培訓5：交換與路由(2013-07-08)

交換與路由內(nèi)容提要1.交換型以太網(wǎng)2.路由與路由器3.路由選擇算法4.主要路由協(xié)議5.第三層交換6.多層交換1.交換型以太網(wǎng)1.1.交換機的功能1.2.交換機工作原理1.3.交換機結(jié)構(gòu)1.4.交換方式1.5.VLAN交換1.交換型以太網(wǎng)

減少沖突：交換機將沖突隔絕在每一個端口，避免了沖突的擴散提升帶寬：接入交換機的每個節(jié)點都可以使用全部的帶寬，而不是各個節(jié)點共享帶寬

1.1交換機的功能地址學習轉(zhuǎn)發(fā)/過濾防止回路1.2交換機工作原理交換機的地址學習交換機的轉(zhuǎn)發(fā)與過濾交換機的特性交換機的類型交換機的地址學習以太網(wǎng)交換機通過內(nèi)部的MAC地址表做出轉(zhuǎn)發(fā)/過濾的決定MAC地址表存放在交換機的RAM中初始的MAC地址表為空MACaddresstable0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD交換機的地址學習（續(xù)）交換機的接口收到數(shù)據(jù)幀后，查找MAC地址表，如沒有相應的表項，交換機將該數(shù)據(jù)幀泛洪（flood）到所有其它的接口上通過讀取幀中的源MAC地址，交換機將端口及其連接的主機映射起來，放入MAC地址表0260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111MACaddresstable0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.3333E0E1E2E3DCBA交換機的地址學習（續(xù)）如果交換機連接的所有主機都發(fā)送過數(shù)據(jù)幀，就可以建立起一個完整的MAC地址表，交換機將據(jù)此做出轉(zhuǎn)發(fā)/過濾的決定MAC地址表是動態(tài)變化的，如果在一定時間內(nèi)某一主機沒有新的數(shù)據(jù)幀發(fā)送，則相應的表項將被清除0260.8c01.3333E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E2:0260.8c01.4444MACaddresstable0260.8c01.11110260.8c01.2222E0E1E2E3DCBA0260.8c01.4444交換機的轉(zhuǎn)發(fā)與過濾如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址在MAC地址表中有相應的表項，則交換機將該數(shù)據(jù)幀直接發(fā)往對應的接口，從而保證其它接口上的主機不會收到無關的數(shù)據(jù)幀廣播幀和組播幀仍將被泛洪（flood）到除接收接口以外的所有其它接口0260.8c01.33330260.8c01.22220260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.1111E0E1E2E3DCABMACaddresstable交換機的特性交換機的每一個端口所連接的網(wǎng)段都是一個獨立的沖突域交換機所連接的設備仍然在同一個廣播域內(nèi)，也就是說，交換機不隔絕廣播（惟一的例外是在配有VLAN的環(huán)境中）交換機依據(jù)幀頭的信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，因此說交換機是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡設備交換機的類型不可管理交換機不具備可管理性，沒有CPU或集中管理芯片，只是并行程度、吞吐能力等優(yōu)于集線器?？晒芾硎浇粨Q除了具有不可管理交換機的全部功能，還帶有CPU或集中管理芯片，可以支持VLAN及SNMP管理，又稱為智能型交換機。1.3交換機結(jié)構(gòu)軟件執(zhí)行交換矩陣交換總線交換共享存儲器交換軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)RAMCPU……A輸入

B輸出串/并交換所有功能均由軟件實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)靈活。但存在堆疊困難，無法處理信息的廣播，及隨著功能的增加性能下降等缺點。矩陣交換結(jié)構(gòu)優(yōu)點：利用硬件交換，結(jié)構(gòu)緊湊，交換速度快，延遲時間短。缺點：不宜于簡單堆疊和集成而擴展端口數(shù)和帶寬。交換矩陣控制處理……輸入輸出……總線交換結(jié)構(gòu)優(yōu)點：便于堆疊擴展，容易監(jiān)控和管理，容易實現(xiàn)幀的廣播。缺點：對總線的帶寬要求很高，價格比較昂貴。交換總線……輸入輸出共享存儲器交換結(jié)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。缺點：

RAM操作的延時比較大，冗余結(jié)構(gòu)比較復雜，適合小型交換機。輸入/輸出輸入/輸出共享存儲器……1.4交換方式靜態(tài)交換與動態(tài)交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換切入交換全雙工交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)速度慢延遲可變轉(zhuǎn)發(fā)前校驗

Frame

Frame

Frame切入交換

切入式，又稱直通式轉(zhuǎn)發(fā)速度快延遲固定轉(zhuǎn)發(fā)錯誤幀

Frame1.5VLAN交換端口交換幀交換端口交換端口交換方式的特點：端口用戶組成小規(guī)模的VLAN非常靈活；在全局交換網(wǎng)絡上，端口交換能夠為全局VLAN提供有效的、靈活的前端配置端口組合的功能。幀交換幀交換方式的特點：比端口交換增加了有效的帶寬，LAN交換器上的每個端口用戶具有獨占帶寬的性能，交換器間互聯(lián)的速率可達數(shù)百兆甚至千兆位傳輸率。2.路由與路由器2.1.直接尋徑和間接尋徑2.2.有關路由的一些概念2.3.路由器的功能2.4.路由器的工作原理2.5.VLAN路由模式2.1直接尋徑和間接尋徑直接尋徑（發(fā)送方與接收方在相同網(wǎng)絡）

—在物理網(wǎng)絡內(nèi)部主機與主機之間直接通訊間接尋徑（發(fā)送方與接收方在不同網(wǎng)絡） —確定到達接收方網(wǎng)絡的路徑 —將數(shù)據(jù)利用直接尋徑發(fā)送給相鄰的中轉(zhuǎn)方，直到目的網(wǎng)絡 —在目的網(wǎng)絡中用直接尋徑方法到達信宿間接尋徑與直接尋徑的關系 —網(wǎng)絡層尋徑是直接尋徑與間接尋徑的相互作用的過程關系AB141.20.11.0DATA141.20.11.25141.20.11.33宿IP地址=141.20.11.33宿MAC地址=141.20.11.33的MAC地址宿MACAddr宿IPAddr直接尋徑舉例數(shù)據(jù)從主機A發(fā)送到主機B目的網(wǎng)絡=141.20.11.0（同一物理網(wǎng)絡）間接尋徑舉例B141.20.11.0141.20.11.25141.20.11.33AC141.20.245Ethernet141.20.28.0141.20.17.0141.20.17.21141.20.17.26141.20.257DATA宿IPaddr宿MACaddr宿MAC地址=141.20.257的Eth地址 宿IP地址=141.20.257下站IP地址141.20.11.33目的網(wǎng)絡:141.20.28/24下站地址:141.20.17.26端口：141.20.17.21的MAC地址下站IP地址141.20.257D數(shù)據(jù)從主機A發(fā)送到主機DDATA

宿IP地址=141.20.257宿MAC地址=141.20.11.33的Eth地址宿MACaddr宿IPaddr間接尋徑與直接尋徑的關系IPMACIPIPIPMACMACMAC

A B C DEthernet140.20.11/24Ethernet140.20.28/24Ethernet140.20.17/24L3L1L2間接

直接

間接尋徑：第三層數(shù)據(jù)交換被尋徑的數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)報（datagram）通過信宿的IP地址尋徑（查看路由表）通過路由表的相互關聯(lián)獲得到達信宿的全部信息輸入 輸出 B的第三層IPHdrDATAIPHdrDATAdatagramdatagram查看路由表，下站IP地址是141.20.17.26直接尋徑：第二層數(shù)據(jù)交換被尋徑的數(shù)據(jù)單元是幀（frame）通過物理地址尋徑只知道下一站的物理地址，不知道任何信宿的信息輸入 輸出 B的第二層frameHdrIPdatagramframeHdrIPdatagramframeframe查看ARP表，確定141.20.17.26的MAC地址是...2.2有關路由的一些概念什么是路由技術(shù)IP路由技術(shù)的地位和作用網(wǎng)關(gateway)驛站(hop)自治系統(tǒng)(AS)路由表(routingtable)路由選擇的基本活動路由的實現(xiàn)路由選擇算法默認路由靜態(tài)路由與動態(tài)路由什么是路由技術(shù)為數(shù)據(jù)報在網(wǎng)間尋找傳輸路徑采用間接尋徑方式將數(shù)據(jù)報逐站傳遞通過網(wǎng)間互連設備—路由器實現(xiàn)路由功能信宿地址去往信宿的路徑路由表IP路由技術(shù)的地位和作用實現(xiàn)異種網(wǎng)絡互連的關鍵技術(shù)完成OSI參考模型的第三層功能體現(xiàn)TCP/IP協(xié)議IP層的設計思想屏蔽下層與物理網(wǎng)絡相關的技術(shù)細節(jié)用統(tǒng)一的IP地址分層次尋址和尋徑根據(jù)網(wǎng)絡地址實現(xiàn)到達目的網(wǎng)絡的路徑選擇根據(jù)主機地址在目的網(wǎng)絡中選擇到達信宿的路徑網(wǎng)關概念的早期解釋BEthernet141.20.11.0141.20.11.25141.20.11.33AC141.20.245Ethernet141.20.28.0Ethernet141.20.17.0141.20.17.21141.20.17.26141.20.257D路由器網(wǎng)絡28與網(wǎng)絡17的互連系統(tǒng)網(wǎng)絡11與網(wǎng)絡17的互連系統(tǒng)網(wǎng)關概念的當前解釋數(shù)據(jù)鏈路層DataLink網(wǎng)絡層Network傳輸層Transport應用層Application網(wǎng)關（Gateway）路由器（Router）對網(wǎng)關概念的理解網(wǎng)關的確切定義將兩個采用不同協(xié)議的網(wǎng)絡互連起來，在應用層用軟件實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。 例如： TCP/IPISO/OSI

TCP/IPNovell網(wǎng)關與路由器的混淆兩者混用，網(wǎng)關=路由器（早期解釋的歷史原因）目前廠家生產(chǎn)的路由器產(chǎn)品加載協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，具有網(wǎng)關功能。早期郵政系統(tǒng)的驛站（Hop）甲地乙地發(fā)信人收信人驛站11驛站12驛站21驛站22信源信宿計算機網(wǎng)絡的驛站（Hop）甲地乙地發(fā)信人收信人驛站11驛站12驛站21驛站22信源信宿IPdatagramIP數(shù)據(jù)報傳輸路徑中的路由器自治系統(tǒng)CERNET全球InternetCHINANET自治系統(tǒng)自治系統(tǒng)自治系統(tǒng)（或稱自治域）的定義由一個獨立管理機構(gòu)運行和維護的網(wǎng)絡（由自設的網(wǎng)絡運行中心NOC履行職責）系統(tǒng)內(nèi)部采用相同的路由協(xié)議內(nèi)部采用OSPF路由協(xié)議路由表每個站點/主機用某個特定的路由協(xié)議建立和維護的、向網(wǎng)絡發(fā)送IP包的路由信息。路由表包含的主要信息DestinationInterfaceGateway目的地址網(wǎng)關/主機地址網(wǎng)卡/串口某臺主機地址某個子網(wǎng)地址某個網(wǎng)絡地址Default（默認路由）128.1.5.1路由表舉例128.1.4.0128.1.5.0128.1.5.2128.1.5.5A主機A的路由表路由選擇的基本活動路徑判斷數(shù)據(jù)交換路徑判斷選擇最佳傳輸路徑什么是最佳？定義一種度量標準（Metric）如何得到最佳？根據(jù)度量標準確定一種路由算法根據(jù)算法收集路由信息，作出判斷將判斷結(jié)果填入路由表路由器之間交換網(wǎng)絡動態(tài)的路由信息數(shù)據(jù)交換將IP包在網(wǎng)間傳送在IP層查看去往信宿的路由表，確定下一站點找不到下站的路由，丟棄數(shù)據(jù)報找到下站的路由，確定下站的物理地址在數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)封裝，送網(wǎng)下站數(shù)據(jù)交換特點數(shù)據(jù)報的目的IP地址始終保持不變幀的目的物理地址根據(jù)路徑判定結(jié)果逐站改變路由的實現(xiàn)確定路由算法設計目標選擇類型定義最佳路徑的度量準則實現(xiàn)路由協(xié)議路由傳輸協(xié)議（RoutedProtocol）網(wǎng)間經(jīng)路由被傳輸?shù)膮f(xié)議：IP，IPX路由選擇協(xié)議（RoutingProtocol）實現(xiàn)路由選擇算法的協(xié)議：RIP，OSPF，BGP路由選擇算法默認路由靜態(tài)路由動態(tài)路由默認路由（DefaultRoute）什么是默認路由？對那些在路由表中未包含其路由選擇信息的信宿（網(wǎng)絡/主機）設定的缺省路徑在路由表中信宿地址取值0.0.0.0(Default)默認路由的作用對所有自治系統(tǒng)以外的信宿都采用默認路由簡化路由計算，提高尋徑效率，縮短表長

默認路由舉例網(wǎng)絡A網(wǎng)絡DRdb0c0f0e0DefaultRde0DefaultRdf0DefaultRa b0DefaultRa c0RaRcRbRfRe靜態(tài)路由靜態(tài)路由的概念靜態(tài)路由工作原理路由配置舉例故障舉例（網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化）用人工修改配置排除故障靜態(tài)路由的概念由網(wǎng)絡管理員設置路由表簡單、有效，適于結(jié)構(gòu)簡單的網(wǎng)絡不適于拓撲結(jié)構(gòu)和傳輸流量經(jīng)常改變的復雜網(wǎng)絡靜態(tài)路由舉例網(wǎng)絡A網(wǎng)絡C網(wǎng)絡BRa路由表網(wǎng)絡B Rb a2網(wǎng)絡C Rc a3Rb路由表網(wǎng)絡A Ra b3網(wǎng)絡C Rc b2Rc路由表網(wǎng)絡B Rb c2網(wǎng)絡A Ra c3a1a3a2c3c2c1b2b3b1RaRbRc鏈路發(fā)生故障網(wǎng)絡A網(wǎng)絡C網(wǎng)絡BRb路由表網(wǎng)絡A Ra b3網(wǎng)絡C Rc b2Rc路由表網(wǎng)絡B Rb c2網(wǎng)絡A Ra c3a1a3a2c3c2c1b2b3b1??Ra路由表網(wǎng)絡B Rb a2網(wǎng)絡C Rc a3RaRbRc解決辦法：人工修改網(wǎng)絡A網(wǎng)絡C網(wǎng)絡BRb路由表網(wǎng)絡A Ra b2網(wǎng)絡C Rc b2Rc路由表網(wǎng)絡B Rb c2網(wǎng)絡A Ra c3a1a3a2c3c2c1b2b3b1??！不適于網(wǎng)絡變化！Ra路由表網(wǎng)絡B Rc a3網(wǎng)絡C Rc a3RaRbRc動態(tài)路由的概念由路由協(xié)議依據(jù)網(wǎng)絡變化自動修改路由信息適于拓撲結(jié)構(gòu)和傳輸流量經(jīng)常改變的復雜網(wǎng)絡2.3路由器的功能隔絕廣播，劃分廣播域通過路由選擇算法決定最優(yōu)路徑轉(zhuǎn)發(fā)基于三層地址的數(shù)據(jù)包（網(wǎng)絡層設備）流量統(tǒng)計、擁塞控制、記帳等功能2.4路由器的工作原理(1)

與網(wǎng)橋和交換機使用幀中的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)幀相比較，路由器是通過數(shù)據(jù)包中的網(wǎng)絡層地址(如IP地址)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的，不對MAC地址進行操作。因此，在用路由器連接的網(wǎng)絡上，源節(jié)點不需要知道目的節(jié)點的MAC也能夠找到它。2.4路由器的工作原理(2)與網(wǎng)橋和交換機類似，路由器的內(nèi)存中也存有一個表，叫做路由表(RoutingTable)，其中記錄的是數(shù)據(jù)包地址(網(wǎng)絡層地址)和物理端口號的對應關系。路由器根據(jù)路由表來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。如果包中的目標地址與源地址在同一個網(wǎng)段內(nèi)，路由器就將數(shù)據(jù)流限制在那個網(wǎng)段內(nèi)，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；如果目標地址在另一個網(wǎng)段，路由器就把包發(fā)送到與目標網(wǎng)段相對應的物理端口上。2.4路由器的工作原理(3)依據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)路由表包含路由器直連的網(wǎng)絡和學習到的目的網(wǎng)絡RoutedProtocol:IP

Network

ProtocolDestination

NetworkExitInterfaceE0

S010.120.2.0

172.16.1.0

Connected

Learned

172.16.1.010.120.2.0S0E02.5VLAN路由模式邊界路由“獨臂”路由器第三層交換3.路由選擇算法3.1.距離向量算法3.2.鏈路狀態(tài)算法3.1距離向量算法Distance-VectorD-V算法的基本概念D-V算法的動態(tài)特性D-V算法的收斂性問題及其解決辦法D-V算法小結(jié)A路由表距離向量算法的基本概念周期性地相互傳遞信息每個路由器向與它相鄰的站點發(fā)送一個包含它到所有其他路由器的距離的向量（最短路徑或最小代價）維護各自的路由表路由器根據(jù)鄰居發(fā)送的距離—向量的動態(tài)信息啟動算法，更新路由表DCAB路由表C路由表B距離向量法的計算舉例ADECB718221計算從E經(jīng)相鄰站點A、B和D到達信宿A、B、C和D的最小代價D(destination,neighbor)得從E到達信宿的最佳路徑（最小代價）路由表最小代價D(des,nei)E的路由表D-V算法的動態(tài)特性建立路由表的初始過程網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)過程剖析D-V建立路由表的初始過程ACB10.0.0.040.0.0.030.0.0.020.0.0.0a0 a1 b0 b1 c0 c1D-V網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)過程剖析

1 1 ACB到達信宿40.0.0.0的路由變化如果網(wǎng)絡中的最長路徑為N，則算法經(jīng)過N次迭代計算后收斂。即第N步之后，網(wǎng)上的所有路由器都獲得到達信宿40.0.0.0的路由信息。40.0.0.0down40.0.0.0up距離向量法的收斂性問題問題逐站傳遞更新信息，算法的收斂速度慢有可能出現(xiàn)各站路由信息不一致有可能傳播錯誤的路由信息后果在站點間構(gòu)成更新路由的路徑環(huán)（RoutingLoops）計數(shù)至無窮大（CounttoInfinity）距離向量法收斂性問題的解決辦法定義路徑代價的最大值（Maximum）提高收斂速度水平分割（SplitHorizon）毒性逆轉(zhuǎn)（PoisonReverse）保持計時（Hold-DownTimers）觸發(fā)更新（TriggeredUpdates）加速方法的綜合應用舉例40.0.0.0

傳播錯誤的路由信息

1 1 ACB到達信宿40.0.0.0的路由變化C與B之間的對話：我得不到信宿40.0.0.0的任何路由信息，你能告訴我如何到達信宿嗎？我可以到達信宿，距離為1。（傳播了一條過時的錯誤信息）既然如此，我選擇經(jīng)過你到達信宿的路徑，距離為2。40.0.0.0down

1 1 ACB到達信宿40.0.0.0的路由變化路徑環(huán)（RoutingLoop）問題這條錯誤的路由信息在C與B之間不斷復制和修改，并在網(wǎng)絡中傳播（殃及A），形成路徑傳播的環(huán)路。40.0.0.0down

1 1 ACB到達信宿40.0.0.0的路由變化嚴重后果：計數(shù)至無窮大40.0.0.0down

1 1 ACB到達信宿40.0.0.0的路由變化（定義Hop最大值為16）定義距離的最大值收斂！40.0.0.0down水平分割方法的思路

1 1 ACB分析路徑環(huán)產(chǎn)生的原因B向C提供了一條過時的、錯誤的路由信息。能否避免事件發(fā)生？B必須經(jīng)由C方可到達網(wǎng)絡40.0.0.0，B不可能向C提供任何有價值的路由信息。修改B對C提供的路由，禁止B向C提供關于此信宿的路由信息。解決辦法B告訴C一條在正常情況下不真實的消息：網(wǎng)絡40.0.0.0不可達（距離為）。40.0.0.0down40.0.0.0用水平分割法加速算法收斂

1 1 ACB到達信宿40.0.0.0的路由變化鏈路斷開時C與B之間的對話：我得不到信宿40.0.0.0的任何路由信息，你能告訴我如何到達信宿嗎？我不能到達信宿，距離為。既然如此，我認為信宿不可達。收斂！40.0.0.0down40.0.0.0毒性逆轉(zhuǎn)法

1 1 ACB到達信宿40.0.0.0的路由變化方法當C發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡40.0.0.0發(fā)生故障時，主動將到達信宿的距離改為。結(jié)果如果無其他到達信宿的路徑，算法迅速收斂為信宿不可達。如果存在其他到達信宿的路徑，C根據(jù)傳播過來的信息再做修改。收斂！40.0.0.0down保持計時法

1 1 ACB當C發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡40.0.0.0發(fā)生故障時，啟動保持計時器在保持計時期間內(nèi)，C的策略如果網(wǎng)絡狀態(tài)轉(zhuǎn)變，downup，關閉計時器，保留原有路由信息；如果收到來自B的關于信宿的路由信息，且路徑比原有路徑短，則關閉計時器，更新路由信息；如果無上述兩種情況發(fā)生，計時器到時，更新路由為信宿不可達。網(wǎng)絡40.0.0.0不可達到時40.0.0.0down

1 1 ACB當C發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡40.0.0.0發(fā)生故障時，不等下一刷新周期到來，立刻更改路由為“信宿不可達”引起全網(wǎng)的連鎖反映，迅速刷新觸發(fā)刷新法網(wǎng)絡40.0.0.0不可達網(wǎng)絡40.0.0.0不可達網(wǎng)絡40.0.0.0不可達40.0.0.0downD40.0.0.0(0，直接)加速方法的綜合應用舉例DBAECC發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡40.0.0.0不可達：1.用毒性逆轉(zhuǎn)法將到達網(wǎng)絡40.0.0.0的距離該為：2.啟動保持計時器；3.用觸發(fā)刷新法立即向B和D發(fā)送“信宿可能不可達”通知。0:0:05D40.0.0.0(1，C)D40.0.0.0(1，C)D40.0.0.0(2，D)40.0.0.0D40.0.0.0(0，直接)D40.0.0.0(，直接)D40.0.0.0(，直接)40.0.0.0距離為（1）C發(fā)現(xiàn)信宿不可達DBAECB和D接收到來自C的“網(wǎng)絡40.0.0.0可能不可達”報文：1.啟動各自的保持計時器；2.用觸發(fā)刷新法立即向A發(fā)送“信宿可能不可達”通知；3.C計時器到時，更新路由表。到時0:0:150:0:10刷新路由D40.0.0.0(，直接)D40.0.0.0(，C)D40.0.0.0(，C)D40.0.0.0(2，D）40.0.0.0down（2）B和D接收到觸發(fā)刷新報文加速方法的綜合應用舉例DBAECA接收到來自B的“網(wǎng)絡40.0.0.0可能不可達”報文：1.啟動保持計時器；2.在路由刷新之前，仍然可以向信宿發(fā)送數(shù)據(jù)包；3.計時器時間到時，刷新路由表。0:0:350:0:300:0:15D40.0.0.0(，直接)D40.0.0.0(2，D)PacketsforNet40.0.0.040.0.0.0down時間到時間到時間到D40.0.0.0(

，D)D40.0.0.0(

，C)D40.0.0.0(

，C)（3）A接收到觸發(fā)刷新報文加速方法的綜合應用舉例距離向量算法小結(jié)采用最短路徑準則，計算D信宿(距離，下站)；每個站點只知道自己和鄰居的局部信息，在自己的刷新周期到來時，根據(jù)鄰居的路由變化重新啟動算法；算法的收斂速度慢（特別是對網(wǎng)絡崩潰）造成全網(wǎng)信息的不一致，導致產(chǎn)生路徑環(huán)，使計數(shù)至無窮大；當路徑環(huán)產(chǎn)生時，定義距離的最大值可防止算法進入死循環(huán)，解決計數(shù)至無窮大問題。3.2鏈路狀態(tài)算法Link-StatusL-S算法的基本概念L-S算法的動態(tài)特性L-S算法的性能分析每個路由器周期性地收集和發(fā)送信息主動測試其到所有鄰居的鏈接狀態(tài)（度量值）向所有的路由器發(fā)送（廣播）自己擁有的狀態(tài)信息得到一個全網(wǎng)的、動態(tài)的邏輯鏈路狀態(tài)（L-S）圖每個路由器刷新自己的路由表當L-S變化時，用最短路徑優(yōu)先(SPF)算法重新計算本地路由DCAB鏈路狀態(tài)算法的基本概念__________________________________________________________________________________________路由表SPF算法拓撲數(shù)據(jù)庫（L-S圖）SPF樹L-S包AEDCB212113Dijkstra最短路徑算法計算加權(quán)無向圖（即L-S圖）中兩個結(jié)點之間的最短路徑對每結(jié)點賦以標注{D(v),NP(v)}鏈路狀態(tài)法的計算舉例F3552其中自變量v：無向圖中的結(jié)點函數(shù)D(v)：到目前為止，從源點到結(jié)點v的最短路徑（邊長之和）函數(shù)NP(v)：沿源點到結(jié)點v且與其相鄰的前一結(jié)點2FB2D1Dijkstra算法計算結(jié)果AEDCB212113源點A到所有結(jié)點的最短路徑F3552AL-S圖SPF樹E1C1L-S算法的動態(tài)特性建立路由表的初始過程發(fā)現(xiàn)新的網(wǎng)絡路由表的維護發(fā)現(xiàn)拓撲變化修改拓撲數(shù)據(jù)庫計算SPF樹修改路由表ACB10.0.0.040.0.0.030.0.0.020.0.0.0a0 a1 b0 b1 c0 c1L-S建立路由表的初始過程ACB40.0.0.0L-S網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)過程剖析C發(fā)現(xiàn)直連網(wǎng)絡30.0.0.0和40.0.0.0構(gòu)造包含發(fā)現(xiàn)信息的L-S報文(LSP)向全網(wǎng)廣播接收全網(wǎng)的其他路由器發(fā)來的L-S報文根據(jù)收集的信息建立拓撲數(shù)據(jù)庫啟動SPF算法以C為源點計算SPF樹建立到達所有信宿的路由表（端口和代價）c1LSP30.0.0.0c0—發(fā)現(xiàn)拓撲變化AEDCBFNetX發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡X不可達構(gòu)造LSP向全網(wǎng)廣播發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡X不可達構(gòu)造LSP向全網(wǎng)廣播NetXDownLSPNetXDownLSP—修改拓撲數(shù)據(jù)庫AEDCBFNetX全網(wǎng)具有相同的L-S邏輯圖。AEDCBFNetX—各自重新計算SPF樹223311525AEDCBFNetX根據(jù)各自計算的SPF樹刷新路由表—修改各自的路由表a0a1a2NetY路由表路由表路由表路由表路由表221L-S算法的性能分析優(yōu)點代價路由刷新問題線路傳輸速率不同網(wǎng)絡運行狀態(tài)不同解決辦法L-S算法的優(yōu)點所有路由器具有相同的網(wǎng)絡拓撲知識（L-S圖）一次性、無修改地向全網(wǎng)廣播LSP路由器根據(jù)全局信息維護各自的路由表保證鏈路狀態(tài)信息的單向傳播保證算法的收斂性L-S算法的代價SPF算法計算和拓撲數(shù)據(jù)庫需要更多的CPU和內(nèi)存資源網(wǎng)絡啟動時的擴散路由信息（flood）需要占用很多帶寬資源線路傳輸速率不同產(chǎn)生的影響NetXDownNetXupNetXDown來自D來自A慢NetXE收到的LSP開始NetX down后來NetX upAEDCBF慢快慢NetXdownNetXdownNetXupNetXupE應該選擇哪棵SPF樹？網(wǎng)絡的一部分已經(jīng)啟動，而另一部分正待啟動網(wǎng)絡的一部分刷新速度快，而另一部分刷新速度慢造成網(wǎng)絡的不同部分學習擁有不同的L-S圖網(wǎng)絡運行狀態(tài)不同產(chǎn)生的影響L-S對問題的解決辦法減少對資源的需求盡可能降低路由刷新頻度用Multicast取代Broadcast(flood)將網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)劃分為不同層次和區(qū)域在層次間和區(qū)域交接處交換路由信息協(xié)調(diào)L-S刷新對LSP加時間戳標識對LSP加序列號標識用分級路由管理網(wǎng)絡的邏輯分組D-V和L-S算法的比較D-V通過與鄰居的信息交換獲得網(wǎng)絡拓撲知識路由計算是增加路由器之間的站點數(shù)（hops）定期刷新路由：收斂慢向相鄰站點傳送路由表的副本L-S全網(wǎng)獲得共同的全局性網(wǎng)絡拓撲知識（L-S圖）計算到達其他站點的最短路徑（SPF準則）觸發(fā)刷新：收斂快向其他站點發(fā)送鏈路狀態(tài)的動態(tài)變化層次化路由選擇系統(tǒng)子網(wǎng)核心系統(tǒng)子網(wǎng)自治系統(tǒng)自治系統(tǒng)全球InternetCERNETCHINANET華北地區(qū)網(wǎng)華南地區(qū)網(wǎng)復雜網(wǎng)絡分層管理路由交換相同層次層次之間4主要路由協(xié)議4.1.自治系統(tǒng)AS4.2.IGPs4.3.EGPs4.4.GGP4.1自治系統(tǒng)AS自治系統(tǒng)是一個自我管理的網(wǎng)絡，統(tǒng)一管理自己內(nèi)部的路由。自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由信息無須與外界共享。內(nèi)部與外部網(wǎng)關路由協(xié)議自治系統(tǒng)（AutonomousSystem）：在同一公共路由選擇策略和公共管理下的網(wǎng)絡集合，如一個ISP的網(wǎng)絡內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議（IGP）：在自治系統(tǒng)內(nèi)交換路由信息外部網(wǎng)關協(xié)議（EGP）：在自治系統(tǒng)間交換路由信息AutonomousSystem100AutonomousSystem200IGPs:RIP,IGRPEGPs:BGP網(wǎng)關-網(wǎng)關協(xié)議Gateway-to-GatewayProtocol（GGP）用于核心系統(tǒng)網(wǎng)關之間的路由交換外部路由協(xié)議ExteriorGatewayProtocol（EGP）用于不同自治系統(tǒng)（AS）之間的路由交換內(nèi)部路由協(xié)議InteriorGatewayProtocol（IGP）用于自治系統(tǒng)（AS）內(nèi)部的路由交換路由協(xié)議分類4.2內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGPs內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議是自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由協(xié)議。一個AS統(tǒng)一使用一種IGP。常見的內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議有：路由信息協(xié)議RIP開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF內(nèi)部網(wǎng)關路由協(xié)議IGRPRIP協(xié)議RIP協(xié)議的基本概念網(wǎng)絡路由舉例RIP協(xié)議的實現(xiàn)RIP協(xié)議的路由刷新RIP協(xié)議的時鐘RIP協(xié)議的基本概念RouterInformationProtocol最初為Xerox網(wǎng)絡系統(tǒng)的通用協(xié)議而設計與4BSD/UNIX捆綁在一起（routed進程）1988年RFC1058正式定義基于以站點數(shù)（hop）為度量的D-V算法定義hop=16為無窮大路由更新采用廣播形式，刷新周期為30秒適于小型網(wǎng)絡的內(nèi)部路由協(xié)議可對多個等開銷線路進行負載均衡，缺省為4個，最大為6個。RIPv1網(wǎng)絡內(nèi)所有設備采用相同的掩碼，不支持VLSM；RIPv2支持無類域間路由CIDR。RIPv2在路由更新時發(fā)送子網(wǎng)掩碼，RIPv1不發(fā)送。HostAHostB128.1.1.0128.1.2.0128.1.1.150:20:c5:e2:d4:77128.1.2.150:a0:24:ea:b3:57128.1.2.100:a0:24:ec:c6:63Router網(wǎng)絡路由舉例128.1.1.80:20:c5:d4:a3:68RIP協(xié)議的實現(xiàn)routed進程的啟動主動路由（active）： 路由器廣播被動路由（passive）： 主機接收routed進程的運行具有相同路徑長度的路由選擇—先入為主定義路由條目的生存時間—180秒對慢收斂的對策水平分割毒性逆轉(zhuǎn)觸發(fā)更新保持計時routed進程的啟動開機檢查所有網(wǎng)卡有靜態(tài)路由一塊網(wǎng)卡啟動routed進程進入被動路由工作模式不用RIP協(xié)議選擇路由是是否否主動廣播路由信息/30秒被動監(jiān)聽路由信息/30秒RouterHost啟動routed進程進入主動路由工作模式128.1.2.10128.1.2.15routed進程發(fā)出路由請求RIP報文UDP報頭IP報頭Ethernet報頭目的地址=ff:ff:ff:ff:ff:ff源地址=0:a0:24:ec:c6:63協(xié)議類型=0800(IP)宿=128.1.2.255源=128.1.2.10協(xié)議類型=17(UDP)宿端口=520（RIP）源端口=520命令類型=1(routerequest)尋徑地址類別=2(IP)尋徑目的地址=0.0.0.0下站=default端口=0距離=16（不可達）主機128.1.2.10向廣播地址發(fā)出路由請求（開機時自動完成）。RIP報文UDP報頭IP報頭Ethernet報頭目的地址=ff:ff:ff:ff:ff:ff源地址=0:a0:24:ea:b3:57協(xié)議類型=0800(IP)宿=128.1.2.255源=128.1.2.15協(xié)議類型=17(UDP)宿端口=520（RIP）源端口=520命令類型=2(routeresponse)routed進程發(fā)出路由響應尋徑地址類別=2(IP)尋徑目的地址=128.1.1.0下站=128.1.1.0端口=0距離=1間隔30秒，從廣播地址可以接收到路由器128.1.2.15發(fā)出的路由響應。RIP協(xié)議的路由刷新Routed進程接收到路由廣播信息，在滿足以下任一條件下更新自己的路由表項：一條新的路由表項，且到達目的地址的距離不是無窮大；一條舊的路由表項，且此條目被原信息提供者（鄰接路由器）更新（水平分割）；一條舊的路由表項已經(jīng)有90秒未被刷新；有一條新的到達同一目的地址的路由信息到來，且距離更短。RIP協(xié)議的時鐘路由刷新周期每個路由器每隔30秒刷新和廣播自己的路由表。路由失效計時一條路由表項未被更新的時間達90秒，則視其為失效信息，將本路由表項的距離置為無窮大（毒性逆轉(zhuǎn)）。路由清除計時發(fā)現(xiàn)一條路由失效信息后，立即啟動保持計時，180秒之后刪除此條目。OSPF協(xié)議OSPF協(xié)議的基本概念OSPF的特性Hello分組指定路由器DR和備份指定路由器BDRHello間隔和Down機判斷間隔OSPF的區(qū)域劃分OSPF的工作原理Area1的域內(nèi)路由器Area1的邊界路由器Area0的主干路由器OSPF協(xié)議的基本概念OpenShortestPathFirst采用鏈接狀態(tài)（L-S）算法由IETF工作小組研制1990年成為標準（RFC1247）改進RIP協(xié)議的問題計數(shù)至無窮大收斂速度慢OSPF的特性快速收斂能夠適應大型網(wǎng)絡能夠正確處理錯誤路由信息使用區(qū)域，能夠減少單個路由器的CPU負擔，構(gòu)成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡支持CIDR，完全支持超網(wǎng)，可變長子網(wǎng)等無類特性支持多條路徑負載均衡使用組播地址來進行信息互通，減少了非OSPF路由器的負載使用路由標簽來表示來自外部區(qū)域的路由Hello分組在網(wǎng)絡中，OSPF路由器可以發(fā)送Hello報文來進行鄰居尋找，當Hello報文中的幾個字段的內(nèi)容是互相一致的時候，相鄰的OSPF路由器就會形成Neighbor關系。Hello協(xié)議的特點：用來發(fā)現(xiàn)OSPFNeighborHello報文包含了多個需要OSPF路由器協(xié)商的參數(shù)，以形成Neighbor的關系可以用來維持鄰居之間鏈接的存活用來確定指定路由器DR，備份路由器BDR的選擇DR和BDR在多路訪問網(wǎng)絡上可能存在多個路由器，為了避免路由器之間建立完全相鄰關系而引起的大量開銷，OSPF要求在區(qū)域中選舉一個DR（DesignatedRouter指定路由器）

。每個路由器都與之建立完全相鄰關系。DR負責收集所有的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)布給其他路由器。選舉DR的同時也選舉出一個BDR，在DR失效的時候，BDR備份指定路由器擔負起DR的職責。點對點型網(wǎng)絡不需要DR。生成樹的計算時間OSPF在收到鏈路狀態(tài)變化信息后需要間隔一段時間才計算SPF樹，這個時間稱為spf延遲時間spf-delay，缺省情況下為5秒。OSPF連續(xù)兩次SPF計算需要保證一個間隔時間，這個時間稱為spf保持時間spf-holdtime缺省情況下為10秒。spf-holdtime時間必須大于spf-delay時間。Hello間隔和Down機判斷間隔Hello間隔規(guī)定了路由發(fā)送Hello分組的時間間隔（秒）。Down機判定間隔是路由器在認為相鄰路由器失效之前等待接收來自鄰居消息的時間，單位為秒，缺省是Hello間隔的4倍。

下表是在各類拓樸結(jié)構(gòu)上缺省OSPFhello間隔和down機間隔拓撲Hello間隔Down機判定間隔廣播型10秒40秒點對點網(wǎng)絡10秒40秒NBMA（非廣播型多路訪問）30秒120秒OSPF劃分編號區(qū)域（Area）國家主干Area1Area0Area2AreaN地區(qū)主干主干路由器（Core）域邊界路由器(Edge）域內(nèi)路由器…...域內(nèi)路由器只擁有本域的路由信息；具有相同的L-S圖，采用相同的SPF算法；采用擴散方式廣播自己獲得的網(wǎng)絡知識（鄰居和開銷）；根據(jù)擴散的信息修改L-S圖，計算到域內(nèi)其他路由器的最短路徑；根據(jù)計算結(jié)果維護各自的路由表。域邊界路由器具有域內(nèi)路由器的功能；擁有相鄰域的L-S信息，并計算到達相鄰域的最短路徑；域間的分組交換都通過其進行路徑選擇和數(shù)據(jù)交換。例如：本域的路由器通過域邊界路由器把分組送往主干網(wǎng)，經(jīng)主干網(wǎng)送達目的域邊界路由器，再由其通過域內(nèi)路由送往目的主機。主干路由器擁有主干網(wǎng)的L-S信息，計算到其他主干路由器的最短路徑；從與之相連的下級域邊界路由器獲取該域的路由信息，計算其到每個域的最短路徑；將主干到每個域的最短路徑信息回傳給域邊界路由器。IGRP協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關路由協(xié)議（InteriorGatewayRoutingProtocol，IGRP）是CISCO于80年代中期開發(fā)的一個高級距離矢量路由選擇協(xié)議，適合于大型復雜網(wǎng)絡中使用。IGRP的可擴展性IGRP的復合度量IGRP的多路徑負載均衡IGRP的瞬時更新IGRP的可擴展性IGRP可在更大規(guī)模的網(wǎng)絡中，提升路由的性能。IGRP與RIP相比，適用網(wǎng)絡的規(guī)模更大，擴展性能更強。IGRP的復合度量IGRP采用復合度量，提供了效果更顯著、更具彈性的路由選擇功能。IGRP超越了RIP協(xié)議最大15跳的限制，缺省情況下的最大跳數(shù)為100，可以配置的最大跳數(shù)達到255。IGRP的復合度量由下列度量組成：帶寬延遲可靠性負載最大傳輸單元缺省情況下，IGRP只采用帶寬和延遲作為復合度量。IGRP的多路徑負載均衡給定一個網(wǎng)絡，IGRP支持通訊源頭和目的地之間多達6條不等開銷的線路。對任一路由器，無論哪一條路徑的下一跳路由器，都必須更靠近目的網(wǎng)絡，保證了不會出現(xiàn)路由循環(huán)。可供選擇的路徑度量值必須限制在最佳本地度量的指定范圍之內(nèi)。IGRP根據(jù)各線路度量值進行負載均衡。4.3外部網(wǎng)關協(xié)議EGPs自治系統(tǒng)之間交換路由信息的協(xié)議外部網(wǎng)關協(xié)議ExteriorGatewayProtocol（EGP）邊界網(wǎng)關協(xié)議BorderGatewayProtocol（BGP）域間路由協(xié)議InterDomainRouterProtocol（IDRP）EGP（1）EGP是早期Internet使用的一種外部網(wǎng)關協(xié)議，后來被目前廣泛使用的BGP-4所替代。EGP可用于自治系統(tǒng)網(wǎng)絡中相鄰兩臺網(wǎng)關主機間的路由選擇信息交換。EGP常用于因特網(wǎng)主機間交換路由表信息。該協(xié)議以Hello/I-Heard-You消息交換的輪詢辦法為基礎來監(jiān)視相鄰節(jié)點的可達到性并利用Poll命令來請求更新響應。路由表含有一份已知路由器、這些路由器能夠到達的地址及各路徑到達每一個路由器各項性能的度量值列表，有了這些度量值就可以挑選出最佳路徑。每一個路由器對相鄰路由器進行輪詢的時間間隔介于120到480秒之間。作為響應，相鄰的路由器會發(fā)送出整張路由表。EGP-2是EGP的最新版本。EGP（2）EGP協(xié)議包括三個部分：鄰居獲取協(xié)議鄰居可達性協(xié)議網(wǎng)絡可達性決定過程BGPBGP取代EGP，用于AS間路由選擇。BGP是唯一針對Internet這樣大規(guī)模的網(wǎng)絡而設計的協(xié)議，而且還是唯一的能夠處理好無關路由網(wǎng)域多連接的協(xié)議。BGP系統(tǒng)的主要功能就是和其它BGP系統(tǒng)交換網(wǎng)絡可到達性信息。這種網(wǎng)絡可到達性信息包括了其來回傳播于其間的多個自治系統(tǒng)（AS）列表信息。該信息足夠可以繪制出一幅AS連接圖，可刪除其中的路由回路，也可在其中實行AS級的決策。目前廣泛使用BGPV.4（RFC1771）BGP-4支持CIDR。BGP-4還引進了一些機制來支持路由會聚。BGP的特點允許基于策略（policy-based）路由選擇策略與政治、安全和經(jīng)濟等因素相關由AS的網(wǎng)絡管理者確定用TCP協(xié)議傳輸BGP路由表基于D-V算法，用16位二進制數(shù)標識AS只在表更新時交換信息，每隔30秒發(fā)送keep-alive什么是邊界網(wǎng)關BGA1D1B1B2E2E1C1NetANetBNetENetDNetC邊界網(wǎng)關（其他路由器都不可見）BG內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)IP層AS內(nèi)部的尋徑與其他BG通信外部路由協(xié)議、路由策略、路由表數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層AS內(nèi)部AS外部BG之間建立的TCP連接TCP協(xié)議TCP協(xié)議路由表路由表IP協(xié)議IP協(xié)議BGPBGPIDRP域間路由選擇協(xié)議（InterDomainRoutingProtocol，IDRP）是一個類似于BGP協(xié)議的的基于策略路由選擇協(xié)議。策略路由選擇提供了以預定方式路由傳輸?shù)姆椒?，它是一種鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議，其中的每一種路由器為一個分組通過網(wǎng)絡定義了一條路徑。IDRP是一個基于OSI的協(xié)議。4.4網(wǎng)關-網(wǎng)關協(xié)議GGPGGP概述GGP的路由發(fā)現(xiàn)、傳播和刷新過程GGP的故障發(fā)生后的路由變化GGP協(xié)議報文網(wǎng)關-網(wǎng)關協(xié)議GGP概述Internet早期的路由廣播協(xié)議用于核心網(wǎng)關路由交換對于用路由廣播協(xié)議實現(xiàn)路由廣播算法具有示范意義特點以站點數(shù)（Hop）為距離實現(xiàn)D-V算法ARPANETInternet最初主干核心網(wǎng)關本地網(wǎng)點本地網(wǎng)點本地網(wǎng)點發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡ADCBNET1NET4NET3NET2(0,3)(0,4)(0,3)(0,4)(0,1)(0,2)（Hop,NetID)ADCBNET1NET4NET3NET2(0,4)/D向鄰居傳播發(fā)現(xiàn)信息(0,3)/D(0,3)/B(0,4)/CADCBNET1NET4NET3NET2(0,3)(1,4)根據(jù)鄰居傳播的信息更新路由(0,4)(1,3)(0,1)(1,3)(0,2)(1,4)ADCBNET1NET4NET3NET2(0,1)(1,3)(0,2)(1,4)傳播更新信息(1,4)/B(1,3)/CADCBNET1NET4NET3NET2(0,1)(1,3)(2,4)(0,2)(1,4)(2,3)更新路由ADCBNET1NET4NET3NET2(0,1)(,3)(,4)(0,2)(1,4)(2,3)B發(fā)生故障GGP協(xié)議報文封裝封裝在IP數(shù)據(jù)報中，用IP協(xié)議傳輸類型路由刷新確認（收到刷新報文的回送信息）回應請求/應答（主動測試）接口狀態(tài)5第三層交換5.1.第三層交換的概念5.2.第三層交換的分類5.3.3COMFast-IP5.4.CISCONetFlow5.5.CISCO標記交換5.6.3COM的基于FIRE的高性能交換5.1第三層交換的概念三層交換（也稱多層交換技術(shù)，或IP交換技術(shù)）是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡標準模型中的第二層――數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而三層交換技術(shù)在網(wǎng)絡模型中的第三層實現(xiàn)了分組的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單的說，三層交換技術(shù)就是“二層交換技術(shù)+三層轉(zhuǎn)發(fā)”。三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后網(wǎng)段中的子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡瓶頸問題。一個具有三層交換功能的設備，是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是兩者的有機結(jié)合，而不是簡單地把路由器設備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機上。5.2第三層交換的分類（1）核心模型提高核心交換節(jié)點的分組路由性能將網(wǎng)絡數(shù)據(jù)劃分為不