Cisco路由器的硬件结构、重要存储设备Flash和NVRAM

路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器由硬件和软件组成。硬件主要由中央处理器、内存、接口、控制端口等物理硬件和电路组成；软件主要由路由器的IOS操作系统组成。

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。

接口

所有路由器都有接口（Interface），每个接口都有自己的名字和编号。一个接口的全名称由它的类型标志与数字编号构成，编号自0开始。

对于接口固定的路由器（如Cisco 2500系列）或采用模块化接口的路由器（如Cisco 4700系列），在接口的全名称中，只采用一个数字，并根据它们在路由器的物理顺序进行编号，例如Ethernet0表示第1个以太网接口，Serial1表示第2个串口。

对于支持“在线插拔和删除”或具有动态更改物理接口配置的路由器，其接口全名称中至少包含两个数字，中间用斜杠“/”分割。其中，第1个数字代表插槽编号，第2个数字代表接口卡内的端口编号。如Cisco 3600路由器中，serial3/0代表位于3号插槽上的第1个串口。

对于支持“万用接口处理器（VIP）”的路由器，其接口编号形式为“插槽/端口适配器/端口号”，如Cisco 7500系列路由器中，Ethernet4/0/1是指4号插槽上第1个端口适配器的第2个以太网接口。

控制台端口

所有路由器都安装了控制台端口，使用户或管理员能够利用终端与路由器进行通信，完成路由器配置。该端口提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口，用于在本地对路由器进行配置（首次配置必须通过控制台端口进行）。

路由器的型号不同，与控制台进行连接的具体接口方式也不同，有些采用DB25连接器 DB25F ，有些采用RJ45连接器。通常，较小的路由器采用RJ45连接器，而较大的路由器采用DB25连接器。

辅助端口

多数路由器均配备了一个辅助端口，它与控制台端口类似，提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口，通常用于连接Modem以使用户或管理员对路由器进行远程管理。

存储设备

Cisco路由器的Flash和NVRAM是两个重要的存储设备，正确地理解和掌握其使用方法可以更好地完成对路由器的配置和管理工作。

1　对Flash的维护

Flash如同PC机上的BIOS(基本输入输出系统)，其中存放的是 Cisco路由器的IOS，对它的维护主要就是对IOS文件的备份和恢复。在路由器的enable状态下用“dir”命令，就可以查看到Flash上存储的IOS文件名及其大小。比如Cisco 1720的IOS的文件名是c1700-y-mz.120-4.T，长度为2666496字节。Flash是可编程的存储器，因此可以对Flash进行编程而升级IOS，也能用“erase flash”删除Flash中的IOS，所以这一命令的使用必须非常谨慎。我们可以通过备份一个IOS映像文件在计算机上，以在需要时修复IOS。

用作备份的计算机要作为TFTP服务器，即它需要运行TFTP Server的软件。对于UNIX工作站，只要修改/etc/inetd.conf文件，开放TFTP服务，然后执行“kill -1[inetd的进程号]”，重启inetd进程就可以了;对于Windows主机，只要将Cisco TFTP Server(可在http://soft.online.ha.cn下载)安装在计算机上并运行，在设置好TFTP根目录的路径后就可以使用了。

TFTP的全称为Trivial File Transfer Protocol。与FTP相比，它无纠错控制、口令认证等功能，但向服务器端传送文件前要求对方必须有此文件，然后追加到已有文件的末尾，服务器端无此文件则出错。通常情况下，我们在TFTP服务器上生成一个名字和IOS文件名一致，但长度为零字节的文件。UNIX系统下用touch命令生成空文件后，其存取权限要改为777;Windows主机中可新建一个空的文本文件，再改名为指定文件即可，例如对于Cisco1720可将文件名定为c1700- y-mz.120-4.T。

要对路由器操作，有两种方法：将终端接在其console口上和远程登录 (telnet)。前者是通用的，后者只适用于路由器局域网口已正确设置的场合。IOS备份采用的TFTP必须通过网络运行，这就要求即便是使用第一种方式，也必须在局域网口设置正确的前提下才能备份。在TFTP服务器正常运行，并已生成指定空文件，以及路由器局域网口已正确设置后，在路由器上键入 “copy network”命令，指定TFTP服务器的IP地址，就可以将IOS文件传送到TFTP服务器里，TFTP服务器和用来控制维护路由器的计算机可以不是同一台。

如果不慎用“erase flash”命令将路由器的IOS删除，可以用其备份来恢复。由于IOS被删除后路由器已不能正常工作，不可能通过telnet方式传送。只能用微机串口连在路由器的Console口上来连接。对于Windows的超级终端需要注意一个问题，即一般设定的连路由器Console口的串口速率为9600 bit/s，这也是默认的路由器Console口速率。由于IOS文件较大，速率9600 bit/s的传送时间太长，可以通过“confreg”(设置寄存器)命令提高Console口速率。根据提示将Console口速率设到最高的 115200 bit/s，这时终端屏幕可能会出现乱码，这因为终端的串口速率没有改为115200 bit/s所致。所以只需相应地修改串口速率至115200 bit/s，关闭超级终端再重新打开，乱码就不见了。路由器开机启动后进入ROM Monitor状态，在终端上出现“rommon>”命令提示符。在“rommon>”提示下，键入“xmodem ”，当出现“准备好接收文件”时，选取超级终端上“传送”菜单，点击“发送文件...”菜单项，在“发送文件”窗口中选择文件传送协议为 “Xmodem”，并选择要发送的文件，即IOS文件。点击“发送”按钮就可以将IOS文件发送到路由器上。路由器将收到的文件解压后写入Flash。这时在“rommon>”提示下键入“reset”命令让路由器重启，就可以调入IOS，进入“自动配置”状态。至此，路由器的IOS就成功地恢复了。

　2　对NVRAM的维护

NVRAM如同PC机上的CMOS，其中存放的是路由器的配置参数。 NVRAM的内容可以用“erase memory”或“write erase”将配置参数删除到出厂设置状态，所以相对于路由器丢失了IOS，删除NOVRAM的后果不是很严重，恢复起来也容易一些。在路由器正常启动后，它会将NVRAM的内容拷贝到内存一份，我们对路由器的设置实际上就是修改内存中的参数。所以内存和NVRAM中的内容是可以不一样的，直到使用 “write memory”、“copy running-config startup-config”将内存设置保存到NVRAM中，或用“reload”、“copy startup-config running-config”、重启路由器等办法将NVRAM的内容重新调入内存，才能实现NVRAM与内存之间的同步。用“show configuration”命令可查看NVRAM中的设置，用“show running-config”、“write terminal”命令则可以查看当前运行的设置(在内存中)。

　NVRAM也是可以备份的。备份方法有两种：屏幕拷贝或者写到TFTP服务器上。Windows的超级终端有缓存，可以保存先前显示的内容，我们在对路由器执行“show configuration”命令后，就可以向前翻卷窗口，将此命令显示的内容拷贝生成一个文本文件，就实现了NVRAM的备份。往TFTP服务器上写时也要求网络上有一台计算机充当TFTP服务器，并事先生成约定好的NVRAM文件名，在路由器上执行“write network”命令，指定TFTP服务器的IP地址，路由器当前的NVRAM配置就会作为一个文件存入TFTP服务器的根目录下。

若不慎删除了NVRAM的内容，使路由器进入出厂设置，恢复也有两种方式：屏幕拷贝或者从TFTP服务器读入。屏幕拷贝也就是用文本编辑器打开事先备份的NVRAM文件，将其内容全部选定后拷贝到剪贴板上，在路由器的 config状态下，粘贴进去，路由器将执行所粘贴的每一行命令。从TFTP服务器读入则先要保证路由器的局域网口已开启(no shutdown)，因为出厂设置时广域网口、局域网口都是默认关闭的。使用“load network”或“config network”命令就可以将TFTP服务器上的配置文件读入了。注意这两个办法都只是将原备份的配置读入到路由器的内存，并未真正修改NVRAM，因此需要用前述的命令将内存中的配置保存到NVRAM里。

　灵活利用NVRAM的恢复还可以给日常的维护带来许多方便。比如，在需要对多台路由器作相似的配置时，可以先配好一个路由器，将其配置文件备份到TFTP服务器上，然后作为模板，稍加修改就变为其它路由器的配置文件。用恢复的办法就可以快速配置完成多个路由器。在系统升级扩容时，需要用性能更强的路由器代替原路由器，而原有的配置并不需要改变，用这种“克隆”的办法能起到事半功倍的效果。

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