前幾天一直在看 IP、Subnet、ARP、Default Gateway、Routing Table。

老實說，看概念的時候好像都懂，但只要沒有真的把設備接起來，還是會有一種：

所以 Router 到底是在幹嘛？

的感覺。

今天乾脆直接打開 Cisco Packet Tracer。

目標很單純：

PC
↓
Router0
↓
Router1
↓
Server

讓 PC 最後可以真的找到 Server。

實際操作之後，可以把前幾天幾個一直有點模糊的概念串起來xd

如果你是第一次打開 Packet Tracer，可以這樣做

這篇不是 Packet Tracer 的完整操作手冊，不過如果第一次打開，可能可以先把今天會用到的東西放上去？

1. 先放四台設備

左下角可以選設備類型。

先放：

End Devices
→ PC
→ Server

Network Devices
→ Routers
→ 1941 × 2

最後畫面上大概會有：

PC0    Router0    Router1    Server0

我們選 1941，是因為它的 G0/0、G0/1 很直觀，拿來看兩個不同網段滿適合的。

2. 用閃電圖示接線

左下角的 Connections 裡有一個閃電圖示：

Automatically Choose Connection Type

如果現在還不想先研究 Straight-Through、Cross-Over，可以先用這個，讓 Packet Tracer 幫忙選線。

今天接成：

PC0 FastEthernet0
→ Router0 GigabitEthernet0/0

Router0 GigabitEthernet0/1
→ Router1 GigabitEthernet0/0

Router1 GigabitEthernet0/1
→ Server0 FastEthernet0

如果剛接上時看到紅色，不一定代表接錯。

Cisco Router 的介面預設可能還是關閉的，後面打：

no shutdown

之後才會真的起來。

3. PC 和 Server 的 IP 在哪裡設定？

點 PC0 或 Server0：

Desktop
→ IP Configuration

就可以輸入：

IP Address
Subnet Mask
Default Gateway

所以 PC0 等一下會填：

IP Address:      192.168.1.10
Subnet Mask:     255.255.255.0
Default Gateway: 192.168.1.1

Server0 則會填：

IP Address:      10.0.0.20
Subnet Mask:     255.255.255.0
Default Gateway: 10.0.0.1

4. Router 的設定從 CLI 進去

點 Router：

CLI

如果第一次開啟看到：

Would you like to enter the initial configuration dialog? [yes/no]:

這次可以先輸入：

no

然後按 Enter，就會看到 Cisco IOS 的 CLI。

接下來文章裡出現的：

enable
configure terminal
interface gigabitEthernet 0/0

就是從這裡輸入。

到這裡就夠了。

今天不是要先學會 Packet Tracer 每一個按鈕，而是先把：

PC → Router → Router → Server

這條路真的搭起來，再看 Packet 到底怎麼走。

今天的拓樸

最後要做成：

PC0
192.168.1.10/24
GW 192.168.1.1
      │
      │
Router0
G0/0 192.168.1.1/24
G0/1 192.168.12.1/30
      │
      │
Router1
G0/0 192.168.12.2/30
G0/1 10.0.0.1/24
      │
      │
Server0
10.0.0.20/24
GW 10.0.0.1

乍看 IP 很多。

但其實拆開之後，就是三個 Network：

192.168.1.0/24
192.168.12.0/30
10.0.0.0/24

第一個是 PC 和 Router0。

第二個是 Router0 和 Router1。

第三個是 Router1 和 Server。

第一段：PC0 → Router0

先設定 PC0：

IP Address:      192.168.1.10
Subnet Mask:     255.255.255.0
Default Gateway: 192.168.1.1

Router0 則設定 G0/0：

enable
configure terminal

interface gigabitEthernet 0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
no shutdown

第一次看到這幾行的時候，其實還是會把它理解成：

在設定 Router 的 IP。

但這個理解不夠精確。

其實是在設定：

Router0 的 G0/0
IP = 192.168.1.1/24

也就是 IP 是設定在 interface 上。

interface gigabitEthernet 0/0 到底在幹嘛？

這行：

interface gigabitEthernet 0/0

不是在設定 IP。

它只是告訴 Router：

接下來我要設定 G0/0 這個 interface。

接下來：

ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

才是真的把 IP 掛到這個 interface 上。

最後：

no shutdown

則是把這個 interface 啟用。

所以可以拆成：

interface gigabitEthernet 0/0
→ 選 G0/0

ip address ...
→ 設定它的 IP

no shutdown
→ 把它打開

原來 Router 不只有一個 IP

這是今天一個很重要的發現。

原本腦中會把 Router 想成：

Router
= 一個 IP

但其實不是。

Router0 可以是：

G0/0 = 192.168.1.1/24
G0/1 = 192.168.12.1/30

Router1 可以是：

G0/0 = 192.168.12.2/30
G0/1 = 10.0.0.1/24

更精確地說：

Router 的不同 Layer 3 interface，可以有不同 IP。

Router 就是靠這些不同 interface，站在不同 Network 裡。

例如 Router0：

192.168.1.0/24
       │
       │ G0/0
       │ 192.168.1.1
       │
    Router0
       │
       │ G0/1
       │ 192.168.12.1
       │
192.168.12.0/30

這樣 Router 才有辦法把不同 Network 接起來。

Layer 3 和 Layer 3 interface 原來不是同一個東西

Layer 3 是：

IP
Subnet
Routing
Packet

也就是一個「網路層的概念」。

而 Layer 3 interface 是：

可以設定 IP、參與 IP Routing 的 interface。

所以：

Layer 3
≠
Layer 3 interface

可以粗略理解：

Layer 3
= IP / Routing 這套規則

Layer 3 interface
= 可以使用這套規則的介面

像 Router 的 G0/0、G0/1，就是我們現在使用的 Layer 3 interface。

而 Layer 3 interface 也不等於「實體層」。

G0/0 的確是一個真的網路孔，但資料從它出去時，其實會同時碰到：

Layer 3
IP / Routing / Packet

Layer 2
Ethernet / MAC / Frame / FCS

Layer 1
Bits / Cable / Signal

目前先不用急著背完整 OSI 七層。

至少先知道：

Layer 和 Layer interface 是不同概念。

就先夠用了。

FCS 又是什麼？

前面學 Ethernet Frame 時看過：

Destination MAC
Source MAC
Payload
FCS

FCS 全名是 Frame Check Sequence。

它放在 Ethernet Frame 尾端，主要用途是：

檢查這個 Frame 在傳輸過程中有沒有發生錯誤。

傳送端會依據 Frame 的內容算出檢查值；接收端收到後再重新計算。

如果結果對不上，就知道這個 Frame 可能在傳輸途中壞掉了。

所以目前可以非常粗略地記：

Layer 3
IP / Routing
Packet

↓ 包進

Layer 2
Ethernet / MAC / FCS
Frame

↓ 真的送出去

Layer 1
Bits / Cable / Signal

第二段：Router0 → Router1

接著把兩台 Router 接起來。

這段使用：

192.168.12.0/30

Router0：

G0/1 = 192.168.12.1

Router1：

G0/0 = 192.168.12.2

Router0 設定：

enable
configure terminal

interface gigabitEthernet 0/1
ip address 192.168.12.1 255.255.255.252
no shutdown

Router1：

enable
configure terminal

interface gigabitEthernet 0/0
ip address 192.168.12.2 255.255.255.252
no shutdown

為什麼這次是 /30？

/30 的 Subnet Mask 是：

255.255.255.252

Block Size：

256 - 252 = 4

所以第一個 /30 網段有：

192.168.12.0
192.168.12.1
192.168.12.2
192.168.12.3

在這個練習裡：

.0 → Network Address
.1 → Router0
.2 → Router1
.3 → Broadcast

剛好只有兩台 Router 要用 IP，所以 /30 很適合拿來當這條點對點連線的練習。

第一次 Ping 為什麼只有 80%？

設定完之後，在 Router0：

ping 192.168.12.2

第一次看到：

.!!!!

以及：

Success rate is 80 percent (4/5)

一開始會以為哪裡壞掉。

其實第一個 ICMP Echo 很可能正在等 ARP。

Router0 知道：

我要找 192.168.12.2

但還不知道：

192.168.12.2 的 MAC 是多少？

所以先：

ARP Request
↓
ARP Reply
↓
取得 MAC
↓
開始送 ICMP

等 ARP Table 裡已經有資料之後，再 Ping 通常就可以直接成功。

這也是第一次真的看到：

IP 和 MAC 不是兩套完全分開的東西。

Router 要在 Ethernet 上把 Frame 送給下一跳，還是需要知道下一跳的 MAC。

第三段：Router1 → Server

最後一段：

Router1
↓
Server0

Router1 的 G0/1：

interface gigabitEthernet 0/1
ip address 10.0.0.1 255.255.255.0
no shutdown

Server0：

IP Address:      10.0.0.20
Subnet Mask:     255.255.255.0
Default Gateway: 10.0.0.1

所以這段就是：

Router1 G0/1
10.0.0.1/24
      │
      │
Server0
10.0.0.20/24

在 Router1：

ping 10.0.0.20

同樣第一次可能看到：

.!!!!

如果後面有 Reply，就代表 Router1 到 Server 這一段已經正常。

show ip interface brief：快速看介面有沒有起來

這次也第一次真的使用：

show ip interface brief

例如 Router0：

GigabitEthernet0/0   192.168.1.1    up    up
GigabitEthernet0/1   192.168.12.1   up    up

這可以快速確認：

interface 是哪一個
IP 是多少
介面有沒有起來

今天還看到：

Vlan1   unassigned   administratively down   down

目前先不理它。

至少知道：

unassigned
→ 沒 IP

administratively down
→ 被設定成關閉

之後學 Switch、VLAN、SVI 再回來。

三段都通了，為什麼 PC 還不一定找得到 Server？

目前：

PC0 ↔ Router0       OK
Router0 ↔ Router1   OK
Router1 ↔ Server0   OK

看起來每一段都通。

但有個問題。

Router0 的 Routing Table：

show ip route

可以看到：

C 192.168.1.0/24
C 192.168.12.0/30

其中：

C = Connected

代表這些 Network 是 Router0 自己直接連上的。

例如：

192.168.1.0/24
→ 從 G0/0

192.168.12.0/30
→ 從 G0/1

但 Routing Table 裡沒有：

10.0.0.0/24

所以如果 Router0 收到：

Destination IP = 10.0.0.20

它會遇到一個很單純的問題：

我不知道 10.0.0.0/24 在哪裡。

這時才需要 Static Route。

Static Route：告訴 Router「不知道的路要往哪走」

在 Router0：

configure terminal
ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 192.168.12.2

這一行拆開：

ip route
→ 手動建立一條路由

10.0.0.0
255.255.255.0
→ 目的 Network 是 10.0.0.0/24

192.168.12.2
→ 下一跳是 Router1

所以整句其實就是：

Router0，如果你要去 10.0.0.0/24，把 Packet 交給 192.168.12.2。

192.168.12.2 就是 Router1 的 G0/0。

有去還要有回來

但這樣還沒結束。

Router0 現在知道：

怎麼去 Server

Router1 也必須知道：

怎麼回 PC

所以 Router1 還要：

configure terminal
ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.12.1

意思就是：

要去 192.168.1.0/24，下一跳找 Router0 的 192.168.12.1。

最後路徑才完整：

去程

PC0
↓
Router0
↓
Router1
↓
Server0


回程

Server0
↓
Router1
↓
Router0
↓
PC0

這裡也終於理解：

網路不是「送得到」就夠了，Reply 也要有路回來。

最後驗證

從 PC0：

ping 10.0.0.20

如果 Routing Table、Default Gateway、IP、Subnet Mask 都正確，就應該可以完成：

PC0
192.168.1.10
      │
      ▼
Router0
      │
      ▼
Router1
      │
      ▼
Server0
10.0.0.20

這次 Ping 已經不是同一個 Network 裡面的測試。

而是真正跨過：

192.168.1.0/24
↓
192.168.12.0/30
↓
10.0.0.0/24

三個 Network。

那平常上網都要自己打 ip route 嗎？

平常電腦連上 Wi-Fi，DHCP 通常就會自動取得：

IP Address
Subnet Mask
Default Gateway
DNS

電腦也會自動建立需要的基本 Routing Table。

家裡的 Router 通常也已經有：

LAN 的 Connected Route
+
往 ISP 的 Default Route

所以一般使用者根本不會看到這些設定。

我們現在手動打 Static Route，是為了看懂：

Router 到底怎麼知道 Packet 下一步要去哪裡？

而大型網路如果 Router 很多，也不可能全部人工設定 Static Route。

之後會再碰到 OSPF、BGP 之類的 Dynamic Routing Protocol，讓 Router 彼此交換路由資訊。

從今天才真的開始懂 Router？

前幾天講 Router 的時候，大概知道：

不同 Network 需要 Router。

但今天把設備真的接起來之後，理解變得比較具體。

Router 不是單純：

收到 Packet
↓
轉出去

而是：

收到 Packet
↓
看 Destination IP
↓
查 Routing Table
↓
決定下一跳
↓
如果下一跳走 Ethernet
還要知道下一跳 MAC
↓
包成新的 Ethernet Frame
↓
送出去

所以目前可以先把前幾天的東西串成：

IP
→ 我最終要去哪裡

Subnet Mask
→ 判斷目的地是不是同一個 Network

Default Gateway
→ 不同 Network 時先交給誰

ARP
→ 下一跳的 IP 對應哪個 MAC

Routing Table
→ Router 知道哪些 Network 怎麼走

Static Route
→ 人工補一條 Router 原本不知道的路

這樣 Router 就終於不再只是拓樸圖中間那一顆圖示了。

它是真的會：

收到一個 Packet，查表，決定下一步往哪走。

Day 06 小結

這一篇實際碰到的指令：

interface
ip address
no shutdown
ping
show ip interface brief
show ip route
ip route

但最重要的不是把它們背下來。

而是終於看到：

一個 Router 可以有多個 interface
↓
每個 Layer 3 interface 可以有自己的 IP
↓
Router 因此可以同時連到不同 Network
↓
Routing Table 決定 Packet 下一步往哪裡走