第7章路由器原理-1

什么叫路由？路由就是將從一個(gè)接口接收到的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)接口的過程。路由器完成兩個(gè)主要功能：

選徑

·根據(jù)目標(biāo)地址和路由表內(nèi)容，進(jìn)行路徑選擇轉(zhuǎn)發(fā)

·根據(jù)選擇的路徑，將接收到的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)接口（輸出口）路由的必要條件該路由器是否已經(jīng)激活I(lǐng)P協(xié)議（或其他協(xié)議）？目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)是否學(xué)到？

－在路由表中嗎？

－當(dāng)前有效否？

－哪個(gè)出口為最優(yōu)的路徑?

※最低度量值的路徑優(yōu)先

※可以有多條度量值相等的路徑IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，所有TCP、UDP、ICMP及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸。IP地址被我們稱為網(wǎng)絡(luò)邏輯地址，用來唯一的標(biāo)識(shí)一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。IP地址與MAC地址的關(guān)系是，MAC地址被我們稱為物理地址。是廠家出廠設(shè)置的地址一般不做更改，IP地址與MAC地址是通過ARP協(xié)議進(jìn)行解析對(duì)應(yīng)的。IP協(xié)議IP地址IP地址是32位無符號(hào)整數(shù)，例如1.1.1.1。我們可以把IP地址分為五類。ClassA:ClassB:ClassC:ClassD:ClassE:NetworkHostHostHostNetworkNetworkHostHostNetworkNetworkNetworkHost8bits8bits8bits8bits1---126128---191240---255224---239192---223地址的第一個(gè)字節(jié)(十進(jìn)制)組播地址科研用1ClassA:Bits:0NNNNNNNHostHostHost891617242532Range(1-126)1ClassB:Bits:10NNNNNNNetworkHostHost891617242532Range(128-191)1ClassC:Bits:110NNNNNNetworkNetworkHost891617242532Range(192-223)1ClassD:Bits:1110MMMMMulticastGroupMulticastGroupMulticastGroup891617242532Range(224-239)IP地址分類私有地址A類：10.0.0.01至0.255.255.255B類：172.16.0.0至172.31.255.255C類：192.168.0.0至192.168.255.255主機(jī)數(shù)的計(jì)算：2N-2，N是主機(jī)號(hào)的位數(shù)主機(jī)號(hào)全0表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)全1表示廣播1721600255255002552552550IP

AddressDefault

Subnet

Mask8-bit

Subnet

MaskNetworkHostNetworkHostNetworkSubnetHost“/16”表示子網(wǎng)掩碼有16位.“/24”表示子網(wǎng)掩碼有24位.

11111111

111111110000000000000000子網(wǎng)掩碼1 0 0 0 0 0 0 0 = 1281 1 0 0 0 0 0 0 = 1921 1 1 0 0 0 0 0 = 2241 1 1 1 0 0 0 0 = 2401 1 1 1 1 0 0 0 = 2481 1 1 1 1 1 0 0 = 2521 1 1 1 1 1 1 0 = 2541 1 1 1 1 1 1 1 = 255128 64 32 16 8 4 2 1十進(jìn)制和二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換16網(wǎng)絡(luò)主機(jī)172001010110011111111101011000001000011111111000100000000000000000000101000000000000000000000缺省情況下子網(wǎng)未劃分00000010172.16.2.160

255.255.0.0網(wǎng)絡(luò)號(hào)缺省情況下的子網(wǎng)掩碼擴(kuò)展了8位地址的網(wǎng)絡(luò)16網(wǎng)絡(luò)主機(jī)172.16.2.160

255.255.255.017220101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000000000000000000000000010子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)128192224240248252254255利用子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)172.16.2.160

255.255.255.192101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010子網(wǎng)擴(kuò)展了10位地址的網(wǎng)絡(luò)161722128網(wǎng)絡(luò)號(hào)128192224240248252254255128192224240248252254255利用子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)的作用172.16.2.1172.16.3.10172.16.12.1210.1.1.110.250.8.1110.180.30.118E1172.161212網(wǎng)絡(luò)主機(jī)..網(wǎng)絡(luò)端口172.16.0.010.0.0.0E0E1路由表172.16.2.110.6.24.2E0172.16.2.200172.16.2.2172.16.2.160172.16.2.1172.16.3.5172.16.3.100172.16.3.150E0172.16網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)端口172.16.0.0172.16.0.0E0E1路由表

2160主機(jī)..172.16.3.1E1子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)的作用172.16.2.200172.16.2.2172.16.2.160172.16.2.1172.16.3.5172.16.3.100172.16.3.150172.16.3.1E0E1172.162160網(wǎng)絡(luò)主機(jī)..網(wǎng)絡(luò)端口172.16.2.0172.16.3.0E0E1路由表子網(wǎng)子網(wǎng)地址ClassAddressareaStateA0.0.0.0Reserve1.0.0.0到126.0.0.0Usable10.0.0.0-10.255.255.255Private127.0.0.0Reserve127.0.0.1HostloopB128.0.0.0到191.254.0.0Usable191.255.0.0Reserve172.16.0.0-172.31.255.255PrivateC192.0.0.0Reserve192.0.1.0到223.255.254.0Usable192.168.0.0-192.168.255.255Private223.255.255.0ReserveD224.0.0.0到239.255.255.255Multicast224.0.0.1Allhost224.0.0.2Allrouter224.0.0.4AllDVMRProuter224.0.0.5AllOSPFrouter224.0.0.6AllOSPFDR(DesignatedRouter)224.0.0.9AllRIPv2router224.0.0.10AllEIGRProuter224.0.0.13AllPIMrouterE240.0.0.0到255.255.255.254Reserve255.255.255.255Broadcast4比特版本4比特IHL8比特服務(wù)類型16比特總長度16比特標(biāo)識(shí)3比特標(biāo)識(shí)13比特分段偏移8比特生存期TTL8比特協(xié)議16比特校驗(yàn)和32比特源地址32比特目的地址選項(xiàng)數(shù)據(jù)IP報(bào)頭源IP地址（SourceIPAddress）----本字段為源端計(jì)算機(jī)的IP地址。目標(biāo)IP地址（DestinationIPAddress）----本字段為目標(biāo)計(jì)算機(jī)的IP地址。填充字段（Padding）----為確保IP報(bào)頭總是32比特的整倍數(shù)，本字段填充進(jìn)額外的0。IP報(bào)頭(續(xù))路由的概念就是將個(gè)不同子網(wǎng)的IP,進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)通信。路由有兩個(gè)功能:

尋路:在路由表中找目的子網(wǎng)的路由條目。

轉(zhuǎn)發(fā):將源數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康木W(wǎng)絡(luò)。路由路由(續(xù))靜態(tài)路由手工配置，無開銷，配置簡(jiǎn)單，需人工維護(hù)，適合簡(jiǎn)單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議路由協(xié)議自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的路由，開銷大，配置復(fù)雜，無需人工維護(hù)，適合復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。路由的信息O172.16.8.0[110/20]via172.16.7.9，00:00:23，Serial0O——路由怎么學(xué)來的（OSPF）172.16.8.0——目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）[110——管理距離（路由的可信度）

/20]——量度值（路由的可到達(dá)性）via172.16.7.9——下一跳地址（下一個(gè)路由器）00:00:23——路由的存活的時(shí)間（時(shí)分秒）Serial0——出站接口管理距離?管理距離可以用來選擇采用哪個(gè)IP路由協(xié)議?管理距離值越低，學(xué)到的路由越可信

—靜態(tài)配置路由優(yōu)先于動(dòng)態(tài)協(xié)議學(xué)到的路由

—采用復(fù)雜量度的路由協(xié)議優(yōu)先于簡(jiǎn)單量度的路由協(xié)議各種路由協(xié)議管理距離值路由源缺省管理距離

ConnectedInterface0Staticrouteoutaninterface0Staticroutetoanexttop1ExternalBGP20OSPF110IS-IS115RIPV1，V2120InternalBGP200Unkown255路由決策最長匹配；路由的管理距離。管理距離越小，路由越優(yōu)先；管理距離一樣，就比較路由的度量值。越小越優(yōu)先；路由度量值一樣的路由，可以選中多個(gè)路徑。路由協(xié)議分類是否支持無類路由

—有類路由協(xié)議：RIPv1—無類路由協(xié)議：RIPv2,OSPF,IS-IS,BGPv4路由算法

—距離矢量路由協(xié)議（距離向量算法）：RIP—鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（最短路徑優(yōu)先算法）：IS-IS，OSPF網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)

—IGPs：RIP，OSPF，IS-IS等

—EGPs：BGPv4IP地址危機(jī)A類和B類地址構(gòu)成了75%的IPv4地址空間，但只有少數(shù)公司和組織能夠分配到一個(gè)A類或B類網(wǎng)絡(luò)號(hào)。C類網(wǎng)絡(luò)比A類和B類網(wǎng)絡(luò)號(hào)要多得多，但它們僅僅占了可能的40億個(gè)（232）IP地址的12.5%，如下圖所示。IP地址危機(jī)不幸的是C類地址只能容納254臺(tái)主機(jī)，根本不能滿足那些不能獲得A類或B類地址的大的公司或組織的需要。即使有了更多的A類、B類和C類地址，太多的網(wǎng)絡(luò)地址也將會(huì)使Internet路由器在巨大路由表的重壓下癱瘓。即使采用了子網(wǎng)劃分技術(shù)，IP編址的有類別系統(tǒng)最終也不能很好地?cái)U(kuò)張來高效的處理全球?qū)nternet連接的需求。IP地址危機(jī)有類：就是指按類別劃分為A、B、C、D、E類的地址劃分方式，稱為IP編址的有類別系統(tǒng)。即使采用了子網(wǎng)劃分系統(tǒng)，該系統(tǒng)最終也不能很好的擴(kuò)展來高效的處理全球?qū)nternet連接的需求。我們需要考慮兩個(gè)問題：

1．剩余的尚未分配的Ipv4網(wǎng)絡(luò)地址的耗盡問題。

2．由于Internet的發(fā)展，Internet的路由表的大小在迅速大量的增加。隨著更多的C類地址加入到Internet上，新網(wǎng)絡(luò)信息的大量充斥威脅到Internet路由器的處理能力。無類別域間路由路由器采用被稱為無類別域間路由（CIDR：classlessinterdomainrouting）的IPv4編址形式，它將忽略傳統(tǒng)地址類別。CIDR于1993年在RFC1517、1518、1519和1520中被引入，并且在1994年開始實(shí)施。它通過下面的特性在很大程度上提高了IPv4的可擴(kuò)展性和效率：用更靈活和更少浪費(fèi)的無類別地址方案代替了有類別編址；加強(qiáng)了路由聚合，這也稱為超網(wǎng)或路由匯總；超網(wǎng)是一種用子網(wǎng)掩碼將若干個(gè)相鄰的連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)地址組合成單個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的方法。注意在有類別系統(tǒng)（標(biāo)準(zhǔn)分類）中，路由器通過地址的前幾位的類別位識(shí)別網(wǎng)絡(luò)地址的類別，然后根據(jù)這個(gè)類別來識(shí)別地址的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)和主機(jī)字節(jié)。而使用了CIDR的路由器則用按位掩碼來決定網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分，而不再受限于八位點(diǎn)分方式。路由聚合和超網(wǎng)1通過用位掩碼代替地址類別來判定地址的網(wǎng)絡(luò)部分，CIDR使路由器能夠聚合或者匯總路由信息，從而能夠縮小路由器中路由表的大小。換句話說，只用一個(gè)地址和掩碼的組合就可以表示多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由條目。如果沒有CIDR和路由聚合，路由器就必須為同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)多個(gè)獨(dú)立的路由條目；而使用了CIDR編址以后，只要為特定網(wǎng)絡(luò)維護(hù)一條路由條目就可以了。路由聚合和超網(wǎng)2表1的陰影部分表示了根據(jù)類別規(guī)則代表網(wǎng)絡(luò)號(hào)的16個(gè)比特。有類別路由協(xié)議強(qiáng)制用這16個(gè)比特來處理B類網(wǎng)絡(luò)地址。因?yàn)檫@8個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)的前16個(gè)比特是唯一的，所以有類別路由器將看到8個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，從而必須為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)生成一個(gè)路由表?xiàng)l目。然而，實(shí)際上這8個(gè)網(wǎng)絡(luò)確實(shí)是有共同的比特的。由表2所示，這8個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的前13個(gè)比特相同。于是，CIDR兼容路由器能用13個(gè)比特的前綴來匯總這8個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由。而且，只有這8個(gè)網(wǎng)絡(luò)共有這些比特。

路由聚合和超網(wǎng)3若要用十進(jìn)制形式來表示這個(gè)前綴，則這個(gè)地址的其他部分用0來填補(bǔ)，并且用13比特的子網(wǎng)掩碼與它配對(duì)：10101100000110000000000000000000=172.24.0.011111111111110000000000000000000=255.248.0.0這樣，單個(gè)地址和掩碼172.24.0.0/13就定義了一個(gè)無類別前綴，該前綴匯總了到這8個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由。通過使用前綴地址來匯總路由，能夠使路由表?xiàng)l目更易于管理。下面是匯總后路由的好處：提高了路由選擇的效率；當(dāng)重新計(jì)算路由表或當(dāng)檢索路由表?xiàng)l目以試圖找到匹配條目時(shí)，降低了所需的CPU周期數(shù)；降低了對(duì)路由器內(nèi)存的要求什么是超網(wǎng)超網(wǎng)（supernetting）是一種用某個(gè)比特掩碼將多個(gè)有類別網(wǎng)絡(luò)組合成單個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的方法。超網(wǎng)和路由聚合是同一過程的不同名稱。但是，當(dāng)被聚合的網(wǎng)絡(luò)是在共同的管理控制下時(shí)，更常用超網(wǎng)這個(gè)術(shù)語。超網(wǎng)是從網(wǎng)絡(luò)掩碼的網(wǎng)絡(luò)部分取出比特位，而子網(wǎng)的劃分是從子網(wǎng)掩碼的主機(jī)部分取出比特位。超網(wǎng)和路由聚合實(shí)質(zhì)上是子網(wǎng)劃分的逆過程。由于A類和B類地址空間實(shí)際上已幾乎被耗盡，使得大量的公司或組織只能向他們的供應(yīng)商請(qǐng)求多個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)地址。如果公司能夠獲得一個(gè)連續(xù)的C類網(wǎng)絡(luò)地址，那么就可以使用超網(wǎng)技術(shù)是的地只能以一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)或者超網(wǎng)的形式出現(xiàn)。超網(wǎng)和地址分配1假設(shè)XYZ公司需要為400臺(tái)主機(jī)分配IP地址。在傳統(tǒng)的有類別編制系統(tǒng)下，該公司需要向中心Internet地址授權(quán)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)一個(gè)B類地址。如果該公司獲得這個(gè)B類地址，并用它為一個(gè)有400臺(tái)主機(jī)的邏輯組編址，那將浪費(fèi)數(shù)以萬計(jì)的地址。XYZ公司的第二個(gè)選擇是申請(qǐng)兩個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)號(hào)，得到508（2×254）個(gè)主機(jī)地址。這種方法的缺點(diǎn)是XYZ公司將不得不在自己的邏輯網(wǎng)絡(luò)間提供路由服務(wù)。Internet路由器也必須為該公司的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)兩條路由條目而不僅僅是一條。在無類別編址體系下，超網(wǎng)使得XYZ公司在不浪費(fèi)地址或者不必要的增大路由表大小的情況下獲得它所需要的地址空間。

超網(wǎng)和地址分配2應(yīng)用CIDR后，該公司只需向他的InternetISP而不必像諸如IANA的中心授權(quán)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)地址塊。ISP評(píng)估XYZ公司的需求，從它自己的大CIDR地址塊中分配地址空間給XYZ公司，并由他們負(fù)責(zé)管理無類別體系中的地址空間。在這種體系中，Internet路由器只維持一條到提供商的匯總路由或者叫超網(wǎng)路由，而提供商則維持著到它客戶網(wǎng)絡(luò)的更加具體的路由。這種方法極大的減小了Internet路由表的大小。超網(wǎng)和地址分配例子XYZ公司得到了兩個(gè)連續(xù)的C類地址，207.21.54.0和207.21.55.0查看下表中的公共部分，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)地址有著共同的23比特前綴：

11001111000101010011011網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼第1個(gè)字節(jié)第2個(gè)字節(jié)第3個(gè)字節(jié)第4個(gè)字節(jié)207.21.54.01100111000101010011011000000000207.21.55.01100111000101010011011100000000207.21.0.0/16XYZInternet服務(wù)提供商207.21.54.0/23因特網(wǎng)超網(wǎng)和地址分配圖例CIDR使ISP能夠?qū)B續(xù)的地址塊進(jìn)行層次化的分配和管理，使IPv4的地址空間獲得如下的好處：高效的地址分配；減少路由表?xiàng)l目的數(shù)量?？勺冮L子網(wǎng)掩碼VLSM這里，我們討論可變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）以及如何利用它來進(jìn)一步使IPv4編制的效率最大化VLSM使公司能夠在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址空間內(nèi)使用一個(gè)以上的子網(wǎng)掩碼。這種實(shí)施VLSM的做法常常稱為“子網(wǎng)化一個(gè)子網(wǎng)”，它可使編址效率最大化例，如表3所示，其中的子網(wǎng)是通過從C類地址207.21.24.0的主機(jī)部分借用3個(gè)比特所生成的子網(wǎng)可變長子網(wǎng)掩碼VLSM該掩碼將創(chuàng)建7個(gè)可用子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)可有30臺(tái)主機(jī)。這些子網(wǎng)中的4個(gè)可用于為公司在遠(yuǎn)程廠點(diǎn)A、B、C、D的辦事處分配地址，如下圖所示場(chǎng)點(diǎn)A場(chǎng)點(diǎn)B場(chǎng)點(diǎn)C場(chǎng)點(diǎn)D207.21.24.0/27207.21.24.64/27207.21.24.32/27207.21.24.96/27不幸的是，現(xiàn)在只剩下3個(gè)子網(wǎng)掩碼可用于將來的擴(kuò)展，但還必須為4個(gè)場(chǎng)點(diǎn)之間的WAN鏈路提供地址。若將余下的3個(gè)子網(wǎng)地址分配到WAN鏈路中，那么劃分子網(wǎng)所得到的地址將完全耗盡。這種編址方案也將浪費(fèi)超過三分之一的可用地址空間

可變長子網(wǎng)掩碼VLSM在過去的20年里，網(wǎng)絡(luò)工程師們已經(jīng)發(fā)出了3宗關(guān)鍵策略來為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)WAN鏈路高效地編址：使用VLSM使用私有地址（RFC1918）使用無編號(hào)IP（IPunnumbered）將VLSM應(yīng)用到編址問題時(shí)，它將地址分成不同大小的組——可變大小的子網(wǎng)。大的子網(wǎng)用于為LAN編址，而很小的子網(wǎng)則可以用在WAN鏈路以及其他特殊情況

可變長子網(wǎng)掩碼VLSM用一個(gè)30比特的掩碼可生成一個(gè)只有兩個(gè)有效主機(jī)地址的子網(wǎng)，而這恰好是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接所需要的地址數(shù)量。下圖顯示了如何用這種方法對(duì)剩下的3個(gè)子網(wǎng)中的一個(gè)進(jìn)行進(jìn)一步的子網(wǎng)劃分207.21.24.224/27子網(wǎng)7207.21.24.192/27子網(wǎng)6207.21.24.160/27子網(wǎng)5207.21.24.128/27子網(wǎng)4207.21.24.96/27子網(wǎng)3207.21.24.64/27子網(wǎng)2207.21.24.32/27子網(wǎng)1207.21.24.0/27子網(wǎng)0子網(wǎng)地址子網(wǎng)號(hào)207.21.24.220/30子網(wǎng)-子網(wǎng)7207.21.24.216/30子網(wǎng)-子網(wǎng)6207.21.24.212/30子網(wǎng)-子網(wǎng)5207.21.24.208/30子網(wǎng)-子網(wǎng)4207.21.24.204/30子網(wǎng)-子網(wǎng)3207.21.24.200/30子網(wǎng)-子網(wǎng)2207.21.24.196/30子網(wǎng)-子網(wǎng)1207.21.24.192/30子網(wǎng)-子網(wǎng)0子網(wǎng)地址子網(wǎng)號(hào)可變長子網(wǎng)掩碼VLSM用這種方法對(duì)子網(wǎng)207.21.24.192/27再進(jìn)行子網(wǎng)劃分，可提供另外8個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的地址范圍。例如，網(wǎng)絡(luò)207.21.24.192/30可用來給場(chǎng)點(diǎn)A和B之間的路由器的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行鏈路分配地址，如下圖所示。207.21.24.32/27場(chǎng)點(diǎn)A場(chǎng)點(diǎn)B207.21.24.192/30利用VLSM為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路分配地址有類別和無類別路由協(xié)議有類別路由協(xié)議無類別路由協(xié)議RIPv1RIPv2IGRPEIGRPEGPOSPFBGP3IS-ISBGP4在使用變長子網(wǎng)掩碼的網(wǎng)絡(luò)中，為了使路由器之間能正確地更新，它們必須在路由更新消息中發(fā)送掩碼信息。如果在路由信息中沒有發(fā)送子網(wǎng)信息，那么路由器將只能使用有類別的地址和它們自己的子網(wǎng)掩碼。只有忽略有類別地址規(guī)則并采用無類別前綴的路由協(xié)議才能正確運(yùn)用VLSM一道測(cè)試題60Host25Host60Host120Host在文本框內(nèi)填入相應(yīng)的掩碼的位數(shù)掩碼位數(shù)：/24