演示：思科网络设备的硬件组成

第十一章理解思科网络设备的硬件构造与IOS镜像管理第十一章本章关键价值：本章将描述思科网络设备（路由器、交换机）的硬件组成与IOS镜像管理等知识，其中读者应重点理解如何为路由器升级IOS，路由器的引导过程，不同版本IOS的差异，以及对路由器密码丢失后的恢复等。它是CCNA认证考试的一个重要组成部分，同时也是实践工作中的部分核心维护工作。这一章估计对于初学者存在一定的困难，至少当时笔者学习时有这样的感觉，因为它需要学员成功地理解路由器的基本硬件构成，再配合多次动手实验才能成功地本章的知识点掌握。在这里给广大学员们一个建议：将这一章的学习在真实的思科设备上完成，哪怕是二手的设备，因为这一章的实验在任何模拟系统上都不能做出完整的效果。在本章的写作过程中，笔者尽量努力去做到将当时完成的每一个过程截图奉上，这样可以减轻初学者的难度。任务11.1理解思科路由器的硬件组成

通常建议CCNA的学员们，除了能灵活配置与应用思科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，对于计算机，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，需要理解路由器的基础硬件构成与功能。对于计算机的硬件组成，相信大家都有比较深刻的认识，为了方便大家更好地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，如表11.1所示。功能计算机硬件及软件路由器硬件及软件快速的逻辑处理与计算CPU（典型厂商：Intel）CPU（典型厂商：Motorola）缓存处理内存（掉电后会丢失数据）RAM（掉电后会丢失数据）操作系统存储硬盘（掉电后不会丢失数据）Flash（掉电后不会丢失数据）功能配置文件硬盘（掉电后不会丢失数据）NVRAM（掉电后不会丢失数据）厂商固化芯片R0M（用户可读不可重写）ROM（用户可读不可重写）表11.1路由器与计算机的硬件结构对比表任务11.1.1

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。MPC860的实物图如图11.1所示，可以通过在路由器上执行showversion指令来查看当前设备的CPU型号，如图11.2所示。图11.1

MPC860的实物图图11.2查看当前路由器的CPU型号任务11.1.1

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的，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”的现象——接口上的流量已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芯片完成的，CPU只完成控制层面的工作。可以使用showprocess或者showprocesscpu来查看CPU的使用情况。

任务11.1.2认识路由器的主存储器——内存

路由器的主存储器，也叫作DRAM（DynamicRandomAccessMemory，随机存取存储器），就是大家所熟知的内存，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，内存的数据会丢失。路由器的内存实物图如图11.3所示，它主要为路由器存储如路由表、ARP解析结果等。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。图11.3路由器的内存实物图任务11.1.3认识路由器的ROM

ROM（Read-OnlyMemory）即只读内存，ROM所存储的数据稳定，断电后也不会改变，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系列路由器就存在ROM，它用于存放思科的最小IOS，也就是说，当完整版本的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IOS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等功能，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IOS传入路由器。简单地讲，在最小IOS中，管理员甚至连路由功能都无法启动。如果更形象地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：思科的完整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/Vista/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/Vista/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进入系统来进行故障排查，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所需要的必备文件外，不会加载其他程序，甚至连声卡、显卡都无法使用；最小IOS也是这样，它连路由进程都无法开启。任务11.1.4

认识路由器的启动Flash

启动Flash与ROM很相似，它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的启动状态指的都是处于最小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。任务11.1.5认识路由器的Flash存储器

Flash存储器用于存储完整功能的IOS，即使是路由器重新启动或者掉电，存储在Flash中的数据也不会丢失。路由器Flash存储器的实物图如图11.4所示，它类似于计算机的硬盘，当然它的容量不会像计算机的硬盘那么庞大，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showflash来查看Flash的存储情况，如图11.5所示。图11.4路由器Flash存储器的实物图图11.5查看路由器的Flash存储情况任务11.1.6认识路由器的非易失性内存（NVRAM）

NVRAM叫作非易失性内存，它用于保存路由器的配置文件，即使路由器重新启动或者掉电，保存在NVRAM中的数据也不会丢失。NVRAM存储的是文体形式的配置文件，所以它的大小约为256KB。使用showstartup-config指令可以查看保存在NVRAM中的数据，使用copyrunning-configstartup-config指令可以将当前运行的配置保存到NVRAM。任务11.1.7关于思科路由器的寄存器

思科路由器的寄存器是一个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showversion指令来查看当前的寄存器值，如图11.6所示。关于常见的寄存器值的区别与作用如表11.2所示。寄存器的值对应的模式是否忽略NVRAM功能作用0x2102Router>加载配置文件正常使用0x2101rommon1>启动最小IOS升级IOS0x2142rommon1>忽略配置文件密码恢复

注意：关于这几个常见的寄存器值的应用，在后面几个小节中有详细的演示说明。表11.2常见的寄存器值的区别与作用图11.6查看路由器的寄存器值任务11.1.8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4个过程。当使用开关启动路由器时，启动过程如下所示。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图11.7所示。图11.7关于路由器系统自举的过程任务11.1.8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，如图11.8所示，“#”表示正在执行解压与加载到RAM中的进度，该IOS的版本为12.4（15）T，该IOS镜像的特性主要是支持IP高级服务，ADVIPSERVICESK9-M就表示支持高级IP服务。这种IOS镜像的表达方式不再像传统IOS镜像的表达方式那么复杂，它明确地指示了IOS镜像的主要特性与功能，关于这一点在11.3节“理解并区别思科不同版本的IOS”中有详细描述。图11.8关于路由器加载IOS镜像的提示注意：如果在路由器的NVRAM中存在配置文件，那么当一个IOS镜像被加载时，这个存储在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RAM中的文件为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。任务11.1.8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，如图11.9所示，在这里的结果中，它报告路由器CPU的型号、内存的容