《企業(yè)局域網(wǎng)》全套電子課件教案- 路由器的工作原理與組網(wǎng)

1、第4章 路由器的工作原理與組網(wǎng)路由器的功能：根據(jù)數(shù)據(jù)的目的地址對用戶數(shù)據(jù)做相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)或過濾；維護和更新路由表；提供對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流量控制、擁塞控制、平安控制等控制和管理功能。數(shù)據(jù) 段頭數(shù)據(jù) 段頭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)頭幀頭 段頭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)頭幀尾數(shù)據(jù)段IP數(shù)據(jù)報幀比特電脈沖數(shù)據(jù)多層封裝封裝拆封4.1 IP層基本概念和工具IP數(shù)據(jù)報頭部報頭固定局部長20字節(jié)一個IP數(shù)據(jù)報由報頭和數(shù)據(jù)體兩局部組成。報頭由20字節(jié)的固定局部和變長的可選項組成。 04183116版本 該字段長度為4bit，說明生成該數(shù)據(jù)報的IP協(xié)議版本信息。當(dāng)前因特網(wǎng)流行的IP協(xié)議是第4版，即IPv4，其IP地址長度定義為32位。頭部長度 該字段長度為

2、4bit,給出以32bit字長為單位的頭部長度?？傞L度 該字段長度為16bit，給出了以字節(jié)為單位的IP數(shù)據(jù)報的長度，包括頭部和數(shù)據(jù)局部。那么IP數(shù)據(jù)報允許的最大總長度是216-165535字節(jié)。如果上層協(xié)議交給IP協(xié)議的數(shù)據(jù)總長與IP數(shù)據(jù)報頭部的和大于該限制，那么必須由多個分組實現(xiàn)。效勞類型(Type of Server，ToS) 該字段長度為8bit。效勞類型字段使發(fā)送數(shù)據(jù)報的主機可以告訴通信子網(wǎng)它要求什么樣的效勞。生存時間(Time to Live，TTL) 該字段長度是8bit，它設(shè)置了該數(shù)據(jù)報在因特網(wǎng)中允許存在的時間。高層協(xié)議 該字段長度是8bit,它說明了數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)是用哪一種高

3、層協(xié)議產(chǎn)生的。頭部校驗和: 該字段長度是16bit，它保證頭部數(shù)據(jù)的完整性。發(fā)送端主機在發(fā)送數(shù)據(jù)報之前，通過一定的算法對頭部求出校驗和，填入本字段。當(dāng)數(shù)據(jù)報傳遞到接收端主機時，該主機按同一算法對頭部再次計算校驗和，并與收到的數(shù)據(jù)報中頭部校驗和字段比較，假設(shè)兩者相同，那么認(rèn)為傳輸?shù)念^部正確。數(shù)據(jù)報分片機制最大傳輸單元MTU：物理網(wǎng)絡(luò)允許傳送的最大幀。分片機制：在MTU較小的網(wǎng)絡(luò)上，將數(shù)據(jù)報分成假設(shè)干較小的片進行傳輸。偏移是以64bit為單位。報頭數(shù)據(jù)1（600字節(jié)）數(shù)據(jù)2（600字節(jié)）數(shù)據(jù)3（200字節(jié)）片1頭數(shù)據(jù)1片2頭數(shù)據(jù)2片3頭數(shù)據(jù)3片1偏移0片2偏移600片3偏移1200常用網(wǎng)絡(luò)測試工具

4、ping發(fā)送一個32字節(jié)的IP數(shù)據(jù)報到某站點的主機上，然后記錄下該主機的反響時間。TRACERT顯示用戶數(shù)據(jù)報所經(jīng)過的路徑上各個路由器的信息，包括每一站的編號、反響時間、站點名稱或IP地址。執(zhí)行ping命令4.2 路由器組網(wǎng)通信過程返回直接路由指在同一個IP網(wǎng)絡(luò)上主機之間直接傳送數(shù)據(jù)幀，而不必通過IP路由器的效勞。通信過程：源主機用ARP協(xié)議獲得目的站點的MAC地址；源主機創(chuàng)立帶有目的MAC地址的以太網(wǎng)幀，并以播送方式發(fā)送。間接路由當(dāng)源主機和目的主機不在同一個IP子網(wǎng)上時，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，即間接路由。路由表圖路由器組網(wǎng)數(shù)據(jù)通信過程以PC1和PC3通信為例：PC1的IP-MAC地址映

5、射表：圖路由器A重新生成的幀結(jié)構(gòu)PC1發(fā)送給路由器A的IP數(shù)據(jù)報及對應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)路由器B重新生成的幀結(jié)構(gòu)路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議是路由器與路由器之間為了獲得動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)而相互交流信息所必須遵守的約定和規(guī)那么。路由器通過不斷地與其他路由器交換路由信息來獲得對全局網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，這也是路由表的根本建立方式。路由信息的獲得依靠路由選擇協(xié)議。 因特網(wǎng)采用分層體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把路出器劃分為不向的自治系統(tǒng)AS(Autonomous System)，各個自治系統(tǒng)由不同的機構(gòu)(如公司、學(xué)校、政府部門等)獨立操作，內(nèi)部使用它自己的路由選擇協(xié)議。自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由器一般只需了解本自治系統(tǒng)內(nèi)的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無

6、須知道其他自治系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息，只有當(dāng)跨自治系統(tǒng)傳輸信息時，才把相應(yīng)的信息交給自治系統(tǒng)邊界的路由器。該AS邊界路由器不僅運行自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由選擇協(xié)議，還運行自治系統(tǒng)之間的路由選擇協(xié)議。AS邊界路由器就可以把信息傳輸給另一個自治系統(tǒng)。這樣就把路由選擇協(xié)議分成了AS內(nèi)部路由選擇協(xié)議和AS之間的路由選擇協(xié)議。常用域內(nèi)路由協(xié)議：RIP路由信息協(xié)議，采用距離矢量算法。OSPF開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議，采用鏈路狀態(tài)算法。ISIS中間級系統(tǒng)到中間級系統(tǒng)協(xié)議，采用鏈路狀態(tài)算法。IGRP內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議，采用距離矢量算法。常用域間路由協(xié)議：EGP外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議IDRP域間路由選擇協(xié)議根本路徑

7、播送算法向量-距離V-D算法R1R2信宿網(wǎng)距離路徑10.0.0.00直接20.0.0.00直接30.0.0.01R240.0.0.01R2R1的V-D尋徑表信宿距離10.0.0.0430.0.0.0440.0.0.0241.0.0.03180.0.0.05信宿距離路徑10.0.0.00直接30.0.0.07Gn40.0.0.03Gj45.0.0.04G1180.0.0.05Gj190.0.0.010Gm199.0.0.06GjGi原尋徑表Gj播送的V-D報文信宿距離路徑10.0.0.00直接30.0.0.05Gj40.0.0.03Gj41.0.0.04Gj45.0.0.04G1180.0.0.

8、06Gj190.0.0.010GmGi刷新后的尋徑表例：假設(shè)一個網(wǎng)間網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)如下圖。給出路由器G1的路由表，要求表目包含信宿地址、路徑和距離，并用IP地址表示信宿和路徑，用驛站數(shù)表示距離。尋徑表G1的尋徑表信宿地址距離路徑205.118.190.0205.118.191.0205.118.194.0205.118.192.0205.118.195.0205.118.193.01直接1G20直接1G30G52G2拓撲圖4.3路由器和網(wǎng)橋優(yōu)缺點比較路由器的優(yōu)點：路由器可在源站點與目的站點之間選擇最正確路徑，而網(wǎng)橋只能為目的站點選定特殊的路徑；路由表的更新時間較網(wǎng)橋端口地址表的更新時間快；路由器

9、可支持幾乎無限的分層次的低層路由設(shè)備，而網(wǎng)橋只能支持有限的分層次的低層交換設(shè)備，組網(wǎng)規(guī)模相對較??；路由器阻止把數(shù)據(jù)播送到所有的接口，從而防止了播送風(fēng)暴，而網(wǎng)橋容易產(chǎn)生播送風(fēng)暴；路由器可以對大的數(shù)據(jù)報分片，并根據(jù)情況的不同分別選擇相應(yīng)的路徑傳送，到目的站點之后再重組成原來的數(shù)據(jù)報。而網(wǎng)橋?qū)l(fā)給本網(wǎng)段的超過其MTU的數(shù)據(jù)丟掉而不加以處理。 路由器有比較完備的流量控制和擁塞控制，網(wǎng)橋一般沒有擁塞控制和流量控制。路由器的缺點：配置管理復(fù)雜路由器本質(zhì)上是基于軟件工作的，對分組的處理時間較長，而網(wǎng)橋本質(zhì)上是基于硬件工作的，處理幀的速度快。4.4 路由器產(chǎn)品分類 (1)核心層路由器 核心層是整個互連網(wǎng)中處于最高層次的聚集點，所有網(wǎng)段都通向核心。其主要任務(wù)是以盡可能快的速度交換分組，通常采用具有最快速度的路由器，而且這些路由器之間的連接具有足夠的帶寬。 (2)分布層路由器 分布層處于核心層和訪問層之間。所有的訪問層連接都終止于分布層，經(jīng)分布層聚集