。如果NVRAM中存在Startup-Config文件，则将该文件调入RAM中并逐条执行。否则，系统进入Setup模式，进行路由器初始配置。
　　路由器所在的网络位置比较复杂，既可是内部子网边缘，也可位于内、外部网络边缘。同时为了实现强大的适用性，它需要连接各种网络，这样，它的接口也就必须多种多样。对于这些，不要说一般的网络爱好者，就连许多网管人员都无法说清楚。为此笔者向大家全面介绍路由器的各种接口及连接方法。
　　一、路由器接口
　　路由器具有非常强大的网络连接和路由功能，它可以与各种各样的不同网络进行物理连接，这就决定了路由器的接口技术非常复杂，越是高档的路由器其接口种类也就越多，因为它所能连接的网络类型越多。路由器的端口主要分局域网端口、广域网端口和配置端口三类，下面分别介绍。
　　1. 局域网接口
　　常见的以太网接口主要有AUI、BNC和RJ-45接口，还有FDDI、ATM、千兆以太网等都有相应的网络接口，下面分别介绍主要的几种局域网接口。
　　（1） AUI端口
　　AUI端口它就是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种“D”型15针接口，这在令牌环网或总线型网络中是一种比较常见的端口之一。路由器可通过粗同轴电缆收发器实现与10Base-5网络的连接。但更多的则是借助于外接的收发转发器（AUI-to-RJ-45），实现与10Base-T以太网络的连接。当然，也可借助于其他类型的收发转发器实现与细同轴电缆（10Base-2）或光缆（10Base-F）的连接。AUI接口示意图如图1所示。
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　　（2）．RJ-45端口
　　RJ-45端口是我们最常见的端口了，它是我们常见的双绞线以太网端口。因为在快速以太网中也主要采用双绞线作为传输介质，所以根据端口的通信速率不同RJ-45端口又可分为10Base-T网RJ-45端口和100Base-TX网RJ-45端口两类。其中，10Base-T网的RJ-45 端口在路由器中通常是标识为“ETH”，而100Base-TX 网的RJ-45端口则通常标识为“10/100bTX”。
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　　如图2所示为10Base-T 网RJ-45端口，而图3所示的为10/100Base-TX网RJ-45端口。其实这两种RJ-45端口仅就端口本身而言是完全一样的，但端口中对应的网络电路结构是不同的，所以也不能随便接。
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　　（3）．SC端口
　　SC端口也就是我们常说的光纤端口，它是用于与光纤的连接。光纤端口通常是不直接用光纤连接至工作站，而是通过光纤连接到快速以太网或千兆以太网等具有光纤端口的交换机。这种端口一般在高档路由器才具有，都以“100b FX”标注，如图4所示。
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　　2. 广域网接口
　　在上面就讲过，路由器不仅能实现局域网之间连接，更重要的应用还是在于局域网与广域网、广域网与广域网之间的连接。但是因为广域网规模大，网络环境复杂，所以也就决定了路由器用于连接广域网的端口的速率要求非常高，在以太网中一般都要求在100Mbps快速以太网以上。下面介绍几种常见的广域网接口。
　　（1）．RJ-45端口
　　利用RJ-45端口也可以建立广域网与局域网VLAN（虚拟局域网）之间，以及与远程网络或Internet的连接。如果使用路由器为不同VLAN提供路由时，可以直接利用双绞线连接至不同的VLAN端口。但要注意这里的RJ-45端口所连接的网络一般就不太可有是10Base-T这种了，一般都是100Mbps快速以太网以上。如果必须通过光纤连接至远程网络，或连接的是其他类型的端口时，则需要借助于收发转发器才能实现彼此之间的连接。如图5所示为快速以太网（Fast Ethernet）端口。
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　　图文全面了解路由器接口及连接(2)
　　（2）．AUI端口
　　AUI端口我们在局域网中也讲过，它是用于与粗同轴电缆连接的网络接口，其实AUI端口也被常用于与广域网的连接，但是这种接口类型在广域网应用得比较少。在Cisco 2600系列路由器上，提供了AUI与RJ-45两个广域网连接端口（如图6所示），用户可以根据自己的需要选择适当的类型。
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　　（3）．高速同步串口
　　在路由器的广域网连接中，应用最多的端口还要算“高速同步串口”（SERIAL）了，如图7所示。
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　　这种端口主要是用于连接目前应用非常广泛的DDN、帧中继（Frame>　　（4）．异步串口
　　异步串口（ASYNC）主要是应用于Modem或Modem池的连接，如图8所示。它主要用于实现远程计算机通过公用电话网拨入网络。这种异步端口相对于上面介绍的同步端口来说在速率上要求就松许多，因为它并不要求网络的两端保持实时同步，只要求能连续即可，主要是因为这种接口所连接的通信方式速率较低。
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　　（5）．ISDN BRI端口
　　因ISDN这种互联网接入方式连接速度上有它独特的一面，所以在当时ISDN刚兴起时在互联网的连接方式上还得到了充分的应用。ISDN BRI端口用于ISDN线路通过路由器实现与Internet或其他远程网络的连接，可实现128Kbps的通信速率。ISDN有两种速率连接端口，一种是ISDN BRI（基本速率接口）；另一种是ISDN PRI（基群速率接口）。ISDN BRI端口是采用RJ-45标准，与ISDN NT1的连接使用RJ-45-to-RJ-45直通线。如图9所示的BRI为ISDN BRI端口。
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　　3. 路由器配置接口
　　路由器的配置端口有两个，分别是“Console”和“AUX”，“Console”通常是用来进行路由器的基本配置时通过专用连线与计算机连用的，而“AUX”是用于路由器的远程配置连接用的。
　　1．Console端口
　　Console端口使用配置专用连线直接连接至计算机的串口，利用终端仿真程序（如Windows下的“超级终端”）进行路由器本地配置。路由器的Console端口多为RJ-45端口。如下图10所示就包含了一个Console配置端口。
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　　2．AUX端口
　　AUX端口为异步端口，主要用于远程配置，也可用于拔号连接，还可通过收发器与MODEM进行连接。AUX端口与Console端口通常同时提供，因为它们各自的用途不一样。接口图示仍参见上述图10。
　　图文全面了解路由器接口及连接(3)
　　二、路由器的硬件连接
　　从上面的介绍或知，路由器的接口类型非常多，它们各自用于不同的网络连接，如果不能明白各自端口的作用，就很可能进行错误的连接，导致网络连接不正确，网络不通。下面我们通过对路由器的几种网络连接形式来进一步理解各种端口的连接应用环境。路由器的硬件连接因端口类型，也主要分与局域网设备之间的连接、与广域网设备之间的连接以及与配置设备之间的连接三类。
　　1. 路由器与局域网接入设备之间的连接
　　局域网设备主要是指集线器与交换机，交换机通常使用的端口只有RJ-45和SC，而集线器使用的端口则通常为AUI、BNC和RJ-45。下面，我们简单介绍一下路由器和集线设备各种端口之间如何进行连接。
　　（1）. RJ-45-to-RJ-45
　　这种连接方式就是路由器所连接的两端都是RJ-45接口的，如果路由器和集线设备均提供RJ-45端口，那么，可以使用双绞线将集线设备和路由器的两个端口连接在一起。需要注意的是，与集线设备之间的连接不同，路由器和集线设备之间的连接不使用交叉线，而是使用直通线，也就是说，跳线两端的线序完全相同，但也不是说只要线序相同就行，但最好不要采用一一对应法。再一个要注意的是集线器设备之间的级联通常是通过级联端口进行的，而路由器与集线器或交换机之间的互联是通过普通端口进行的。
　　另外，路由器和集线设备端口通信速率应当尽量匹配，否则，宁可使集线设备的端口速率高于路由器的速率，并且最好将路由器直接连接至交换机。
　　（2）．AUI-to-RJ-45
　　这种情况主要出现在路由器与集线器相连。如果路由器仅拥有AUI端口，而集线设备提供的是RJ-45端口，那么，必须借助于AUI-to-RJ-45收发器才可实现两者之间的连接。当然，收发器与集线设备之间的双绞线跳线也必须使用直通线，连接示意图如图11所示。
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　　（3）．SC-to-RJ-45或SC-to-AUI
　　这种情况一般是路由器与交换机之间的连接，如交换机只拥有光纤端口，而路由设备提供的是RJ-45端口或AUI端口，那么必须借助于SC-to-RJ-45或SC-to-AUI收发器才可实现两者之间的连接。收发器与交换机设备之间的双绞线跳线同样必须使用直通线。但是实际上出现交换机为纯光纤接口的情况非常少见。
　　2. 路由器与Internet接入设备的连接
　　路由器的主要应用互联网的连接，路由器与互联网接入设备的连接情况主要有以下几种：
　　（1）．通过异步串行口连接
　　异步串口主要是用来与Modem设连接，用于实现远程计算机通过公用电话网拨入局域网络。除此之外，也可用于连接其他终端。当路由器通过电缆与Modem连接时，必须使用AYSNC-to-DB25或AYSNC-to-DB9适配器来连接。路由器与Modem或终端的连接如图12所示。
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　　图文全面了解路由器接口及连接(4)
　　（2）．同步串行口
　　在路由器中所能支持的同步串行端口类型比较多，如Cisco系统就可以支持5种不同类型的同步串行端口，分别是：EIA/TIA-232接口、EIA/TIA-449接口、V.35接口、X.21串行电缆总成和EIA-530接口，所对应的适配器图示分别如图13、图14、图15、图16、图17所示。但是在这里要注意的一点就是，因为一般来说适配器连线的两端是采用不同的外形（一般称带插针之类推适配器头一端称之为“公头”，而带有孔的适配器一端通常称之为“母头”，注意“EIA-530”接口两端都是一样的接口类型），这主要是考虑到连接的紧密。图中的“公头”为DTE（数据终端设备，Data Terminal Equipment）连接适配器，下方“母头”为DCE（数据通信设备，Data Communications Equipment）连接适配器。如图18所示为同步串行口与Internet接入设备连接的示意图，在连接时只需要对应看一下连接用线与设备端接口类型就可以知道正确选择了。
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　　（3）．ISDN BRI端口
　　Cisco路由器的ISDN BRI模块一般可分为两类，一是ISDN BRI S/T模块，二是ISDN BRI U模块，前者必须ISDN 的NT1终端设备一起才能实现与Internet的连接，因为S/T端口只能接数字电话设备，不适用当前现状，但通过NT1后就可连接现有的模拟电话设备了，连接图如图19所示。而后者由于内置有NT1模块，我们称之为“NT1+”终端设备，它的“U”端口可以直接连接模拟电话外线，因此，无需再外接ISDN NT1，可以直接连接至电话线墙板插座，如图20所示。
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　　3. 配置端口连接方式
　　与前面讲的一样，路由器的配置端口依据配置的方式的不同，所采用的端口也不一样，主要的仍是两种，一种是本地配置所采用的“Console”端口，另一种是远程配置时采用的“AUX”端口，下面分别讲一下各自的连接方式。
　　（1）. Console端口的连接方式
　　当使用计算机配置路由器时，必须使用翻转线将路由器的Console口与计算机的串口/并口连接在一起，这种连接线一般来说需要特制，根据计算机端所使用的是串口还是并口，选择制作RJ-45-to-DB-9或RJ-45-to-DB-25转换用适配器，如图21所示。
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　　（2）. AUX端口的连接方式
　　当需要通过远程访问的方式实现对路由器的配置时，就需要采用AUX端口进行了。AUX其实与上面所讲的接口结构与RJ-45一样，只是里面所对应的电路不同，实现的功能也不同而已，根据Modem所使用的端口情况不同，来确定通过AUX端口与Modem进行连接所也必须借助于RJ-45 to DB9或RJ-45 to DB25的收发器的选择。路由器的AUX端口与Modem的连接方式如图22所示
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