SOHO路由器引起的IP地址冲突

SOHO路由器，目前很多单位都在使用，常见的品牌有Cisco、H3C、TP-Link、D-Link等。SOHO路由器具备路由、交换功能，有的还有无线功能。随着SOHO路由器在网络中使用数量的增多，带来的相关故障也越来越多。本文通过一则实例，让大家对SOHO路由器的功能和使用方法了解的更加透彻。

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图1 网络结构图

　　一、公司网络结构

　　单位网络结构图如图1所示。为了确保重要设备的稳定性和冗余性，核心层交换机使用两台Cisco 4506，通过Trunk线连接。在接入层使用了多台Cisco 3750交换机，图示为了简洁，只画出了两台。在核心交换机上连接有单位重要的服务器，如DHCP、E-MAIL服务器、WEB服务器等。单位IP地址的部署，使用的是B类私有172网段的地址。DHCP服务器的IP地址为172.16.1.1。Cisco 4506和Cisco 3750之间也是Trunk连接。4506通过光纤连接至互联网。
 
　　二、故障发生过程

　　单位新聘用了一名员工，要把他的PC接入到网络中，但接入时总提示“IP地址与网络上的其它系统有冲突”。后来，把电脑网卡上的网线拔掉再插上，让电脑重新从DHCP服务器获取IP地址，但故障依旧。接着又在电脑的“命令行”中用“ipconfig /release”命令释放网卡上的IP地址，然后再执行命令“ipconfig /renew”，让电脑再重新获取一次地址，但系统依旧提示地址冲突。

　　接着，我们在“命令行”中执行“ipconfig /all”，发现电脑获取到的IP地址是172.16.11.34/24。既然提示说地址冲突，那么在网络中肯定还有一台设备在使用172.16.11.34这个地址。为了验证这种判断，先把新接入网络的电脑关机，然后在网络上，执行“ping 172.16.11.34”命令，结果和预期的一样，可以ping通。这证明了网络中还有一台设备正在使用172.16.11.34。接下来就是找出这台设备。

　　三、排查故障的步骤

　　1、按照当初网路的设计，客户端都是自动从DHCP服务器获取IP地址，也就是客户端使用的IP地址不是固定的。当从DHCP服务器获取的IP地址租用期满了之后，若再重新获取的话，IP地址就会有变化。但在网络的同一VLAN中，使用172.16.11.34/24地址，可能有一百多台PC，总不能一台一台去查，效率太低。

　　2、最终我们把寻找172.16.11.34/24的方法放在了Cisco 4506和Cisco 3750上，因为三层交换机中都保存有ARP表，而在二层和三层交换机中都保存有，主机MAC地址和交换机接口对应的二层CAM表。通过这两张表就很容易找到IP地址对应的设备。首先我们在Cisco 4506上执行如下命令：

Cisco-4506#show arp | include 172.16.11.34
Protocol     Address    Age (min)  Hardware Addr  Type  Interface
Internet    172.16.11.34    8     00d1.8624.1a02   ARPA  Vlan11

　　上面命令显示的结果，只是4506中ARP表内容的一部分。通过它可以找到IP地址172.16.11.34所对应的MAC地址00d1.8624.1a02。

　　3、因为每一台电脑的MAC地址都是全球唯一的，所以我们再在Cisco 3750上执行如下命令：

Cisco-3750#show mac-address-table dynamic | include 00d1.8624.1a02
Mac Address Table
-------------------------------------------
Vlan    Mac Address       Type         Ports
----       -----------         --------        -----
11     00d1.8624.1a02    DYNAMIC     Gi1/0/13

　　上面命令的显示结果，也只是3750中CAM表内容的一部分。通过显示结果我们找到了IP地址是172.16.11.34的设备是通过3750的Gi1/0/13口连接到网络中的。然后我们再通过连接3750的Gi1/0/13口和机房中配线架的网络跳线，找到与Cisco 3750 Gi1/0/13连接的配线架上端口对应的办公室房间号。结果，我们在那间办公室中找到了一台D-Link路由器。路由器在网络中的连接示意图如图2所示。

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图2 引起地址冲突的路由器连接图

　　4、接着在连接D-Link路由器的PC中的“命令行”中执行“ipconfig /all”命令，查找到D-Link路由器的网关地址是192.168.1.1，然后在PC的浏览器地址栏中输入192.168.1.1，进入D-Link的Web配置管理界面。一般的SOHO路由器的管理配置都是以这种方式进入的。最后，在D-Link的Web页面中找到了引起网络IP地址冲突的错误配置，如图3所示。

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图3  D-Link路由器上的错误设置

　　5、就是因为在此设备上也配置了静态的172.16.11.34/24地址，导致网络故障。要排除冲突故障，只要在Web管理界面中的“因特网连接”—>“因特网连接类型”中，选择“动态”，然后点击保存即可，如图4所示。

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图4 排除IP地址冲突的正确设置

　1、SOHO路由器中一般都使用了两种重要技术：PAT和DHCP服务器功能。

　　(1)PAT(端口地址转换)。属于NAT中三大规则中的一种，另外两种是静态NAT(Static NAT)和动态NAT(Dynamic NAT)。PAT有时也称动态复用NAT，它改变了外出数据包的源端口，并进行端口转换，采用端口多路复用方式。内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，可以最大限度地节约IP地址资源。同时，也可以隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自Internet的攻击。因此，目前网络中应用最多的就是PAT规则。

　　(2)DHCP服务器功能。当一台电脑第一次接入到，配置有DHCP服务器的网络中时，客户机上没有任何的IP数据设定，也就是没有IP地址、DNS和默认网关地址，这时它会向网络中发出一个 DHCP Discover数据包。因为客户端还不知道自己属于哪一个网络，所以数据包的源地址为0.0.0.0，而目的地址则为 255.255.255.255 ，向网络进行广播。当客户端将第一个 DHCP Discover数据包送出去之后，在 一秒之内若没有得到响应的话，就会进行第二次 DHCP Discover数据包的广播。若一直得不到响应的情况下，客户端一共会有四次 DHCP Discover数据包广播。

　　在DHCP服务器收到DHCP Discover发现报文后会做出响应，它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户机，并根据DHCP Discover数据包中原来携带的客户机MAC地址，向客户机发送一个包含出租的IP地址、DNS和默认网关地址的DHCP Offer提供报文。

　　2、对故障的深入分析。通过上面对DHCP工作原理的分析，发现当网络中SOHO路由器上也配置了静态的172.16.11.34地址后，若再有PC接入到网络中，DHCP给PC分配IP地址时，因为它并不知道172.16.11.34已在网络中配置，所以它还是按照IP地址分配的顺序，前面172.16.11.1~33的地址已经分配，自然就把172.16.11.34分配给了新加入网络中的PC，从而造成了冲突故障。

　　3、CAM表和ARP表。在二层和三层交换机上都会维护一张用于二层交换的地址表，即CAM表。该表是MAC地址与交换机出接口的对应关系。这样当收到一个以太网数据帧时，交换机判断如果该数据帧不是发送给自己的，则根据数据帧的目的MAC地址查询CAM表，如果能在CAM表中找到与该MAC地址对应的转发项，则根据查询的结果，通常是一个出接口列表，在相应的接口上把数据帧转发出去。如果不能找到，则向所有端口广播该数据帧。

　　在网络中的三层设备上都会维护一张ARP表，用于查找连接到三层设备的客户端或服务器的IP地址和其MAC地址。也就说只要知道MAC地址和IP地址其中的一个就可以知道另外一个。通常在网络中利用这两张表就可以迅速的确定一个设备的具体位置。