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1、第八章 路由与路由协议,组网技术,路由与路由协议,主要内容：1.路由和路由选择路由与路由器路由表路由选择的实现直接路由与间接路由静态路由与动态路由,路由与路由协议,主要内容：2.Internet的路由协议路由协议的概念路由选择算法及Internet分层次的路由选择协议路由协议的分类路由协议举例：RIP,Section8-1 路由与路由选择,第八章 路由与路由协议,路由问题的引入,2,2,1,3,1,1,2,5,3,路由与路由器,路由是指对到达目标网络所进行的最佳路径选择 路由是网络层最重要的功能。路由的实现：路由器 用于实现网络层路由功能的专用网络互连设备路由模块 某些交换机里面带了路由功能模
2、块，这些交换机被称 为三层交换机。软件路由 在操作系统软件中所实现的路由功能。提供软件路由功能的主机必须具有多宿主功能，即通过多块网卡连接了至少两个以上的不同网络。,路由器,路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。也就是说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去的目的地（即目的网络），将该分组从某个合适的输出端口转发给下一跳路由器。,目的站点,源站点,路由器和OSI模型,传输层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,路由器,路由器,路由器的实现,路由器,路由器端口,路由器与网络的连接部分称为接口，也被
3、称为端口。在进行IP路由选择时，每个接口必须具有一个独立的、惟一的IP地址,路由器,路由器的基本构成,路由器的核心作用是实现网络互连路由器必须具备：两个或两个以上的接口协议至少实现到网络层至少支持两种以上的子网协议具有存储、转发和寻径的功能,典型的路由器的结构,路由选择,路由选择处理机,路由选择协议,路由表,3,输入端口,3,交换结构,输入端口,输出端口,分组转发,转发表,分组处理,输出端口,1,1,1,3,3,1,2,2,2,2,3网络层2数据链路层1物理层,路由选择的实现,路由表,丢弃IP分组,成帧模块,分片模块,接收帧,IP分组,不存在匹配,存在匹配,IP分组,发送帧,路由选择模块,IP
4、处理模块,路由表,在路由器中，所有关于如何到达目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来。这种专门用于存放路由信息的表被称为路由表。,PC机上的路由表,路由选择的实现,路由器查找路由表以获得最佳路径信息的功能被称为路由器的“路由”功能；路由器将从接收端口进来的数据在输出端口重新转发出去的功能称为路由器的“交换”功能。“路由”与“交换”被称为路由器的两大基本功能。,直接路由,源主机,主机Z,路由器A,路由器B,主机Y,主机X,1）,2）,直接路由与间接路由,direct routing 1)当源主机与目标主机在同一网络中；2)目标主机在路由器直接相连的某个网络中，路由器直接查找该目标IP地址
5、所对应的MAC地址信息，并利用该地址信息将IP分组重新封装成目标网络所期望的帧发送到该直接相连的目标网络中。,间接路由,源主机,主机Z,路由器A,路由器B,主机Y,主机X,间接路由,间接路由,indirect routing目标主机不在路由器直接相连的任何一个网络中，但路由器从路由表中找到一条与目标网络相匹配的最佳路径信息(路由器转发接口或下一跳路由器的IP地址信息)，于是将IP分组重新进行封装成出去端口所期望的帧转发给下一跳路由器，由下一跳路由器继续后续的分组转发-逐跳(hop by hop)转发。,路由器的逐跳转发示例,1.主机A的网络层生成IP数据报，源IP是10.0.0.2,目的IP是
6、40.0.0.2,2.主机A查询自己的路由表，将IP数据报发送给默认网关R1(10.0.0.1),路由器的逐跳转发示例,3.R1根据目的IP(40.0.0.2)查找路由表，,确定下一站是20.0.0.2（R2的接口0）,路由器的逐跳转发示例,3.R2根据目的IP(40.0.0.2)查找路由表，确定下一站是30.0.0.2（R3的接口0）,路由器的逐跳转发示例,4.R3根据目的IP(40.0.0.2)查找路由表，确定下一站是R3的接口1,关于路由表的问题,路由表中的路由信息从何而来？路由器如何生成路由表？两种方式可用于路由表信息的生成和维护：静态路由动态路由,静态路由,网络管理员根据其所掌握的网
7、络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项要求网络管理员对网络的拓扑结构和网络状态有着非常清晰的了解当网络连通状态变化时，路由的更新要手工完成。当网络互连规模增大或网络中的变化因素增加时，静态路由难以适应网络状态的变化，也称非自适应路由,A,10.0.0.1,S0/0,10.0.0.2,S0/0,B,Network N,Public Network,在路由器 A上配置：ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.0.2,默认路由,静态路由配置,H3C ip route-static ip-address mask|masklen interface-type int
8、erface-name|nexthop-address preference value reject|blackhole,静态路由的配置命令:,例如：ip route-static 129.1.0.0 16 10.0.0.2 ip route-static 129.1.0.0 255.255.0.0 10.0.0.2 ip route-static 129.1.0.0 16 Serial 0/0,静态路由配置示例,在路由器 H3C A上配置：ip route-static 129.1.0.0 255.255.0.0 10.0.0.2 ip route-static 129.1.0.0 16
9、10.0.0.2,删除一条静态路由,undo ip route-static ip-address mask|mask-length interfacce-name nexthop-address preference value,缺省路由配置示例,在路由器 H3C A上配置：ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.0.2,Internet 上大约99.99%的路由器上都存在一条缺省路由!,H3C A,10.0.0.1,S0/0,10.0.0.2,S0/0,H3C B,Network N,Public Network,配置缺省路由,ip route-stati
10、c 0.0.0.0 0.0.0.0|0 interface-type interface-number|nexthop-address preference value tag tag-value description string,删除全部静态路由,delete static-routes all使用此命令可以删除配置的全部静态路由，包括缺省路由,路由表的显示,查看路由表摘要信息 display ip routing-table查看路由表详细信息 display ip routing-table verbose,静态路由配置举例,Host1 1.1.1.2/24,Host2 1.1.4.2
11、/24,Host3 1.1.5.2/24,Router A,Router B,Router C,1.1.1.1/24 E1/0,E1/0 1.1.4.1/24,E1/0 1.1.5.1/24,1.1.2.1/24 S0/0,1.1.2.2/24 S0/0,S0/1 1.1.3.2/24,S0/0 1.1.3.1/24,配置路由器Router A,#配置路由器Router A 静态路由：Router A ip route-static 1.1.3.0 255.255.255.0 1.1.2.1Router A ip route-static 1.1.4.0 255.255.255.0 1.1.2
12、.2Router A ip route-static 1.1.5.0 255.255.255.0 1.1.2.2或只配缺省路由：Router A ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 1.1.2.2,配置路由器Router B,#配置路由器Router B 静态路由：Router B ip route-static 1.1.2.0 255.255.255.0 1.1.3.2Router B ip route-static 1.1.5.0 255.255.255.0 1.1.3.2Router B ip route-static 1.1.1.0 255.255.255.
13、0 1.1.3.2或只配缺省路由：Router B ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 1.1.3.2,#配置路由器RouterC 静态路由：Router C ip route-static 1.1.1.0 255.255.255.0 1.1.2.1Router C ip route-static 1.1.4.0 255.255.255.0 1.1.3.1主机Host1 上配缺省网关为1.1.1.1主机Host 2 上配缺省网关为1.1.4.1主机Host 3 上配缺省网关为1.1.5.1,配置路由器Router C,动态路由,指路由器通过自主学习而获得的路由信息，
14、又称自适应路由。通过在路由器上运行路由协议并进行相应的路由协议配置即可保证路由器自动生成并维护正确的路由信息。能较好地适应网络状态的变化，如网络拓扑和网络流量的变化，同时也减少了人工生成与维护路由表的工作量。开销大,Section8-2 Internet的路由协议,第八章 路由与路由协议,路由协议,路由协议(routing protocol)：在网络层用于动态生成路由表信息的协议；路由协议用于生成路由表，提供了关于如何到达既定目标的路径信息，为网络分组(如IP数据包)如何到达目标网络提供了路径选择服务(主动)路由(routing)协议 How,路由选择算法,路由协议的核心是路由选择算法。不同的
15、路由选择算法通常会采用不同的评价因子、权重及算法思想来进行最佳路径的计算。Internet采用了分层次的路由选择协议,分层次的路由选择协议,因特网采用分层次的路由选择协议。因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议（这属于本部门内部的事情），但同时还希望连接到因特网上。,自治系统(autonomous system),因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统 AS。一个自治系统是一个互联网
16、，其最重要的特点就是自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位(例如，一个公司，一所大学，政府的一个部门，等等)来管辖。一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的。,因特网有两大类路由选择协议,内部网关协议 IGP(Interior Gateway Protocol)即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。外部网关协议EGP(External Gateway Protocol)若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将
17、路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。,R1,H1,H2,内部网关协议IGP（例如，RIP）,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,EGP,EGP,EGP,内部网关协议IGP（例如，OSPF）,外部网关协议EGP（例如，BGP-4）,IGP,R3,R2,自治系统和内部网关协议、外部网关协议,RIP,RIP协议是基于距离矢量的路由选择协议。RIP协议中，如果路由器A和网络B直接相连，那么路由器A到网络B的距离就是1。如果从路由器A出发，到达网络B中间需要经过N
18、个路由器，那么路由器A到网络B的距离就是N+1。RIP协议认为距离最小的路就是最好的路。,RIP,RIP协议中的距离也称为“跳数”，每增加一个路由器，跳数就加1。RIP协议允许一条路径上最多包含15个路由器，因此距离的最大值为16（表示网络不可达），所以RIP协议只适合于小型的网络。,RIP,在RIP协议中，路由表不但要记录到达目的网络的下一站信息，还要记录到达目的网络的距离（跳数）。,RIP协议工作原理,每个路由器每隔30s给自己的所有的邻居路由器广播RIP报文，报文的内容是这个路由器当前的路由表信息。收到邻居路由器的路由表信息后，每个路由器都要更新自己的路由表，填加新的路由表项后更改旧的路
19、由表项。这样下一次就可以将更新后的路由表告诉自己的邻居。,RIP工作原理,如果180s内没有收到某个路由器的路由表信息，就认为这个路由器出了故障，路由表中所有以这个路由器为下一站的表项中的距离修改为16，表示目的网络不可达。经过一段时间后，每个路由器都会知道到达每个网络的路由，构建出完整的路由表。,距离向量算法,收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：(1)先修改此 RIP 报文中的所有项目：将“下一跳”字段中的地址都改为 X，并将所有的“距离”字段的值加 1。(2)对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：若项目中的目的网络不在路由表中，则将该项目加到路由表中。否则
20、若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则将收到的项目替换原路由表中的项目。否则 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，否则，什么也不做。(3)若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。(4)返回。,1 1 2 1 3 1,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1,2 1 5 1,3 1 4 1,4 1 6 1,1 1 5 1,一开始，各路由表只有到相邻路由器的信息,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,“4”表示“从本路由器到网 4”,“1”表示“距离是 1”,“”表示“直接交付”,F,E,D
21、,C,B,A,5 1 6 1,2 1 5 1,3 1 4 1,1 1 5 1,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 1 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 1，距离是 2，经过 A。”,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1,2 1 5 1,3 1 4 1,1 1 5 1,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 2 的距离是 1。”因此 B
22、现在也可以到网 2，距离是 2，经过 A。”,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1,2 1 5 1,3 1 4 1,1 1 5 1,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 3 的距离是 1。”但 B 没有必要绕道经过路由器 A再到达网 3，因此这一项目不变。,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1,2 1 5 1,3 1 4 1,1 1 5 1,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A2 2 A3 1
23、4 1 6 2 C,C 说：“我到网 4 的距离是 1。”但 B 没有必要绕道经过路由器 C再到达网 4，因此这一项目不变。,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1,2 1 5 1,3 1 4 1,1 1 5 1,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C,C 说：“我到网 6 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 6，距离是 2，经过 C。”,最终所有的路由器的路由表都更新了,F,E,D,C,B,A,1 1 2 1 3 1 4 2 B5 2 E6 3 B,1 1 2 2 A3 2 A4
24、3 A5 1 6 2 F,1 2 E2 2 D3 3 C4 2 C5 1 6 1,1 3 B2 3 B3 2 B4 1 5 2 F6 1,网 2,网 6,网 5,网 1,网 3,网 4,1 2 A2 1 3 2 A4 3 A5 1 6 2 F,1 2 A2 2 A3 1 4 1 5 3 C6 2 C,优点和不足,优点实现和配置简单不足路由的范围有限（15跳）用跳数作为度量，没有考虑带宽、时延等会出现暂时的环路每30s发送整个路由表，占用带宽大,R2,R1,正常情况,1 1,1 2 R1,R1 说：“我到网 1 的距离是 1，是直接交付。”,“1”表示“从本路由器到网 1”,“1”表示“距离是
25、1”,“”表示“直接交付”,R2,R1,正常情况,1 1,1 2 R1,R2 说：“我到网 1 的距离是 2，是经过 R1。”,“1”表示“从本路由器到网 1”,“2”表示“距离是 2”,“R1”表示经过 R1,R2,R1,正常情况,1 1,1 2 R1,R1 说：“我到网 1 的距离是 16（表示无法到达），是直接交付。”,但 R2 在收到 R1 的更新报文之前，还发送原来的报文，因为这时 R2 并不知道 R1 出了故障。,R2,R1,正常情况,1 1,1 2 R1,R1 收到 R2 的更新报文后，误认为可经过 R2 到达网1，于是更新自己的路由表，说：“我到网 1 的距离是 3，下一跳经过
26、 R2”。然后将此更新信息发送给 R2。,R2,R1,正常情况,1 1,1 2 R1,R2 以后又更新自己的路由表为“1,4,R1”，表明“我到网 1 距离是 4，下一跳经过 R1”。,R2,R1,R2,R1,网 1出了故障,正常情况,1 1,1 16,1 5 R2,1 2 R1,1 2 R1,这样不断更新下去，直到 R1 和 R2 到网 1 的距离都增大到 16 时，R1 和 R2 才知道网1是不可达的。,练习-RIP协议生成路由表,若路由器A采用的路由协议为RIP，A的路由表如表1所示，现在路由器A收到从路由器C发来的路由信息（如表2所示），试给出路由表A更新的结果。,表1,表2,练习答案
27、,基本的RIP 配置,RIP协议配置命令,启动RIP协议，进入RIP协议配置视图H3C rip在指定的网络上使能RIPH3C-rip network network-number,RIP配置示例1,启动RIP，并配置在接口Ethernet2/0/0 和Ethernet6/0/0 上运行RIP。RouterA ripRouterA-rip network 192.1.1.0RouterA-rip network 192.1.2.0,Router A,E6/0/0 192.1.2.1/24,E2/0/0 192.1.1.1/24,RIP配置示例2,1.1.1.1/24,e1/0,路由器A,路由器B
28、,2.2.2.1/24,S0/0,S0/0,2.2.2.2/24,e1/0,3.3.3.1/24,配置步骤,路由器A:RTAinter E1/0RTA-Ethernet1/0ip address 1.1.1.1 255.255.255.0RTA-s0/0ip address 2.2.2.1 255.255.255.0RTAripRTA-ripnetwork 1.1.1.0RTA-ripnetwork 2.2.2.0,配置步骤,路由器B:RTAinter E1/0RTA-Ethernet1/0ip address 3.3.3.1 255.255.255.0RTA-s0/0ip address 2
29、.2.2.2 255.255.255.0RTAripRTA-ripnetwork 3.3.3.0RTA-ripnetwork 2.2.2.0,内部网关协议 OSPF(Open Shortest Path First),1.OSPF 协议的基本特点“开放”表明 OSPF 协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。“最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法SPFOSPF 只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。是分布式的链路状态协议。,三个要点,向本自治系统中所有路由器发送信息。所有的路由器都维持一个链路状态数据库，路由器发送的信息就是与本地路
30、由器相邻的所有路由器的链路状态。“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器发送此信息。,链路状态数据库(link-state database),由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的（这称为链路状态数据库的同步）。OSPF 的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF 的更新过程收敛得快是其重要优点。,链路状态路由协议算法,(一）网络的拓扑结构,（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树,（三）由链路状态数据库得到的带权有向图,C,A,B,D,1,2,3,5,小结,本次课学习了路由的实现路由器收到数据包后如何进行路由选择直接路由和间接路由路由表静态路由、默认路由、动态路由路由协议（作用、分类、Internet的路由协议、RIP协议的路由算法、OSPF协议）课外认知活动：认识路由选择（使用“tracert 和route print”命令）,Tracert命令,
