網(wǎng)絡互聯(lián)技術動態(tài)路由協(xié)議PPT課件

1、 【教學內(nèi)容】 路由協(xié)議分類 內(nèi)部網(wǎng)關路由協(xié)議分類 讀懂路由表 距離向量類路由協(xié)議工作原理 距離向量類路由協(xié)議的最大問題及解決措施 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的工作原理 OSPF路由分區(qū)基礎 距離向量類路由協(xié)議與鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的對比 距離向量類（RIP）路由協(xié)議的實驗配置 鏈路狀態(tài)類（OSPF）路由協(xié)議的實驗配置第五章：路由協(xié)議第五章：路由協(xié)議第1頁/共38頁 【教學方法】 教學方式：多媒體教學 教學方法：案例分析+視頻教學 通過對比分析讓學生徹底掌握距離向量類路由協(xié)議與鏈路狀態(tài)類路由協(xié)議的區(qū)別與聯(lián)系。 利用視頻教學資料，讓學生在業(yè)余時間觀看，以盡一步使學生掌握距離向量類路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)類路由協(xié)議的

2、具體配置。 通過上機實驗讓學生在boson模擬器的支持下完成RIP路由協(xié)議和OSPF路由協(xié)議的實驗配置。第五章：路由協(xié)議第五章：路由協(xié)議第2頁/共38頁第一部分：路由協(xié)議概述第一部分：路由協(xié)議概述一、路由協(xié)議分類（1）內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議（IGP）：內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議指運行在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)議（自治系統(tǒng)為一個公共管理部門下的一組網(wǎng)絡設備）（2）外部網(wǎng)關協(xié)議（EGP）：外部網(wǎng)關協(xié)議指運行在各個自治系統(tǒng)之間的路由協(xié)議。二、內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議分類（1）距離向量類路由協(xié)議（rip協(xié)議和igrp協(xié)議）（2）鏈路狀態(tài)類路由協(xié)議（ospf協(xié)議和is-is協(xié)議）（3）混合路由協(xié)議（eigrp協(xié)議）第3頁/共38頁第一部分

3、：路由協(xié)議概述第一部分：路由協(xié)議概述 由于歷史的原因，當前的 INTERNET 網(wǎng)被組成一系列的自治系統(tǒng)（一個自治系統(tǒng)往往對應一個組織實體，比如一個公司或大學），各自治系統(tǒng)通過一個核心路由器連到主干網(wǎng)上，每個自治系統(tǒng)都有自己的路由技術。IGP用來在自治系統(tǒng)內(nèi)容交換路由信息，而EGP主要在自治系統(tǒng)之間交換路由信息。第4頁/共38頁第一部分：路由協(xié)議概述第一部分：路由協(xié)議概述三、路由收斂 路由收斂是指路由域中所有路由器對當前的網(wǎng)絡結構和路由轉發(fā)達成一致的狀態(tài)。收斂時間是指從網(wǎng)絡的拓撲結構發(fā)生變化到網(wǎng)絡上所有的相關路由器都得知這一變化,并且相應地做出改變所需要的時間。第5頁/共38頁第一部分：路由協(xié)

4、議概述第一部分：路由協(xié)議概述四、管理距離： 管理距離是指一種路由協(xié)議的路由可信度。每一種路由協(xié)議按可靠性從高到低，依次分配一個信任等級，這個信任等級就叫默認管理距離路由協(xié)議路由協(xié)議管理距離管理距離直連接口0靜態(tài)路由1外部BGP20內(nèi)部EIGRP90IGRP100OSPF110IS-IS115RIP120外部EIGRP170內(nèi)部BGP200第6頁/共38頁第一部分：路由協(xié)議概述第一部分：路由協(xié)議概述五、度量值： 度量值是一種路由協(xié)議計算到目的網(wǎng)絡的最佳路徑的方法。當一個路由器有多條到達某一目的網(wǎng)絡的路徑時，路由協(xié)議必須判斷其中的哪一條是最佳的并把它放到路由表中，或判斷兩條是否同樣可取并被用于實現(xiàn)

5、負載平衡。路由協(xié)議給每條路徑計算出一個數(shù)，這個數(shù)就稱為：度量值。 （1）RIP 是距離向量協(xié)議，采用到目的網(wǎng)絡的跳數(shù)作為度量值，配置簡單 （2）OSPF 是鏈路狀態(tài)協(xié)議，采用帶寬作為度量值第7頁/共38頁第一部分：路由協(xié)議概述第一部分：路由協(xié)議概述六、讀懂路由表: 路由協(xié)議的最終目的是生成路由表，下面為某一個路由器的路由表信息。 第8頁/共38頁一、距離向量類路由協(xié)議的工作原理 距離向量路由協(xié)議是基于 Bellman Ford 算法，這種算法的工作方式是定期廣播路由器自己的路由表的拷貝。采用該種路由協(xié)議的路由器只能從鄰居那里得到的知識來重新構造它們的路由表。它是為小型網(wǎng)絡環(huán)境設計的。在大型網(wǎng)絡

6、環(huán)境下，這類協(xié)議在學習路由及保持路由將產(chǎn)生較大的流量，占用過多的帶寬。 每隔30秒，距離向量路由協(xié)議就要向相鄰站點發(fā)送整個路由選擇表，使相鄰站點的路由選擇表得到更新。距離向量路由協(xié)議使用跳數(shù)作為度量值，來計算到達目的地要經(jīng)過的路由器數(shù)。第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議第9頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議二、距離向量類路由廣播過程圖示第10頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議三、距離向量類路由廣播過程簡介（1）RouterA把連接到 1.0.0.0 網(wǎng)絡的路由距離設為0（2）RouterA把它廣播給RouterB，R

7、outerB從RouterA接收到 1.0.0.0 的路由后，會把距離加1（3）RouterB又把到 1.0.0.0 網(wǎng)絡的路由廣播給RouterC，RouterC又會把距離加1 由于路由器是從其他鄰居路由器那是得到的知識來構造它們的路由表，所以也叫散布路由第11頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議四、距離向量路由協(xié)議的環(huán)路錯誤 距離向量路由協(xié)議最主要的問題是可能產(chǎn)生環(huán)路。產(chǎn)生環(huán)路的根本原因在于：（1）路由器不是通過親自計算來得到目標網(wǎng)絡的最佳路徑，而是將接收的目標網(wǎng)絡的路由的跳數(shù)簡單加1來實現(xiàn)。（2）網(wǎng)絡拓樸變化時，路由器不是立即更新，而是每隔30秒進行定期更新（

8、更新緩慢）。五、距離向量路由協(xié)議環(huán)路錯誤演示 （1）網(wǎng)絡 4.0.0.0 出現(xiàn)故障不通，此時 RouterC將更改它的路由表信息（但由于定期更新時間還未到，它不會向其鄰居路由器RouterB發(fā)送路由更新信息）第12頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議（2）在RouterC已經(jīng)更改其路由表信息，還未向鄰居路由器廣播其路由表時，其鄰居路由器RouterB卻開始向將自己的路由表廣播給RouterC，結果RouterC被錯誤地告知網(wǎng)絡 4.0.0.0 可以到達，其跳數(shù)為2。 第13頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議（3）此時RouterC的定期

9、廣播時間到了，它開始向鄰居路由器廣播其路由表信息，RouterB收到RouterC的路由表信息后，將到達4.0.0.0 網(wǎng)絡的跳數(shù)加1，為3。第14頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議（4）由于各路由器廣播時間的不一致（不是立即廣播，而是定期廣播，導致路由收斂慢），使得到達目的網(wǎng)絡4.0.0.0 的路由表述產(chǎn)生環(huán)路錯誤。 第15頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議六、避免環(huán)路的相關措施（1）水平分割：路由器不向路徑到來的方向回傳此路徑。 第16頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議（2）規(guī)定最大跳數(shù) 距離向量路由

10、協(xié)議定義了一個最大跳數(shù)（15跳），當達到目的網(wǎng)絡的跳數(shù)超過這一最大跳數(shù)時，將認為目的網(wǎng)絡不可到達。該措施限制了網(wǎng)絡規(guī)模，即同一網(wǎng)絡內(nèi)最多只允許16個路由器（假設各路由器串行連接）。（3）抑制計時器 一條路由信息無效之后，一段時間內(nèi)這條路由都處于抑制狀態(tài)，即在一定時間內(nèi)不再接收關于同一目的地址的路由更新。該技術的思路是等待足夠的時間以便確信所有的路由器都收到壞消息（路由無效信息），并且不會錯誤地接受內(nèi)容過時的報文。第17頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議（4）觸發(fā)更新 路由器通常都是以一定的間隔周期向鄰居路由器發(fā)送路由表更新。觸發(fā)更新則是路由器在感知網(wǎng)絡變化后立即向

11、其鄰居路由器發(fā)送更新信息，收到更新信息的所有路由器也立即生成更新信息通知它們各自的鄰居路由器，依次地，這個更新過程會沒著相應路由所涉及鏈路所在的網(wǎng)絡部分擴散下去。觸發(fā)更新只是在概率上降低了自環(huán)發(fā)生的可能性（不能完全解決）。（5）帶毒性逆轉的水平分割 路由器從某些接口學習到的路由有可能從該接口反發(fā)送出去，只是這些被路由已經(jīng)具有毒性，即跳數(shù)都被加到了16跳。 第18頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議環(huán)路避免總結： （1）這些特性是共同作用的,其中水平分割是解決路由環(huán)路的核心方法。通過水平分割可以避免產(chǎn)生計數(shù)到無限大現(xiàn)象，阻止路由環(huán)路的產(chǎn)生。 （2）觸發(fā)更新、毒性逆轉可

12、以使失敗路由盡快的傳播到整個網(wǎng)絡，也起到了避免路由環(huán)路產(chǎn)生，加速網(wǎng)絡收斂的作用。 （3）抑制定時器是針對存在冗余路徑的網(wǎng)絡中，單純的水平分割不能夠阻止計數(shù)到無限大產(chǎn)生路由環(huán)路的問題，還需要抑制計時器來阻止路由環(huán)回。第19頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議七、RIP距離向量路由簡介（1）有類別路由（簡稱有類路由） 有類別路由協(xié)議在路由更新廣播中不攜帶相關網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼信息；有類路由協(xié)議在網(wǎng)絡邊界按標準的網(wǎng)絡類別（A類、B類、C類）發(fā)生自動總結；有類路由協(xié)議自動假設網(wǎng)絡中同一個標準網(wǎng)絡的各子網(wǎng)總是連續(xù)的；有類路由協(xié)議包括：RIP v1、IGRP。（2）無類別路由（簡稱

13、無類別路由） 無類路由協(xié)議在路由更新廣播中含有相關網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼信息；無類路由協(xié)議還支持變長子網(wǎng)掩碼；無類路由協(xié)議可以手動控制是否在一個網(wǎng)絡邊界進行的總結；無類路由包括：RIP v2、EIGRP、OSPF、IS-IS。第20頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議八、RIP Version 1子網(wǎng)連續(xù)配置問題 同一標準網(wǎng)絡（B類網(wǎng)絡，160.16.0.0）中的不同子網(wǎng)（分別指 160.16.6.0、160.16.8.0、160.16.10.0、160.16.12.0）在組建網(wǎng)絡時并不連續(xù)，而是被分割。 第21頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)

14、議（1）路由器B向路由器A廣播RIP更新時不攜帶相關網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼，因此路由器A認為到達目標網(wǎng)絡 160.16.0.0 （使用標準子網(wǎng)掩碼判定目標網(wǎng)絡地址）的數(shù)據(jù)包可以從接口 e 0/0發(fā)出且跳數(shù)為1跳。（2）路由器C向路由器A廣播RIP更新時不攜帶相關網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼，因此路由器A認為到達目標網(wǎng)絡 160.16.0.0 （使用標準子網(wǎng)掩碼判定目標網(wǎng)絡地址）的數(shù)據(jù)包可以從接口 e 0/1發(fā)出且跳數(shù)為1跳。（3）此時到達同一個目標網(wǎng)絡有兩條路徑，且兩條路徑的開銷完全相同，因此路由器會在其中選擇一條正確的路徑，而忽略另一條路徑。（忽略任何一條都會導致錯誤）；等清除路由表內(nèi)容后，路由器又會作為上述選擇

15、，很有可能會選擇另一條路徑。 第22頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議八、RIP的主要特性（1）RIP（Routing Information Protocol，路由信息協(xié)議）是一種有類別的、距離向量路由協(xié)議，RIP不能在路由更新報文中攜帶子網(wǎng)掩碼，RIP的默認管理距離為120。（2）RIP使用非常簡單的度量值跳數(shù)（Hops），僅考慮到達目的網(wǎng)絡要經(jīng)過的路由器個數(shù)，不考慮路徑的帶寬和其他因素。 （3）RIP是距離向量路由協(xié)議，RIP缺省定義的最大跳數(shù)為15跳，如果一條路徑的跳數(shù)為16就意味著網(wǎng)絡是無限遠，也就是網(wǎng)絡不可到達了。（4）RIP可以通過多條相等開銷（即跳

16、數(shù)相同）的路徑進行負載均衡，默認配置時，RIP在4條等開銷路徑上完成負載均衡。第23頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議九、RIP的缺陷 （1）過于簡單，以跳數(shù)為依據(jù)計算度量值，經(jīng)常得出非最優(yōu)路由 （2）度量值以16為限，不適合大的網(wǎng)絡 （3）安全性差，接受來自任何設備的路由更新 （4）不支持無類IP地址和VLSM（VariableLengthSubnetMask，變長子網(wǎng)掩碼） （5）收斂緩慢，時間經(jīng)常大于5分鐘 （6）消耗帶寬很大 RIP只適用于小系統(tǒng)中，當系統(tǒng)變大后受到無限計算問題的困擾，且往往收斂的很慢?，F(xiàn)已被OSPF所取代。第24頁/共38頁第二部分：距離

17、向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議十、RIP配置實驗RouterA(config)# router ripRouterA(config-router)# network 192.168.1.0RouterA(config-router)# network 192.168.2.0RouterA(config-router)# exit第25頁/共38頁第二部分：距離向量路由協(xié)議第二部分：距離向量路由協(xié)議RouterB(config)# router ripRouterB(config-router)# network 192.168.1.0RouterB(config-router)# ne

18、twork 192.168.3.0RouterB(config-router)# network 192.168.4.0RouterB(config-router)# exitRouterC(config)# router ripRouterC(config-router)# network 192.168.3.0RouterC(config-router)# network 192.168.5.0RouterC(config-router)# network 192.168.6.0RouterC(config-router)# exitRouterD(config)# router ripR

19、outerD(config-router)# network 192.168.5.0RouterD(config-router)# network 192.168.8.0RouterD(config-router)# exit第26頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議一、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議工作原理 鏈路狀態(tài)（Link State ，LS）路由協(xié)議也被稱為最短路徑優(yōu)先，是由 E.W.Dijkstra 發(fā)明的，它需要維護一個復雜的網(wǎng)絡拓樸信息數(shù)據(jù)庫。（1）每個路由器都從與它直接相連的網(wǎng)絡開始，彼此交換鏈路狀態(tài)通告信息（Link State Advertisement，LS

20、A）。（2）然后每個路由器并行構造出一個拓樸結構數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫由所有的LSA組成。（3）根據(jù)最短路徑算法（Shortest Path First，SPF）構造出一棵SFP樹，樹的根是路由器本身。（4）SPF算法計算從根到達目的網(wǎng)絡的最短路徑，最終這些路徑被放入路由表中。 第27頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議二、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離向量路由協(xié)議對比（1）距離向量路由協(xié)議從鄰居路由器的路由表中得到網(wǎng)絡的拓樸結構，它只知道鄰居路由器而不知道整個網(wǎng)絡的拓樸；鏈路狀態(tài)路由協(xié)議通過收集所有LSA數(shù)據(jù)包，獲得了整個網(wǎng)絡的拓樸結構。（2）當路由信息從一臺路由器傳遞到另一

21、臺路由器時，距離向量路由協(xié)議通過增加其所接收的路由信息的度量值來確定最佳路徑；對于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議來說，各個路由器獨立計算從自己到達目的網(wǎng)絡的最佳路徑。（3）距離向量路由協(xié)議定期發(fā)送自己的路由表來反映拓樸結構的變化，這些變化以路由器到路由器的方式傳送，收斂速度較慢；而鏈路狀態(tài)路由協(xié)議以觸發(fā)更新的方式來反映網(wǎng)絡拓樸的變化，僅將鏈路狀態(tài)的變化部分傳送給其他路由器，不僅減少LSA的數(shù)據(jù)包，也減少收斂的時間，但路由器開機時會有較多的LSA。第28頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議三、OSPF基礎 OSPF（Open Shortest Path First，開放最短路徑優(yōu)先

22、）是一個鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。當OSPF檢測到網(wǎng)絡發(fā)生變化時，產(chǎn)生鏈路狀態(tài)通告（LSA），LSA用組播的方式擴散到所有的近鄰路由器，鄰近路由器收到LSA后，用它來更新自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（Link State Database，LSDB），同時還把LSA擴散到別的路由器。這樣LSA被所有的路由器接受，并且用來更新鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。 有了鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫后，路由器運行 Dijkstra 發(fā)明的最短路徑算法（Shortest Path First），構建一棵SPF樹。該算法中路由器把自己當作根，計算出從根到達SPF樹上每一節(jié)點的最低開銷路徑，最低開銷路徑最終被放到路由表中。在OSPF中，每個路由器都獨立地

23、運行OSPF算法，但是最終的結果對所有的路由器來說應該是一致的。 第29頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議四、OSPF中的三個表 在OSPF中有三個表：近鄰表、拓樸結構表、路由表。 （1）近鄰表也稱近鄰數(shù)據(jù)庫，用于存放近鄰的信息，近鄰是指在同一條鏈路上共享路由信息的路由器，近鄰要屬于相同的物理網(wǎng)段，OSPF通過發(fā)送和接收一種簡單的Hello協(xié)議包發(fā)現(xiàn)近鄰，并不是所有的在同一物理網(wǎng)絡上的路由器就是近鄰。 （2）拓樸結構表也就是鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，它存放整個網(wǎng)絡的路由器的信息以及它們是如何連接到網(wǎng)絡上的。鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫是路由器通過收集LSA建立起來的。 （3）路由表是路由

24、器最終用來轉發(fā)數(shù)據(jù)包的表，是OSPF算法運算得到的。第30頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議五、OSPF分區(qū) 當一個網(wǎng)絡規(guī)模變大時，每個路由器需要維護很大的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，同時每當網(wǎng)絡中一個小地方的拓樸發(fā)生變化時會導致SPF算法的頻繁運行，路由器也需要處理更多的LSA。 為解決上述問題，OSPF可以把網(wǎng)絡進一步分割成不同的區(qū)，路由器分布在不同的區(qū)域，這樣可以減少SPF每次運行的運算量，也可以減少SPF算法的運行次數(shù)。 同一區(qū)域的路由器有本區(qū)域的詳細鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并且是一致的。對于其他區(qū)域鏈路和路由器的信息，路由器只有匯總信息，這樣就減少了鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的大小。

25、第31頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議 當鏈路失敗后，LSA會在本地區(qū)域內(nèi)傳播，其他區(qū)域的路由器并不能接收到這些信息，在區(qū)域邊界的路由器會把鏈路狀態(tài)的變化匯總，在有必要的情況下，擴散到別的區(qū)域，這樣路由器接收到的LSA也就少了。 在OSPF中區(qū)域之間的通信要經(jīng)過一個特定的區(qū)域區(qū)域0，也叫主區(qū)域。第32頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議六、OSPF配置命令 （1）啟動OSPF協(xié)議進程： Router(config)# router ospf （2）定義路由器直連網(wǎng)絡： Router(config-router)# network ar

26、ea （3）OSPF協(xié)議通過Router ospf命令來啟動，OSPF協(xié)議進程號（Process-id）是只與當前路由器有關的一個數(shù)值，與網(wǎng)絡中的其他路由器沒有任何關系。一個路由器可以運行一個OSPF進程，也可以運行多個OSPF進程，每一個OSPF進程維護一個數(shù)據(jù)庫，所以盡可能只運行一個OSPF進程，減輕路由器的負荷。第33頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議 Network 命令定義路由器所處的網(wǎng)絡，指定路由器端口所處的網(wǎng)絡域。 掩碼定義了網(wǎng)絡的大小，其數(shù)值與端口的掩碼相反，例如 0.0.0.255 掩碼定義了前三個字節(jié)為網(wǎng)絡號，標識此網(wǎng)絡的大小。 網(wǎng)絡域標識號(

27、area-id)標識此端口所屬的網(wǎng)絡域，其取值一般為整數(shù)，也可以以IP地址的形式表達，例如 Area 0 也可以表示為 0.0.0.0。第34頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議七、OSPF配置實例 第35頁/共38頁第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議第三部分：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（1）路由器A的OSPF路由配置RouterA# configure terminalRouterA(config)# router ospf 100RouterA(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0RouterA(config-router)# network 192