思科路由器的硬件组成、结构和基础介绍

    常建议常建议CCNA的学员们，除了能灵活配置与应用思科的路由器和交换机以外，还需要掌握对路由器与交换机的常规维护工作，比如IOS的安装与升级，这个过程好比为一台全新的计算机安装操作系统，在此之前，如果对于计算机而言，需要理解计算机的基础硬件组成与功能，对于路由器与交换机一样，了需要理解路由器的基础硬件构造与功能，对于计算机的硬件组成，相信大家都有比较深刻的认识，为了方便大家更好的理解路由器与交换机的硬件构成，现在对照计算机的硬件体系结构来进行对比性理解，如下表11.1所示

认识路由器的中央处理器-CPU

路由器的CPU是路由器的核心构成部分，与计算机的CPU功能相似是整个运行系统的大脑，它负责路由进程的维护、路由算法（比如OSPF需要大量的CPU开销）、路由过滤、网络管理等处理控制层面的事务。思科的路由器使用的CPU型号会随着路由器型号的不同而有所差异，但是从主流形式上来讲，多数采用Motorola（摩托罗拉）或者Orion的系列芯片，典型的有Motorola的MPC860或者Orion的R4700。关MPC860的实物图如下图11.2所示，可以通过在路由器上执行show version指令查看当前设备的CPU型号，如下图11.3所示。

注意：在现代化的路由器中，CPU是衡量路由器性能的一个重要指标，但是已经不再是一个唯一指标，因为现今的路由器都是由多块芯片协同完成工作，比如在一些高端的路由器中，通常数据包的转发和查询路由表都由ASIC芯片完成，所以有时候你会看到一个很“畸形”的现像，接口上的流量也经占据整个物理接口流量的80-90%，但是CPU的开销不足15%，那是因为流量转发层面的工作被ASIC芯片完成，CPU只完成控制层面的工作。可以使用show process或者show process cpu来查看CPU的使用情况。

认识路由器的主存储器—内存

　　路由器的主存储器，也叫做DRAM（DynamicRandom Access Memory随机存取存储器），也是大家所熟之的内存，它所存储的数据是易失性的，也就是说在路由器断电或者重新启动后，内存的数据会掉失，实物如下图11.4所示，它主要为路由器存储如路由表、ARP解析结果等都是存储在内存中。我们必须保证路由器有足够的内存，建议如果路由器运行了OSPF、BGP等大型网络的动态路由协议并和Internet有相关的操作，那么请使用256MB或者更高的内存，否则将严重影响路由器的性能，甚至导致路由器崩溃。

认识路由器的ROM

ROM即（Read-Only Memory只读内存），ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变，结构较简单，读出方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。在一些较为传统的路由器上，比如思科的2500系列的路由器就存在ROM，它用于存放思科的最小IOS，也就是说将完整版本的IOS无法加载时，路由器将通过ROM启动最小IOS。

什么是完整IOS？什么是最小IOS？

完整的IOS根据其具体版本的不同，拥有其完整的功能特性，比如：完整的IOS可以具备启动各种路由协议，定制路由策略、过滤路由、部署ACL、NAT、VPN等，它是思科网络设备的灵魂。而最小IOS则不具备上述功能，它只能完成很简单的一些操作，比如路由器上原有的IOS故障，无法加载，此时可以加载最小IOS，然后在最小IOS中为路由器配置IP地址，再将新的完整的IOS传入路由器，简单的讲在最小IOS中，管理员甚至连路由功能都无法启动。如果更形象的拿计算机操作系统来比喻完整IOS与最小IOS的差异，将是这样的：思科完整的IOS就如同一台计算机上已经成功安装的windows操作系统，它可以是windowsXP/2003/2008/7等，它的功能强大，可以支持各种不同的多媒体及商用程序，当windowsXP/2003/2008/7由于某些原因无法正常启动时，通常会选择这些操作系统的安全模式来进入系统进行故障排查，那么这些操作系统的安全模式就类似于思科的最小IOS，因为在这些操作系统的安全模式中通常除了回载系统本身启动需要的必备文件外，不会加载其它程序，甚至连声卡、显卡都无法使用；最小IOS也是样，它连路由进程都无法开启。

认识路由器的启动Flash

启动flash与ROM很相似，在被应用在一些较新的路由器上，通常在这些路由器中最小IOS将不再被存储在ROM中，而是被存储在启动flash中，这样的路由器将不再使用一块ROM芯片，而这一点常被人们弄混淆。对于现在的路由器，通常人们所说的ROM的监控状态与Ｆlash的启动状态都是指的处于最小IOS模式的状态，提示符为rommon>，在这种状态下路由器上没有任何完整功能的IOS。

认识路由器的Flash存储器

Ｆlash存储器用于存储完整功能的IOS，即便是路由器重新启动或者掉电，存储在Flash中的数据仍然不会丢失，如下11.5的实物图所示，它类似于计算机的硬盘，当然它的容量不会像计算机硬盘那么庞大，道理很简单，计算机的硬盘要存储大量的多媒体和商用信息，而路由器只存储IOS系统与一些必备文件。可以通过show flash来查看flash的存储情况如下图11.6所示，

认识路由器的非易失性内存（NVRAM）:

   NVRAM叫做非易失性内存，它用于保存路由器的配置文件，即使是路由器重新启动或者掉电保存在NVRAM的数据也不会掉失，NVRAM存储的是文体形式的配置文件，所以它的大小约为256K，使用命令show startup-config就是查看保存在NVRAM中的数据，指令copy running-configstartup-config是保存当前运行的配置到ＮVRAM。

关于思科路由器的寄存器:

它是一个16位的虚拟寄存器，用来确定启动顺序，中继参数和控制台的波特率等，通过配置寄存器的值可以让路由器得到不同的效果，在这里建议记住几个常用的寄存器配置值，0x2102它告诉路由器在NVRAM中查找启动顺序；也是正常情况下的默认配置，0x2101它告诉路由器使用ROM或者启动flash中的最小IOS来启动路由器,在升级IOS时通常会使用0x2101；0x2142用于路由器的密码恢复，它会忽略NVRAM中的配置文件。可以通过在路由器上执行show version指令来查看当前的寄存器值，如下图11.7所示，关于常用的寄存器值的区别与作用如下表11.8所示。

关于思科路由器的启动过程:

　 理解路由器的启动顺序对于CCNA的学习相当重要，特别是对后面所描述的IOS镜像管理有很大帮助。路由器的启动大概分为系统自举、加载系统IOS镜像、显示自举信息及模块接口、进入初始化配置界面这四个过程。当使用开关启动路由器时，如下所示：

系统自举：

　　系统自举是路由器开机自检(POST)过程，它将对CPU及内存进行初始化，关于路由器系统自举的过程如下图11.9所示。

加载系统IOS镜像：
   当完成系统自举后，路由器会加载系统IOS镜像，如下图11.10所示“#”表示正在执行解压与加载到RAM中进度，该IOS为12.4(15)T的版本，该IOS镜像的特性主要是支持IP高级服务，ADVIPSERVICESK9-M就是表示支持高级的IP服务。这种IOS镜像的表达方法不再像传统IOS镜像的表达方式那么复杂，它明确的指示了IOS镜像的主要特性与功能，关于这点一在11．3理解并区别思科不同版本的IOS有详细描述。

注意：发果在路由器的NVRAM中存在配置文件，那么当一个IOS镜像被加载时，这个存入在NVRAM中的配置文件（startup-config）将被复制到RAM内存中，此时我们称这个在RAM中的文件叫做running-config。当然如果在NVRAM中没有配置文件，那么路由器就将进入下一步，不会加载配置文件。

显示自举信息及模块接口：

当完成IOS镜像的加载及配置文件加载后，路由器将报告POST的结果，如下图11.11所示，在这里的结果中，它报告路由器CPU的型号、内存的容量、并指示有两个快速以太网接口、４个低速串行接口。

进入初始化配置界：

  当报告完POST结果后，将进入初始化配置界面如下图11.12所示，这个界面有一点像Windows操作系统中的向导功能，它将提示用户一步一步的去配置路由器的基本参数，一般我们都不建议参考CCNA的人员在这个模式下进行配置，而需要通过执行n或者ctrl+c进入CLI配置模式完成路由器的配置。