數(shù)據(jù)通信PPT-第三版第五章

第5章IP路由5.1.1路由的基本概念路由和交換是網(wǎng)絡(luò)世界中兩個(gè)重要的概念。傳統(tǒng)的交換發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層，而路由則發(fā)生在第三層，網(wǎng)絡(luò)層。在IP互聯(lián)網(wǎng)中，路由選擇是指選擇一條路徑發(fā)送IP數(shù)據(jù)包的過程，而進(jìn)行這種路由選擇的設(shè)備就叫做路由器。對(duì)一個(gè)具體的路由器來(lái)說，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，該過程類似交換機(jī)的交換功能，只不過在鏈路層我們稱之為交換，而在IP層稱之為路由；而對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說，路由就是將包從一個(gè)端點(diǎn)（主機(jī)）傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)端點(diǎn)（主機(jī)）的過程。5.1IP路由基礎(chǔ)路由的完成離不開兩個(gè)最基本步驟：第一個(gè)步驟為選徑，路由器根據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址和路由表的內(nèi)容，進(jìn)行路徑選擇；第二個(gè)步驟為包轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)選擇的路徑，將包從某個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

5.1.1路由的基本概念I(lǐng)P互聯(lián)網(wǎng)是由路由器將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接所組成的。IP互聯(lián)網(wǎng)采用面向非連接的互連網(wǎng)解決方案。因此，互聯(lián)網(wǎng)中的每個(gè)自治的路由器獨(dú)立地對(duì)待IP數(shù)據(jù)包。一旦IP數(shù)據(jù)包進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，路由器負(fù)責(zé)為每個(gè)IP數(shù)據(jù)包選擇它所認(rèn)為的最佳路徑。5.1.2IP數(shù)據(jù)包傳輸與處理過程1．主機(jī)A發(fā)送IP數(shù)據(jù)包（1）構(gòu)造目的地址為B的IP數(shù)據(jù)包（2）對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行路徑選擇（3）決定將IP數(shù)據(jù)包傳遞到路由器R25.1.2IP數(shù)據(jù)包傳輸與處理過程2．路由器R2處理和轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包（1）路由器R2收到主機(jī)A發(fā)送給它的幀，去掉幀頭，將IP數(shù)據(jù)包交給IP軟件處理。（2）對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行路徑選擇：路由選擇算法、IP路由表。（3）決定將IP數(shù)據(jù)包傳遞到路由器R35.1.2IP數(shù)據(jù)包傳輸與處理過程3．路由器R3處理和轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包（1）路由器R3收到路由器R2發(fā)送給它的幀，去掉幀頭，將IP數(shù)據(jù)包交給IP軟件處理。（2）對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行路徑選擇：路由選擇算法、IP路由表（3）決定將IP數(shù)據(jù)包直接投遞到10.3.0.05.1.2IP數(shù)據(jù)包傳輸與處理過程4．主機(jī)B接收IP數(shù)據(jù)包（1）主機(jī)B收到路由器R3發(fā)送給它的幀，去掉幀頭，將IP數(shù)據(jù)包交給IP軟件處理。（2）決定將IP數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)信息送交高層處理。5.1.2IP數(shù)據(jù)包傳輸與處理過程整個(gè)IP數(shù)據(jù)包在互聯(lián)網(wǎng)中路由中是“表驅(qū)動(dòng)IP選路”的基本思想，即在需要路由選擇的設(shè)備中保存一張IP路由表，IP路由表存儲(chǔ)著有關(guān)可能的目的地址及怎樣到達(dá)目的地址的信息在轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包時(shí)，查詢IP路由表，決定把數(shù)據(jù)包發(fā)往何處5.1.2IP數(shù)據(jù)包傳輸與處理過程5.1.3路由表路由表是路由器進(jìn)行路徑抉擇的基礎(chǔ)，路由表的內(nèi)容來(lái)源有兩個(gè)：靜態(tài)配置和路由協(xié)議動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)。router#showiprouteCodes:C-connected,S-static,R-RIP,D-EIGRP,EX-EIGRPexternal,O-OSPF,IA-OSPFinterareaE1-OSPFexternaltype1,E2-OSPFexternaltype2,*-candidatedefaultGatewayoflastresortis10.5.5.5tonetwork0.0.0.0

C 172.16.11.0isdirectlyconnected,FastEthernet1/0OE2172.22.0.0/16[110/20]via10.3.3.3,01:03:01,FastEthernet1/0S* 0.0.0.0/0[1/0]via10.5.5.55.1.3路由表路由器有這么三種途徑建立路由： 直連網(wǎng)絡(luò)：路由器自動(dòng)添加和自己直接連接的網(wǎng)絡(luò)的路由 靜態(tài)路由：管理員手動(dòng)輸入到路由器的路由 動(dòng)態(tài)路由：由路由協(xié)議（routingprotocol）動(dòng)態(tài)建立的路由根據(jù)路由器學(xué)習(xí)路由信息、生成并維護(hù)路由表的方法包括直連路由（Direct）、靜態(tài)路由（Static）和動(dòng)態(tài)路由（Dynamic）。1．直連路由路由器接口所連接的子網(wǎng)的路由方式稱為直連路由。通過路由協(xié)議從別的路由器學(xué)到的路由稱為非直連路由；分為靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由。直連路由是由鏈路層協(xié)議發(fā)現(xiàn)的，一般指去往路由器的接口地址所在網(wǎng)段的路徑，該路徑信息不需要網(wǎng)絡(luò)管理員維護(hù)，也不需要路由器通過某種算法進(jìn)行計(jì)算獲得，只要該接口處于活動(dòng)狀態(tài)（Active），路由器就會(huì)把通向該網(wǎng)段的路由信息填寫到路由表中去，直連路由無(wú)法使路由器獲取與其不直接相連的路由信息。5.1.4路由的分類2．靜態(tài)路由 靜態(tài)路由（StaticRoute）是一種特殊的路由，是由管理員手工配置，提供了通過網(wǎng)絡(luò)的固定路由路徑。配置靜態(tài)路由后，去往指定目的站點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文將按照管理員指定的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)中，只需配置靜態(tài)路由就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通。 靜態(tài)路由的缺點(diǎn)是不能動(dòng)態(tài)反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，管理員就必須手工改變路由表。5.1.4路由的分類3．默認(rèn)路由默認(rèn)路由就是在沒有找到匹配的路由時(shí)才使用的路由。即只有當(dāng)沒有合適的路由時(shí)，默認(rèn)路由才被使用。在路由表中，默認(rèn)路由以到網(wǎng)絡(luò)0.0.0.0（掩碼為0.0.0.0）的路由形式出現(xiàn)。如果報(bào)文的目的地址不能與任何路由相匹配，那么系統(tǒng)將使用默認(rèn)路由轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文。如果沒有默認(rèn)路由且報(bào)文的目的地不在路由表中，那么該報(bào)文被丟棄，同時(shí)，向源端返回一個(gè)ICMP報(bào)文，報(bào)告該目的地址或網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)。5.1.4路由的分類5.1.5動(dòng)態(tài)路由協(xié)議靜態(tài)路由是指由網(wǎng)絡(luò)管理員手工配置的路由信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員需要手工去修改路由表中相關(guān)的靜態(tài)路由信息。靜態(tài)路由一般適用于比較簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。動(dòng)態(tài)路由是指路由器能夠自動(dòng)地建立自己的路由表，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況的變化適時(shí)地進(jìn)行調(diào)整。動(dòng)態(tài)路由的運(yùn)作機(jī)制依賴路由器的兩個(gè)基本功能：對(duì)路由表的維護(hù)和路由器之間適時(shí)的路由信息交換。IP路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議（IGPs,InteriorGatewayProtocols）和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（exteriorgatewayprotocol）兩大類。自治域AS（AutonomousSystem）指一個(gè)具有統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)、統(tǒng)一路由策略的網(wǎng)絡(luò)。自治域內(nèi)部采用的路由選擇協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，常用的有RIP、OSPF和IS-IS；AS之間的路由協(xié)議稱為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，常用的是BGP。對(duì)于小型網(wǎng)絡(luò)，采用基于距離向量算法的RIP路由協(xié)議易于配置和管理。對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)，采用鏈路狀態(tài)算法的IS-IS和OSPF較為有效。5.1.5動(dòng)態(tài)路由協(xié)議1.工作原理RIP是一種基于距離向量算法的路由選擇協(xié)議。RIP使用跳數(shù)來(lái)衡量到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的距離。RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)路由器都要維護(hù)從它自己到其他每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄。

5.2RIP(RoutingInformationProtocol)從一路由器直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為1。從一個(gè)路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加1。RIP協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hopcount)，因?yàn)槊拷?jīng)過一個(gè)路由器，跳數(shù)就加1?！熬嚯x”的定義RIP認(rèn)為一個(gè)好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目少，即“距離短”。RIP允許一條路徑最多只能包含15個(gè)路由器?！熬嚯x”的最大值為16時(shí)即相當(dāng)于不可達(dá)?？梢奟IP

只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)?！熬嚯x”的定義僅和相鄰路由器交換信息。交換的信息是當(dāng)前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的時(shí)間間隔交換路由信息，例如，每隔30秒。

RIP協(xié)議的三個(gè)要點(diǎn)路由器在剛剛開始工作時(shí)，只知道到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離（此距離定義為1）。以后，每一個(gè)路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。經(jīng)過若干次更新后，所有的路由器最終都會(huì)知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器的地址。路由表的建立RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都和自己的相鄰路由器不斷交換路由信息，并不斷更新其路由表，使得從每一個(gè)路由器到每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的路由都是最短的（即跳數(shù)最少）。雖然所有的路由器最終都擁有了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局路由信息，但由于每一個(gè)路由器的位置不同，它們的路由表當(dāng)然也應(yīng)當(dāng)是不同的。

路由器之間交換信息112131FEDCBA51612151314141611151網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1“4”表示“從本路由器到網(wǎng)

4”“1”表示“距離是

1”“”表示“直接交付”一開始，各路由表只有到相鄰路由器的信息112131FEDCBA51612151314141611151網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)1的距離是1?！币虼薆現(xiàn)在也可以到網(wǎng)1，距離是2，經(jīng)過A。”路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表112131FEDCBA51612151314141611151網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)2的距離是1。”因此B現(xiàn)在也可以到網(wǎng)2，距離是2，經(jīng)過A?！甭酚善鰾收到相鄰路由器A和C的路由表112131FEDCBA51612151314141611151網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)3的距離是1?！钡?/p>

B

沒有必要繞道經(jīng)過路由器

A再到達(dá)網(wǎng)

3，因此這一項(xiàng)目不變。路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表112131FEDCBA51612151314141611151網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后C說：“我到網(wǎng)4的距離是1?！钡?/p>

B

沒有必要繞道經(jīng)過路由器

C再到達(dá)網(wǎng)

4，因此這一項(xiàng)目不變。路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表112131FEDCBA51612151314141611151網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后C說：“我到網(wǎng)6的距離是1。”因此B現(xiàn)在也可以到網(wǎng)6，距離是2，經(jīng)過C?！甭酚善鰾收到相鄰路由器A和C的路由表FEDCBA11213142B52E63B1122A32A43A5162F12E22D33C42C516113B23B32B4152F61網(wǎng)2網(wǎng)6網(wǎng)5網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)412A2132A43A5162F12A22A314153C62C最終所有的路由器的路由表都更新了RIP存在的一個(gè)問題是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，要經(jīng)過比較長(zhǎng)的時(shí)間才能將此信息傳送到所有的路由器。

RIP協(xié)議最大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，開銷較小。RIP限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，它能使用的最大距離為15（16表示不可達(dá)）。路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，開銷也就增加。RIP協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2正常情況1112R1R1

說：“我到網(wǎng)1的距離是1，是直接交付?！薄?”表示“從本路由器到網(wǎng)

1”“1”表示“距離是

1”“”表示“直接交付”R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2正常情況1112R1R2

說：“我到網(wǎng)1的距離是2，是經(jīng)過

R1?！薄?”表示“從本路由器到網(wǎng)

1”“2”表示“距離是

2”“R1”表示經(jīng)過R1R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R1

說：“我到網(wǎng)1的距離是16（表示無(wú)法到達(dá)），是直接交付?！钡玆2

在收到R1

的更新報(bào)文之前，還發(fā)送原來(lái)的報(bào)文，因?yàn)檫@時(shí)R2

并不知道R1

出了故障。R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R1收到R2的更新報(bào)文后，誤認(rèn)為可經(jīng)過R2

到達(dá)網(wǎng)1，于是更新自己的路由表，說：“我到網(wǎng)1的距離是3，下一跳經(jīng)過R2”。然后將此更新信息發(fā)送給R2。13R2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R2以后又更新自己的路由表為“1,4,R1”，表明“我到網(wǎng)1距離是4，下一跳經(jīng)過R1”。13R214R1R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況11…11613R215R2116R212R112R114R1116R1…由于記數(shù)到無(wú)窮大問題，路由選擇信息將從一個(gè)路由器傳到另一個(gè)路由器，每次段數(shù)加1。路由選擇環(huán)路問題將無(wú)限制地進(jìn)行下去，除非達(dá)到某個(gè)限制。這個(gè)限制就是RIP的最大跳數(shù)。當(dāng)路徑的跳數(shù)超過15，這條路徑才從路由表中刪除。RIP協(xié)議允許最大跳數(shù)為15。大于15的目的地被認(rèn)為是不可達(dá)。這個(gè)數(shù)字在限制了網(wǎng)絡(luò)大小的同時(shí)也防止了一個(gè)叫做“記數(shù)到無(wú)窮大”的問題。水平分割是路由器用來(lái)防止把一個(gè)接口得來(lái)的路徑又從此接口傳回導(dǎo)致的問題的方案。路由器不向路徑到來(lái)的方向回傳此路徑。當(dāng)打開路由器接口后，路由器記錄路徑是從哪個(gè)接口來(lái)的，并且不向此接口回傳此路徑。水平分割法破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割法有破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割方法是在更新信息中包括這些回傳路徑，但這種處理方法會(huì)把這些回傳路徑的跳數(shù)設(shè)為16（無(wú)窮）。通過把跳數(shù)設(shè)為無(wú)窮，并把這條路徑告訴源路由器，有可能立刻解決路由選擇環(huán)路。保持定時(shí)器法保持定時(shí)器法可防止路由器在路徑從路由表中刪除后一定的時(shí)間內(nèi)（通常為180秒）接受新的路由信息。它的思想是保證每個(gè)路由器都收到了路徑不可達(dá)信息，而且沒有路由器發(fā)出無(wú)效路徑信息。觸發(fā)更新法有破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割將任何兩個(gè)路由器構(gòu)成的環(huán)路打破，但三個(gè)或更多個(gè)路由器構(gòu)成的環(huán)路仍會(huì)發(fā)生，直到無(wú)窮（16）時(shí)為止。觸發(fā)式更新法可加速收斂時(shí)間，它的工作原理是當(dāng)某個(gè)路徑的跳數(shù)改變了，路由器立即發(fā)出更新信息，不管路由器是否到達(dá)常規(guī)信息更新時(shí)間都發(fā)出更新信息。6.3

OSPF簡(jiǎn)介

6.3.1OSPF概述OSPF是OpenShortestPathFirst（開放最短路由優(yōu)先協(xié)議）的縮寫。它是IETF組織開發(fā)的一個(gè)基于鏈路狀態(tài)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。OSPF通過路由器之間通告網(wǎng)絡(luò)接口的狀態(tài)來(lái)建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，生成最短路徑樹，每個(gè)OSPF路由器使用這些最短路徑構(gòu)造路由表。開放最短路徑協(xié)議(OSPF)協(xié)議不僅能計(jì)算兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的最短路徑，而且能計(jì)算通信費(fèi)用?？筛鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的要求來(lái)平衡費(fèi)用和性能，以選擇相應(yīng)的路由。6.3.2

OSPF的協(xié)議報(bào)文OSPF有五種報(bào)文類型HELLO報(bào)文（HelloPacket）DD報(bào)文（DatabaseDescriptionPacket）LSR報(bào)文（LinkStateRequestPacket）LSU報(bào)文（LinkStateUpdatePacket）LSAck報(bào)文（LinkStateAcknowledgmentPacket）SPF算法是OSPF路由協(xié)議的基礎(chǔ)。SPF算法將每一個(gè)路由器作為根（ROOT）來(lái)計(jì)算其到每一個(gè)目的地路由器的距離，每一個(gè)路由器根據(jù)一個(gè)統(tǒng)