前面我们学习了 IPv6 路由。现在我们继续深入学习 Linux 中的 IPv4 路由的基础知识。我们从硬件概述、操作系统和 IPv4 地址的基础知识开始，下周我们将继续学习它们如何配置，以及测试路由。

局域网路由器硬件

Linux 实际上是一个网络操作系统，一直都是，从一开始它就有内置的网络功能。要将你的局域网连入因特网，构建一个局域网路由器比起构建网关路由器要简单的多。你不要太过于执念安全或者防火墙规则，对于处理网络地址转换（NAT）它还是比较复杂的，NAT是 IPv4 的一个痛点。我们为什么不放弃 IPv4 去转到 IPv6 呢？这样将使网络管理员的工作更加简单。

有点跑题了。从理论上讲，你的 Linux 路由器是一个至少有两个网络接口的小型机器。Linux Gizmos 有一个很大的单板机名单：98 个开放规格、适于黑客的 SBC 的目录。你能够使用一个很老的笔记本电脑或者台式计算机。你也可以使用一个紧凑型计算机，像 ZaReason Zini 或者 System76 Meerkat 一样，虽然这些有点贵，差不多要 $600。但是它们又结实又可靠，并且你不用在 Windows 许可证上浪费钱。

如果对路由器的要求不高，使用树莓派 3 Model B 作为路由器是一个非常好的选择。它有一个 10/100 以太网端口，板载 2.4GHz 的 802.11n 无线网卡，并且它还有四个 USB 端口，因此你可以插入多个 USB 网卡。USB 2.0 和低速板载网卡可能会让树莓派变成你的网络上的瓶颈，但是，你不能对它期望太高（毕竟它只有 $35，既没有存储也没有电源）。它支持很多种风格的 Linux，因此你可以选择使用你喜欢的版本。基于 Debian 的树莓派是我的最爱。

操作系统

你可以在你选择的硬件上安装将你喜欢的 Linux 的简化版，因为定制的路由器操作系统，比如 OpenWRT、 Tomato、DD-WRT、Smoothwall、Pfsense 等等，都有它们自己的非标准界面。我的观点是，没有必要这么麻烦，它们对你并没有什么帮助。尽量使用标准的 Linux 工具，因为你只需要学习它们一次就够了。

Debian 的网络安装镜像大约有 300MB 大小，并且支持多种架构，包括 ARM、i386、amd64 和 armhf。Ubuntu 的服务器网络安装镜像也小于 50MB，这样你就可以控制你要安装哪些包。Fedora、Mageia、和 openSUSE 都提供精简的网络安装镜像。如果你需要创意，你可以浏览 Distrowatch。

路由器能做什么

我们需要网络路由器做什么？一个路由器连接不同的网络。如果没有路由，那么每个网络都是相互隔离的，所有的悲伤和孤独都没有人与你分享，所有节点只能孤独终老。假设你有一个 192.168.1.0/24 和一个 192.168.2.0/24 网络。如果没有路由器，你的两个网络之间不能相互沟通。这些都是 C 类的私有地址，它们每个都有 254 个可用网络地址。使用 ipcalc 可以非常容易地得到它们的这些信息：

$ ipcalc 192.168.1.0/24
Address:   192.168.1.0          11000000.10101000.00000001. 00000000
Netmask:   255.255.255.0 = 24   11111111.11111111.11111111. 00000000
Wildcard:  0.0.0.255            00000000.00000000.00000000. 11111111
=>
Network:   192.168.1.0/24       11000000.10101000.00000001. 00000000
HostMin:   192.168.1.1          11000000.10101000.00000001. 00000001
HostMax:   192.168.1.254        11000000.10101000.00000001. 11111110
Broadcast: 192.168.1.255        11000000.10101000.00000001. 11111111
Hosts/Net: 254                   Class C, Private Internet

我喜欢 ipcalc 的二进制输出信息，它更加可视地表示了掩码是如何工作的。前三个八位组表示了网络地址，第四个八位组是主机地址，因此，当你分配主机地址时，你将 “掩盖” 掉网络地址部分，只使用剩余的主机部分。你的两个网络有不同的网络地址，而这就是如果两个网络之间没有路由器它们就不能互相通讯的原因。

每个八位组一共有 256 字节，但是它们并不能提供 256 个主机地址，因为第一个和最后一个值 ，也就是 0 和 255，是被保留的。0 是网络标识，而 255 是广播地址，因此，只有 254 个主机地址。ipcalc 可以帮助你很容易地计算出这些。

当然，这并不意味着你不能有一个结尾是 0 或者 255 的主机地址。假设你有一个 16 位的前缀：

$ ipcalc 192.168.0.0/16
Address:   192.168.0.0          11000000.10101000. 00000000.00000000
Netmask:   255.255.0.0 = 16     11111111.11111111. 00000000.00000000
Wildcard:  0.0.255.255          00000000.00000000. 11111111.11111111
=>
Network:   192.168.0.0/16       11000000.10101000. 00000000.00000000
HostMin:   192.168.0.1          11000000.10101000. 00000000.00000001
HostMax:   192.168.255.254      11000000.10101000. 11111111.11111110
Broadcast: 192.168.255.255      11000000.10101000. 11111111.11111111
Hosts/Net: 65534                 Class C, Private Internet

ipcalc 列出了你的第一个和最后一个主机地址，它们是 192.168.0.1 和 192.168.255.254。你是可以有以 0 或者 255 结尾的主机地址的，例如，192.168.1.0 和 192.168.0.255，因为它们都在最小主机地址和最大主机地址之间。

不论你的地址块是私有的还是公共的，这个原则同样都是适用的。不要羞于使用 ipcalc 来帮你计算地址。

CIDR

CIDR（无类域间路由）就是通过可变长度的子网掩码来扩展 IPv4 的。CIDR 允许对网络空间进行更精细地分割。我们使用 ipcalc 来演示一下：

$ ipcalc 192.168.1.0/22
Address:   192.168.1.0          11000000.10101000.000000 01.00000000
Netmask:   255.255.252.0 = 22   11111111.11111111.111111 00.00000000
Wildcard:  0.0.3.255            00000000.00000000.000000 11.11111111
=>
Network:   192.168.0.0/22       11000000.10101000.000000 00.00000000
HostMin:   192.168.0.1          11000000.10101000.000000 00.00000001
HostMax:   192.168.3.254        11000000.10101000.000000 11.11111110
Broadcast: 192.168.3.255        11000000.10101000.000000 11.11111111
Hosts/Net: 1022                  Class C, Private Internet

网络掩码并不局限于整个八位组，它可以跨越第三和第四个八位组，并且子网部分的范围可以是从 0 到 3，而不是非得从 0 到 255。可用主机地址的数量并不一定是 8 的倍数，因为它是由整个八位组定义的。

给你留一个家庭作业，复习 CIDR 和 IPv4 地址空间是如何在公共、私有和保留块之间分配的，这个作业有助你更好地理解路由。一旦你掌握了地址的相关知识，配置路由器将不再是件复杂的事情了。

从 理解 IP 地址和 CIDR 图表、IPv4 私有地址空间和过滤、以及 IANA IPv4 地址空间注册 开始。接下来的我们将学习如何创建和管理路由器。

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