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1、计算机网络工程,王晓燕,第3章 路由器设置与互连,路由器是计算机网络中的桥梁，是连接计算机网络的核心设备。路由器主要完成路由，即路径选择功能。当路由器某一端口接收到一个数据包时，它以一定的策略（路由协议）将其向目的方向转发，以保证数据包在结构复杂的网络中最终到达目的地。同时它可以完成一些网络管理功能（如防火墙、包过滤、NAT等）,3.1 路由器的功能和特性,路由器是一个用来把多个网络连接起来的设备，它工作在OSI模型的第三层，即网络层。在Internet环境下，第三层使用的是IP协议。有些协议是不可路由的。可路由的协议包括TCP/IP、IPX/SPX和AppleTalk。而NetBEUI和SN
2、A协议不能路由，所以采用这些协议的网络不能使用路由器。,3.1.1路由器的基本功能(1)IP数据报的转发，包括数据报传送的路径选择和传送数据报。(2)与其他路由器交换路由信息，维护路由表。(3)子网隔离，抑制广播风暴。(4)IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制。(5)实现对IP数据报的过滤和记帐等。,3.1.2路由器接口(1)局域网接口：包括以太网口、令牌环网口和光纤分布式数据接口(FDDI，Fiber Distributed Data Interface)等，用于连接局域网。以太网口的数据传输速率通常为10 Mb/s或10/100 Mb/s自适应，千兆光纤接入网络中使用的核心路由器，其Eth
3、ernet接口的速率为1 Gb/s。许多路由器的以太网的接口个数通常为12个。(2)广域网接口：在同步串行连接时，要求使用时钟设备来提供收发之间传输的精确时钟；而异步连接时，使用起始位来保证数据被目的接口完整准确地接收。,(3)同/异步串口：使用不同的接口标准，在不同的工作方式下，具有不同的数据传输速率。在同步模式下，如果使用V.35接口标准，路由器可作为DTE(Data Termination Equipment)设备，最大速率为4.096 Mb/s；在异步模式下，如果使用V.24接口，其最大速率为114.2 kb/s。(4)ISDN的BRI口与CE1/PRI口：BRI(2B+D)数据传输速
4、率为264 kb/s+16 kb/s，CE1/PRI口可配置成支持ISDN PRI(30B+D)或分时隙E1，其最大数据传输速率为2.048 Mb/s。(5)备份口或辅助口(AUX口)：通过MODEM连接广域网，用做专线连接的备份或实现对路由器的远程管理。在异步模式下，其最大数据传输速率为114.2 kb/s。(6)配置口：使用Console线缆通过该接口对路由器进行本地配置，或使用MODEM，通过电话线对路由器进行远程配置。工作在异步模式下，数据传输速率为9600 b/s。,3.1.3 操作系统路由器是一种专用的计算机，正如计算机必须有操作系统才能使用一样，路由器也必须有操作系统，例如Cis
5、co公司的路由器(和交换机)专用的操作系统为Inter-network Operating System，简称IOS。,Cisco IOS软件运行于80%以上的Internet骨干网络路由器中。它提供全面的网络服务，实现丰富的网络功能，具体包括：(1)连接多种网络。通过IOS，Cisco路由器可以连接IP、IPX、IBM和AppleTalk等网络。(2)提供安全服务。Cisco IOS安全服务为Internet、Intranet及远程访问网络提供安全解决方案，进而提供端到端的网络安全。(3)提供多种内嵌功能。Cisco IOS技术提供了多媒体、安全性、网络管理、拨号和Internet应用等许多
6、内嵌功能。,Cisco IOS采用模块化结构，可移植性及扩展性较好。目前，Cisco IOS软件的定制已经简化为对特性集的要求。一般来说，所有路由器共享相同的特性集。也就是说，对于IOS的大多数配置命令，在整个Cisco系列产品中(包括交换机和路由器)都是共通的。特性集可分为以下三类：(1)基本特性集：硬件平台使用的基本软件特性集。(2)加强特性集：基本特性集再加上与硬件平台相关的一些特性。(3)加密特性集：40 bit或56 bit的数据加密特性集。,3.1.4 配置文件 该文件由管理员创建，IOS翻译并执行配置文件中所包含的语句，实现各种功能。配置文件存储在NVRAM中，每次路由器初始化时
7、加载到内存。两个重要的配置文件时Startup-Config和Running-config,3.1.3 路由器的分类(1)核心级路由器。在主干网上，路由器的主要作用是路由选择。在主干网的路由器上，必须有能到达所有下层网络的路径。这就需要维护庞大的路由表，而且对连接状态的变化要尽可能迅速作出反应。路由器的故障将会导致信息传输的严重问题。这类路由器被称为核心级路由器。(2)分布级路由器。在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择，即连接下层各个基层网络单位(如园区网)，同时负责下层网络之间的数据转发。本层的路由器称为分布级路由器，一般用作小型LAN和远程站点的中央连接点。,(3)接入级(访问
8、级)路由器。在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。早期的互联网基层单位是局域网(LAN)，其中所有主机处于同一个逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大，局域网逐步演变成和高速主干路由器连接的多个子网所组成的园区网。在园区网中，各个子网在逻辑上独立，而路由器就是惟一能够分隔和连接它们的设备，它负责子网间的报文转发和广播隔离。该层级的路由器称为接入级或访问级的路由器。,3.2路由协议,3.2.1 Internet的结构与寻址 Internet的寻址方式可以简述为：在各网点内部，各外围路由器协同完成本地寻址；当目的主机在别的网点时，本地网点通过默认路径发往与之直接相连的核心路由器，进入主干网络，再通
9、过核心路由器的协同作用，将IP包传送到目的主机；IP包从主干经过与目的主机所在的网点相连的核心网关进入该网点后，由该网点再进行本地寻址，最终将IP包送往目的主机。,Internet结构和路由协议,3.2.2自治系统 为了寻径，通过单一的核心网关连入主干网络，内部管理由独立管理机构负责的一组网关和网络构成的一个网点，叫做自治系统（Autonomous System，AS）路由协议总体上可分为外部网关协议和内部网关协议。IGP：在一个自治系统内部使用的路由选择协议，与在互联网中的其他自治系统使用什么路由选择协议无关。RIP，IS-IS，OSPFEGP：若源站和目的战处于不同的AS（这两个系统使用不
10、同的IGP协议），当数据报文传到一个AS的边界时，需要一种协议将路由选择信息传递到另一个AS中。这样的协议就是外部网关协议。BGP,无论内部网关协议，还是外部网关协议，都属于动态路由协议（或称自适应路由协议），它能够自动适应网络的变化，动态修改路由表，使之达到最佳状态。,3.2.3 BGP协议,1 BGP协议简介（1）BGP路由策略 BGP允许对AS之间的通信量可使用多种路由选择策略。这些路由选择策略包括政治、经济、安全等方面考虑。但这些策略本身不是BGP协议。,1 BGP协议简介,（2）BGP网络类型 BGP系统与其他BGP系统之间交换网络可到达信息 a）与BGP路由器只有一个连接的网络，它
11、不能用来转发数据报文 b）与BGP有2个或更多连接的网络，它可用来转发数据报文。c）能够转发第三方数据报文的转发网络，例如主干网。（3）BGP连接 2个BGP路由器通信前要建立TCP连接,2 BGP工作原理,BGP报文的种类,（1）open报文，用来与相邻的另一个路由器建立关系（2）Update报文，用来发送某一路由的信息，以及要撤销的多条路由（3）Keepalive报文，用来确认open报文，和周期性的证实邻站关系（4）Notification报文，用来发送监测到的错误信息,BGP功能过程,(1)邻站探测（neighbor acquisition）；接在同一个子网上的2台路由器称为邻站(2)
12、邻站可达性（neighbor reachability）；(3)网络可达性（network reachability）。,自治系统和内部网关协议、外部网关协议,3.3距离矢量路由协议与应用实验,3.3.1距离矢量路由协议简介 距离矢量路由协议（Distance Vector Protocol，DV）是一种路由选择协议。基于Bellman Ford(贝乐曼-福特)算法。这种算法的工作方式：路由器定期广播自己的路由表，在广播报文中包括了路由器了解的网络以及到每个网络的距离。收到报文的路由器将此信息和自己当前路由表相比较，从中计算出一张新的路由表。这一过程发生在所有允许某一特定DV协议的路由器之间。
13、,由于要通过从其他邻居路由器那里得到的知识来构造自己的路由表，因此DV路由表被称作“散布路由”,DV 路由示例,3.3.2DV路由协议的路由选择问题好消息传播的快，坏消息传播的慢。为了防止慢收敛问题，采用以下方法：（1）采用抑制法迫使参与协议工作的路由器在收到某网络不可到达的信息后一段时间内，忽略任何关于该网络的路由信息。（2）使用路径矢量路由也可以解决慢收敛的问题。每个距离矢量也包括它所通过的路径。路由器如果接收到一个路径矢量中包含自己的刷新记录，路由器就不会刷新该记录。,3.3.3RIP协议,RIP（Routing Information Protocol）路由信息协议20世纪70年代盛行
14、起来，至今有2个版本：RIPv1和RIPv2 RIP是一种有类别的距离矢量路由选择协议，它最显著的特点就是在路由选择刷新报文中不携带子网掩码的信息。RIP使用的度量值是跳数，不考虑带宽、延时或其他可变因素，跳数的计算只是将指定路由器到远程网络间所有路由器的个数进行简单的相加而完成的。,问题：会导致所选路径不是最优。,说明RIP使用的跳数度量值局限性的简单网络,RIP使UDP报文的方式把路由表项发送到相邻路由器，因此所发送到相邻路由器的路由表更新报文不能得到保证。路由器间RIP表项的发送默认是在路由器初始启动后30秒开始的。,基本的RIP路由公布表,3.3.4基于RIP路由配置实验,基于RIP的
15、路由器配置实验拓扑图,实验设备：采用一台Cisco1720路由器，一台Cisco2511路由器和一台Cisco2621路由器。拓扑结构如图所示。3台路由器通过Serial端口相连（背对背连接）。由于3台路由器通过串口直接连接的，需要将一个串口设置成DCE（数据同步设备），另一个串口设置成DTE（数据终端设备），且要配置始终频率。本实验选择的DCE端口是r1720的s1端口，r2511的s0、s1端口。,实验步骤：1各路由器端口配置信息在2511的配置命令如下：routeren router#conf t router(config)#hostname r2511r2511(config)#in
16、t s0 进入串口s0的配置模式r2511(config-if)#ip address 192.168.12.1 255.255.255.0为串口s0配置IP地址和子网掩码r2511(config-if)#clock rate 64000r2511(config-if)#no shut 开启串口s0r2511(config-if)#exit 退出,r2511(config)#int s1 进入串口s1的配置模式r2511(config-if)#ip address 192.168.10.2 255.255.255.0为串口s1配置IP地址和子网掩码r2511(config-if)#clock
17、rate 64000r2511(config-if)#no shut 开启串口s1r2511(config-if)#exit 退出r2511(config)#int e0 进入以太网口e0的配置模式r2511(config-if)#ip address 192.168.1.5 255.255.255.0为以太网口e0配置IP地址和子网掩码r2511(config-if)#no shut 开启串口s0r2511(config-if)#exit 退出,（2）在r1720上的配置：routerenrouter#conf t router(config)#hostname r1720r1720(con
18、fig)#int s0 进入串口s0的配置模式r1720(config-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0为串口s0配置IP地址和子网掩码r1720(config-if)#no shut 开启串口s0r1720(config-if)#exit 退出r1720(config)#int s1 进入串口s1的配置模式r1720(config-if)#ip address 192.168.13.1 255.255.255.0为串口s1配置IP地址和子网掩码,r1720(config-if)#clock rate 64000r1720(config-if)
19、#no shut 开启串口s1r1720(config-if)#exit 退出r1720(config)#int fa0 进入以太网口fa0的配置模式r1720(config-if)#ip address 192.168.0.2 255.255.255.0为以太网口e0配置IP地址和子网掩码r2511(config-if)#no shut 开启串口s0r2511(config-if)#exit 退出,（3）在r2621上的配置：routerenrouter#conf trouter(config)#hostname r2621r2621(config)#int s0/0r2621(config
20、-if)#ip address 192.168.13.2 255.255.255.0r2621(config-if)#no shutr2621(config-if)#exitr2621(config-if)#int s0/1r2621(config-if)#ip addr 192.168.12.2 255.255.255.0r2621(config-if)#no shutr2621(config-if)#exit,2 启用RIP协议路由器2511r2511enr2511#conf tr2511(config)#router ripr2511(config-router)#network 19.
21、168.10.0r2511(config-router)#network 19.168.12.0路由器r1720r1720enr1720#conf tr1720(config)#router ripr1720(config-router)#network 19.168.10.0r1720(config-router)#network 19.168.13.0,路由器r2621r2621enr2621#conf tr2621(config)#router ripr2621(config-router)#network 19.168.12.0r2621(config-router)#network
22、19.168.13.0,3RIP协议验证 在正确配置了RIP协议后，我们人为的制造一个故障，即将r2511和r1720之间的链路断开。1）断开链路后，r2511上的提示：2）show ip route,3)debug ip rip,3.3.5 IGRP协议,IGRP（Internal Gateway Routing Protocol）内部网关路由协议是Cisco公司开发的，目的就是取代RIP。它也是一种距离矢量路由协议。IGRP克服了RIP的一些严重缺陷，如IGRP在分配路由度量值时没有采用跳计数，而采用了链路特征，因此IGRP要好于RIP但IGRP是Cisco的私有协议，不能用于与其他厂商设
23、备互联。,1 IGRP原理 IGRP路由协议通过整张路由表的周期性组播，与相邻路由器交换路由信息。每台路由器都使用相邻路由器组播来的信息来决定到达目的网络的最佳路由。IGRP也是一种有类别路由选择协议，它的路由刷新报文不传递网络掩码信息。IGRP路由器属于某个特定的自治系统。自治系统号用数字表示，范围为165535。同一自治系统内的所有路由器共享路由选择信息。,相比较RIP，IGRP优点如下（1）IGRP允许更广的网络范围，RIP网络受限于15跳之内，而IGRP网络的默认限制是100跳（2）IGRP用链路特征而不是跳数最为计算路由的度量值，因此，在多路径网路中，IGRP能够更好的选择最佳路由（
24、3）IGRP路由器默认使用90s刷新间隔时间，是RIP协议刷新间隔时间的3倍（4）IGRP不使用UDP端口进行通信，专门在IP头上为IGRP分配协议标识，由于不需要UDP头，大部分报文能被IGRP本身使用。,2 IGRP定时器更新定时器：用于指定应该发送的路由更新消息间隔，默认值为90秒。失效定时器：用于指定路由器如果在没有接收到某个路由明确的更新信息，而要宣布此路由为无效路由时需要等待的时间。默认时，这个值是三倍于更新时间间隔的，270秒。保持关闭定时器：用于指定保持关闭时间间隔，默认时为更新时间间隔的三倍并加上10秒，即280秒。刷新定时器：用于指定某个路由在被删除之前应该在路由表中保持的
25、时间长度，默认时是七倍于更新时间间隔，即630秒。,3 IGRP路由项3种路由项：内部、系统和外部路由内部路由：是描述附接到一个路由器接口上的子网之间的路径的公布，内部路由项包括接口的子网掩码。系统路由：描述了同一自治系统中网络间的路由。外部路由：描述到达其他自治系统的、在路由中用于确定最后一站网关的路径。,网络拓扑中的IGRP路由类型,3.3.5基于IGRP路由配置实验,实验设备：采用一台Cisco1720路由器，一台Cisco2511路由器、一台Cisco2621路由器和一台交换机构。拓扑结构如图所示。3台路由器通过Serial端口相连（背对背连接）。由于r1720与r2511和r2621
26、之间通过串口直接连接的，需要将一个串口设置成DCE（数据同步设备），另一个串口设置成DTE（数据终端设备），且要配置时钟频率。本实验选择的DCE端口是r1720的s1端口，r2511的s1端口。,基于IGRP的路由器配置实验拓扑图,1 各路由器IP信息配置（1）在r1720上的配置：routerenrouter#conf t router(config)#hostname r1720r1720(config)#int s0 进入串口s0的配置模式r1720(config-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0为串口s0配置IP地址和子网掩码r1720
27、(config-if)#no shut 开启串口s0r1720(config-if)#exit 退出r1720(config)#int s1 进入串口s1的配置模式r1720(config-if)#ip address 192.168.13.1 255.255.255.0为串口s1配置IP地址和子网掩码r1720(config-if)#clock rate 64000r1720(config-if)#no shut 开启串口s1r1720(config-if)#exit 退出,r1720(config)#int fa0 进入以太网口fa0的配置模式r1720(config-if)#ip add
28、ress 192.168.3.1 255.255.255.0为以太网口e0配置IP地址和子网掩码r1720(config-if)#no shut 开启串口s0r1720(config-if)#exit 退出（2）在r2511上的配置routerenrouter#conf trouter(config)#hostname r2511r2511(config)#int s1r2511(config-if)#ip address 192.168.10.2 255.255.255.0r2511(config-if)#clock rate 64000r2511(config-if)#no shutr25
29、11(config-if)#exitr2511(config-if)#int e0r2511(config-if)#ip addr 192.168.1.2 255.255.255.0r2511(config-if)#no shutr2511(config-if)#exit,（3）在r2621上的配置：routerenrouter#conf trouter(config)#hostname r2621r2621(config)#int s0/0r2621(config-if)#ip address 192.168.13.2 255.255.255.0r2621(config-if)#no shu
30、tr2621(config-if)#exitr2621(config-if)#int fa0/0r2621(config-if)#ip addr 192.168.1.3 255.255.255.0r2621(config-if)#no shutr2621(config-if)#exit,2启用IGRP路由协议（1）在路由器r2621配置r2621enr2621#conf tr2621(config)#router igrp 24r2621(config-router)#network 192.168.13.0r2621(config-router)#network 192.168.1.0r26
31、21(config-router)#exitr2621#conf tr2621(config)#int s0/0r2621(config-if)#bandwidth 384,（2）在路由器r1720配置r1720enr1720#conf tr1720(config)#router igrp 24r1720(config-router)#network 192.168.10.0r1720(config-router)#network 192.168.13.0r1720(config-router)#network 192.168.3.0r1720(config-router)#ariance 5
32、 配置负载均衡r1720(config-router)#exitr1720#conf tr1720(config)#int s0r1720(config-if)#bandwidth 256r1720(config)#int s1r1720(config-if)#bandwidth 384,（3）在r2511上的配置r2511enr2511#conf tr2511(config)#router igrp 24r2511(config-router)#network 192.168.10.0r2511(config-router)#network 192.168.1.0r2511(config-r
33、outer)#exitr2511#conf tr2511(config)#int s1r2511(config-if)#bandwidth 256,3设置IGRP定时器为加速IGRP收敛过程，采用调整IGRP定时器。在3台路由器上均使用如下命令R1(config-router)#timers basic 15 45 0 60R1(config-router)#no metric holddownR1(config-router)#metric maximum-hops 10,1 RIP协议使用什么端口？使用什么度量？怎样用度量表示一个不可达的网络？2简述IGRP协议的工作原,和RIP相比，IGRP有什么优点？,
