鳥哥的 Linux 與 ADSL 私房菜

多 IP 與 Router 的架設
本文已不再維護，更新文章請參考 此處
最近更新日期：2003/08/22
　
我們在 網路基礎 裡面提到 路由 (route) 是一個重要的概念，他可以控制我們的資料封包的走向！此外，如果同一個網域裡面有太多的電腦數量需要來廣播的話，效能一定不會太好，所以才會有 Netmask 對吧！今天我們換個角度來想一想，如果說我的網域內真的有太多的電腦數量了，那麼將整個網域切割成較小的數個子網域 (Subnet) 會是一個比較好的作法，不過，因為網域與網域之間的封包不可以直接互通資料，所以這個時候我們就需要使用 Router ( 路由器 ) 來幫忙封包的傳送了！
　
多個 IP 在一塊網路卡上面：
　　：為何多 IP
　　：如何實作：command line, 參數設定檔
　　：注意事項
路由器 Router：
　　：什麼是 Router
　　：為何需要 Router
　　：觀察與修改路由
一個 Router 架設範例：
建議：
重點回顧：
課後練習：
多個 IP 在一塊網路卡上面：
路由器 Router：
一個 Router 架設範例：
    好啦！既然知道 Router 的好處之後，再來當然就是要來架設他囉！其實架設的方法真的很簡單！您只要作幾個動作就可以啦！(註：請特別留意，本文僅在測試 Routing 的功能而已，如果您在貴公司內部需要架設 Router 時，可以依照本文的概念來架設，但是實體佈線則需要用『實體網路卡』來區隔，請不要使用本文的 IP Alias 的方式！切記！)
    　
    1. 設定網路卡，使連接不同的網域；
    2. 設定 route 路由表，讓兩網域可以互通；
    3. 啟動 ip_forward 的選項；
    4. 在 Client 端設定 gateway 分別為 server 端的兩個 IP ！
    　
    由於我們的 Router 需要直接跟兩個網域互相連通，所以囉，您的 Router 上面就需要同時具有在這兩個網域之間的 IP 啦！此外，由於不同的網域需要啟動 Routing 的功能！所以您必須要做一個動作，那就是讓目前 Linux 系統裡面的 Routing 功能啟動！那麼我們在 鳥哥的 Linux 私房菜 -- 基礎學習篇之資源管理 的文章裡面曾經提過，那個核心的程序都是記錄在 /proc裡面的，至於我們 Linux 核心的網路功能則都記錄在 /proc/sys/net/ipv4 這個目錄內！而啟動 Routing 的程序為 ip_forward 這個檔案！只要將內容設定為 1 即為啟動，而當為 0 時，就是關閉的啦！因此，若要啟動 Routing 則需要『 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/if_forward 』即可！底下是我的測試環境啦！請注意，這個範例單純僅只是在測試 Router 的功能罷了！您應該依照您的需求來架設您的 Router 呦！那麼就將我的連線圖示秀出來囉！ ^_^
    　
    測試環境說明：
    　
    在我的實際測試環境當中，每個元件的內容如下：
    　
    1. Linux 主機：我的 Linux 伺服器本身未來亦作為 NAT 之用，裡面有兩張網路卡，一張連接 ADSL 數據機，這張對外卡的代號為 eth1 ，一張連接內部網路，代號為 eth0 ；
    2. Hub 連結電腦：Linux 主機對內的網路卡 eth0 連接到 Hub 上面，同時，Hub 上面還存在其他四部個人電腦，取兩部來進行測試， IP 分別為 192.168.1.11 及 192.168.0.11 ；
    3. eth0 對內網路卡：由於對內有兩個 C Class 的網域，所以我的網路卡 eth0 設定為 192.168.1.2 而另一個虛擬介面 eth0:0 設定為 192.168.0.2 ！
    4. Client 端的作業系統：我的 client 端的設定方面，在 192.168.1.11 使用 Windows 2000 隨機版，而 192.168.0.11 則使用 Red Hat 7.3 這個咚咚囉！
    　
    基本的圖示如下示意：
    　

    　
    在這個章節當中，我們不談怎麼架設 NAT 主機，那個是後續章節才要提到的東西，所以焦點的地方在於 NAT Server 的左邊之設定，也就是 eth0 的設定！亦即是內部網域的設定而已！基本上，這個可以視為 區域網路架構 那一篇文章的內容延伸啦！在這個地方，我們的網路卡有兩個 IP 呦！
    　
    開始設定：
    　
    我們就照著上面的步驟一步一步做來吧！
    1. 設定網路介面，其中 eth0 為 192.168.1.2, eth0:0 為 192.168.0.2
    [root@test root]# cd /etc/sysconfig/network-scripts
    [root@test network-scripts]# vi ifcfg-eth0
    DEVICE=eth0
    ONBOOT=yes
    BOOTPROTO=static
    IPADDR=192.168.1.2
    NETMASK=255.255.255.0
    NETWORK=192.168.1.0
    BROADCAST=192.168.1.255
    GATEWAY=192.168.1.2

    [root@test network-scripts]# vi ifcfg-eth0:0
    DEVICE=eth0:0
    ONBOOT=no
    BOOTPROTO=static
    IPADDR=192.168.0.2
    NETMASK=255.255.255.0
    NETWORK=192.168.0.0
    BROADCAST=192.168.0.255

    [root@test network-scripts]# ifup eth0 ; ifup eth0:0
    [root@test network-scripts]# ifconfig eth0; ifconfig eth0:0
    eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:50:FC:22:9C:57
              inet addr:192.168.1.2  Bcast:192.168.1.255  Mask:255.255.255.0
              UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
              RX packets:5975598 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
              TX packets:6267765 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
              collisions:1331 txqueuelen:100
              RX bytes:557835433 (531.9 Mb)  TX bytes:2811341821 (2681.1 Mb)
              Interrupt:10 Base address:0x6100

    eth0:0    Link encap:Ethernet  HWaddr 00:50:FC:22:9C:57
              inet addr:192.168.0.2  Bcast:192.168.0.255  Mask:255.255.255.0
              UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
              Interrupt:10 Base address:0x6100
    瞧！啟動兩個網路卡囉！這個沒問題的啦！可以連通兩個網域囉！

    2. 觀察路由情況：
    [root@test network-scripts]# route
    Kernel IP routing table
    Destination     Gateway         Genmask        Flags Metric Ref    Use Iface
    140.116.142.253 *               255.255.255.255 UH    0      0        0 ppp0
    192.168.1.0     *               255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
    192.168.0.0     *               255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
    127.0.0.0       *               255.0.0.0       U     0      0        0 lo
    default         140.116.142.253 0.0.0.0         UG    0      0        0 ppp0
    嘿！路由表是對的！不用理他也沒有關係呢！

    3. 啟動 IP FORWARD 項目：
    [root@test network-scripts]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
    相信嗎？竟然只要上面這一行，我們的 Linux 就具有 Router 的功能了！ ^_^
    如果一切測試都順利，那麼您可以直接將這一行加入 /etc/rc.d/rc.local 這個檔案中！

    4.1 設定 192.168.1.0 那個網域的 client 電腦：
    IP:192.168.1.11
    Gateway:192.168.1.2 <==極度重要的設定！
    netmask:255.255.255.0
    network:192.168.1.0
    broadcast:192.168.1.255

    4.2 設定 192.168.0.0 那個網域的 Client 電腦
    IP:192.168.0.11
    Gateway:192.168.0.2 <==極度重要的設定！
    netmask:255.255.255.0
    network:192.168.0.0
    broadcast:192.168.0.255
    如此一來，兩個網域之間的溝通將會透過彼此的 GATEWAY 而兩者的 GATEWAY 都在 Linux 上面，所以自然很容易進行溝通啦！尤其我們已經開啟了 Routing 的功能！哈哈！OK！沒問題！
    這樣就設定完成了！如何？很容易吧！這樣一來，就可以讓您的很多電腦的內部網域之網路流量舒緩很多囉！此外，這裡必須提出一點說明，因為我上面的範例直接就是要用來作為測試用的，所以搞的比較簡單，而且還是在同一塊 Linux 主機的網路卡上面搞定的！請注意，如果要架設較大流量的 Router 時，請分別以兩張網路卡來分隔不同的網域，這樣應該會比較好呢！而至於 client 端的設定方面可以參考前面幾章的說明：區域網路設定與連上 Internet。
    　
    另外，請特別留意，就如同剛剛前面我們提過的資訊來看，開機的時候，不論您的 alias 的設定為何 ( 是否設定為 ONBOOT )，只要啟動 eth0 則相關的 eth0:n 都會被啟動！這個時候請特別留意！如果其中有一個 IP alias 設定錯誤的話，那麼可能將會導致您的網路整體都會不通！原因多半出在 GATEWAY 上面！建議設定完成之後，先將 eth0 整個 shutdown ，然後再啟動，亦即『ifdown eth0; ifup eth0』然後再來看看 route 的情況！這樣可以避免這次設定成功，下次開機卻是不通的情況發生的！
    　
    測試 Router 工作：
    　
    好了，不可免俗的，我們可要好好的測試一下我們的 router 囉！如何測試呢？很簡單呀！
    　
    1. 在 192.168.1.11 這個 client 端，先連線到 192.168.1.2 試看看能否連線；
    2. 在 192.168.1.11 這個 client 端測試是否可以連線到 192.168.0.2 這個 Server 端的另一個網路連接介面；
    3. 在 192.168.1.11 這個 client 端測試是否可以連接到另一個 client 端，亦即 192.168.0.11 這個 client ！？
    4. 將 Linux 主機的 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 功能關掉，然後再檢驗上面的三個步驟看看！試看看網路是否能夠溝通呢？
    　
    測試的工作就是這麼簡單！來吧我們來測試看看吧！
    1. Client 端的測試( Windows 2000 作業系統, IP 為 192.168.1.11 )：
    C:\>ping 192.168.1.2  <==同網域的主機
    Pinging 192.168.1.2 with 32 bytes of data:
    Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Ping statistics for 192.168.1.2:
        Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
    Approximate round trip times in milli-seconds:
        Minimum = 0ms, Maximum =  0ms, Average =  0ms

    C:\>ping 192.168.0.2  <==不同網域的主機
    Pinging 192.168.0.2 with 32 bytes of data:
    Reply from 192.168.0.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Reply from 192.168.0.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Reply from 192.168.0.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Reply from 192.168.0.2: bytes=32 time<10ms TTL=255
    Ping statistics for 192.168.0.2:
        Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
    Approximate round trip times in milli-seconds:
        Minimum = 0ms, Maximum =  0ms, Average =  0ms

    C:\>ping 192.168.0.11  <==不同網域的 Client 端！
    Pinging 192.168.0.11 with 32 bytes of data:
    Reply from 192.168.0.11: bytes=32 time<10ms TTL=254
    Reply from 192.168.0.11: bytes=32 time<10ms TTL=254
    Reply from 192.168.0.11: bytes=32 time<10ms TTL=254
    Reply from 192.168.0.11: bytes=32 time<10ms TTL=254
    Ping statistics for 192.168.0.11:
        Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
    Approximate round trip times in milli-seconds:
        Minimum = 0ms, Maximum =  0ms, Average =  0ms
    看到了嗎？用我們的 192.168.1.11 可以 ping 到 192.168.0.11 呦！OK囉！

    2. Server 端的修改：
    [root@test root]# echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
    先將 IP routing 的功能關掉一下！試看看結果！

    3. Client 端的測試 ( 作業系統為 windows 2000, IP 192.168.1.11 )：
    C:\>ping 192.168.0.11
    Pinging 192.168.0.11 with 32 bytes of data:
    Request timed out.
    Request timed out.
    Request timed out.
    Request timed out.
    Ping statistics for 192.168.0.11:
        Packets: Sent = 4, Received = 0, Lost = 4 (100% loss),
    Approximate round trip times in milli-seconds:
        Minimum = 0ms, Maximum =  0ms, Average =  0ms
    馬上就無法連線了！很誇張吧！！ ^_^

    4. 恢復 Linux Router ：
    [root@test root]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
    不要忘記把 IP Routing 的功能加回來呢！

    5. 用另一部 Linux 主機看一下結果 ( IP 192.168.0.11 )：
    [root@vbird-redhat root]# ping -c 3 192.168.1.11
    PING 192.168.1.11 (192.168.1.11) from 192.168.0.11 : 56(84) bytes of data.
    64 bytes from 192.168.1.11: icmp_seq=1 ttl=127 time=0.542 ms
    64 bytes from 192.168.1.11: icmp_seq=2 ttl=127 time=0.517 ms
    64 bytes from 192.168.1.11: icmp_seq=3 ttl=127 time=0.541 ms
    --- 192.168.1.11 ping statistics ---
    3 packets transmitted, 3 received, 0% loss, time 1998ms
    rtt min/avg/max/mdev = 0.517/0.533/0.542/0.022 ms
    看到上面斜體字了嗎？嘿嘿！沒錯！兩個不同網域確實有在溝通囉！ ^_^
    呵呵！測試的結果也告訴我們囉！沒錯！有沒有啟動 Routing 的功能將會影響 Linux 是否可以具有 Router 的能力！
建議：
上面的那個範例單純只是為了作為範例來示範！要注意，我們在公司內部架設 router 的時候，通常是希望降低內部網路流量的負載，這個時候，當然是將兩個網域分別分開在兩個實體網路卡上面比較好！而不是在一塊網路卡上面設定兩組 IP ，這樣做對於減低流量負荷的幫助應該不大！所以，您的實體線路配線方面可能要變成如下圖所示的模樣( 當然，設定方面則是完全一樣啦！ )：
無論如何，上面的方式可以提供一些中小企業，電腦數要多不多，偏偏又會影響整體流量的情況時，可以使用來解決問題！再來，對於中小學的網路佈線情況呢，也可以達到不錯的降低整體網路負荷的效果！而這個簡單的 Router 您可以使用 486 那種等級的舊舊的電腦來架設就可以啦！反正他的 loading 又不重∼∼此外，附上一篇小州前輩的建議給大家參考：
 
其實這樣子弄是有點問題的。我的意思是說，一般弄切割的話，還是需要弄獨立的網路卡分隔，這不只是區隔網路而已，而且還是考慮到實體封包流通時的問題。
　
您網頁上的架構，實體網路佈線，那 linux 只有一張網路卡，所以網路卡接網路線時會接到 hub 上，而 a、b 兩端不同網路區段的電腦也都是把網路線接到該 hub。這個佈線方式，其實底層封包流通時，a、b 兩端網路都還是可以收到，只不過 ip 那層看到因為不是自己網路區段的封包而不理會。
　
 ip alias 時機，一般不建議用在提供 router/nat 這類同一個 ip 區段內，因為不同網路區段的封包還是會撞在一起... 真正商業使用上，要提供router/nat 功能時，通常不會建議使用 ip alias (除非真的是臨時需要或者是真的少網路卡可以用)，而會使用兩張網路卡並且各自使用 hub/switch切割開處理。
　
另外以管理實際網路的經驗來看，其實若是有使用者作怪，像是 a 網路有人架設dhcp，那 b 網路使用者可能就遭殃了:Q 還有就是，若是 a 網路內的電腦作怪，也可以把自己的 ip 設定為 b 網路區段內的 ip，那就會失去區隔效用。
重點回顧：
課後練習
多 IP 與 Router 的架設
2002/08/09：第一次完成日期！
2003/08/22：重新編輯文章，並增加重點回顧與課後練習