路由器设置与互连.ppt

第3章 路由器设置与互连 计算机网络工程 王晓燕 第3章 路由器设置与互连 第3章 路由器设置与互连 路由器是计算机网络中的桥梁，是连接计算机网 络的核心设备。路由器主要完成路由，即路径选择功 能。当路由器某一端口接收到一个数据包时，它以一 定的策略（路由协议）将其向目的方向转发，以保证 数据包在结构复杂的网络中最终到达目的地。同时它 可以完成一些网络管理功能（如防火墙、包过滤、 NAT等） 第3章 路由器设置与互连 3.1 路由器的功能和特性 路由器是一个用来把多个网络连接起来的设备，它 工作在OSI模型的第三层，即网络层。在Internet环 境下，第三层使用的是IP协议。有些协议是不可路由 的。可路由的协议包括TCP/IP、IPX/SPX和AppleTalk 。而NetBEUI和SNA协议不能路由，所以采用这些协议 的网络不能使用路由器。 第3章 路由器设置与互连 3.1.1路由器的基本功能 (1) IP数据报的转发，包括数据报传送的路径选 择和传送数据报。 (2) 与其他路由器交换路由信息，维护路由表。 (3) 子网隔离，抑制广播风暴。 (4) IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制。 (5) 实现对IP数据报的过滤和记帐等。 第3章 路由器设置与互连 3.1.2路由器接口 (1) 局域网接口：包括以太网口、令牌环网口和光 纤分布式数据接口(FDDI，Fiber Distributed Data Interface)等，用于连接局域网。以太网口的数据传输 速率通常为10 Mb/s或10/100 Mb/s自适应，千兆光纤接 入网络中使用的核心路由器，其Ethernet接口的速率为 1 Gb/s。许多路由器的以太网的接口个数通常为12个 。 (2) 广域网接口：在同步串行连接时，要求使用时钟 设备来提供收发之间传输的精确时钟；而异步连接时， 使用起始位来保证数据被目的接口完整准确地接收。 第3章 路由器设置与互连 (3) 同/异步串口：使用不同的接口标准，在不同的工作方式下， 具有不同的数据传输速率。在同步模式下，如果使用V.35接口标准， 路由器可作为DTE(Data Termination Equipment)设备，最大速率为 4.096 Mb/s；在异步模式下，如果使用V.24接口，其最大速率为114.2 kb/s。 (4) ISDN的BRI口与CE1/PRI口：BRI(2B+D)数据传输速率为 264 kb/s+16 kb/s，CE1/PRI口可配置成支持ISDN PRI(30B+D)或分 时隙E1，其最大数据传输速率为2.048 Mb/s。 (5) 备份口或辅助口(AUX口)：通过MODEM连接广域网，用做专 线连接的备份或实现对路由器的远程管理。在异步模式下，其最大数 据传输速率为114.2 kb/s。 (6) 配置口：使用Console线缆通过该接口对路由器进行本地配 置，或使用MODEM，通过电话线对路由器进行远程配置。工作在异 步模式下，数据传输速率为9600 b/s。 第3章 路由器设置与互连 3.1.3 操作系统 路由器是一种专用的计算机，正如计算机必须有 操作系统才能使用一样，路由器也必须有操作系统， 例如Cisco公司的路由器(和交换机)专用的操作系统为 Inter-network Operating System，简称IOS。 第3章 路由器设置与互连 Cisco IOS软件运行于80%以上的Internet骨干网络 路由器中。它提供全面的网络服务，实现丰富的网络 功能，具体包括： (1) 连接多种网络。通过IOS，Cisco路由器可以连 接IP、IPX、IBM和AppleTalk等网络。 (2) 提供安全服务。Cisco IOS安全服务为Internet 、Intranet及远程访问网络提供安全解决方案，进而 提供端到端的网络安全。 (3) 提供多种内嵌功能。Cisco IOS技术提供了多媒 体、安全性、网络管理、拨号和Internet应用等许多 内嵌功能。 第3章 路由器设置与互连 Cisco IOS采用模块化结构，可移植性及扩展性较好 。目前，Cisco IOS软件的定制已经简化为对特性集的要 求。一般来说，所有路由器共享相同的特性集。也就是 说，对于IOS的大多数配置命令，在整个Cisco系列产品 中(包括交换机和路由器)都是共通的。特性集可分为以 下三类： (1) 基本特性集：硬件平台使用的基本软件特性集。 (2) 加强特性集：基本特性集再加上与硬件平台相关 的一些特性。 (3) 加密特性集：40 bit或56 bit的数据加密特性集。 第3章 路由器设置与互连 3.1.4 配置文件 该文件由管理员创建，IOS翻译并执行配置文件中 所包含的语句，实现各种功能。配置文件存储在 NVRAM中，每次路由器初始化时加载到内存。两个 重要的配置文件时Startup-Config和Running-config 第3章 路由器设置与互连 3.1.3 路由器的分类 (1) 核心级路由器。在主干网上，路由器的主要作 用是路由选择。在主干网的路由器上，必须有能到达 所有下层网络的路径。这就需要维护庞大的路由表， 而且对连接状态的变化要尽可能迅速作出反应。路由 器的故障将会导致信息传输的严重问题。这类路由器 被称为核心级路由器。 (2) 分布级路由器。在地区网中，路由器的主要作 用是网络连接和路由选择，即连接下层各个基层网络 单位(如园区网)，同时负责下层网络之间的数据转发 。本层的路由器称为分布级路由器，一般用作小型 LAN和远程站点的中央连接点。 第3章 路由器设置与互连 (3) 接入级级(访问级访问级 )路由器。在园区网内部，路由 器的主要作用是分隔子网。早期的互联联网基层单层单 位是 局域网(LAN)，其中所有主机处处于同一个逻辑逻辑 网络络中 。随着网络规络规 模的不断扩扩大，局域网逐步演变变成和 高速主干路由器连连接的多个子网所组组成的园区网。在 园区网中，各个子网在逻辑逻辑 上独立，而路由器就是惟 一能够够分隔和连连接它们们的设备设备 ，它负责负责 子网间间的报报 文转发转发 和广播隔离。该层级该层级 的路由器称为为接入级级或 访问级访问级 的路由器。 第3章 路由器设置与互连 3.2路由协议 3.2.1 Internet的结构与寻址 Internet的寻址方式可以简述为：在各网点内部 ，各外围路由器协同完成本地寻址；当目的主机在别 的网点时，本地网点通过默认路径发往与之直接相连 的核心路由器，进入主干网络，再通过核心路由器的 协同作用，将IP包传送到目的主机；IP包从主干经过 与目的主机所在的网点相连的核心网关进入该网点后 ，由该网点再进行本地寻址，最终将IP包送往目的主 机。 第3章 路由器设置与互连 Internet结构和路由协议 第3章 路由器设置与互连 3.2.2自治系统 为了寻径，通过单一的核心网关连入主干网络，内部管理由独立 管理机构负责的一组网关和网络构成的一个网点，叫做自治系统 （Autonomous System，AS） 路由协议总体上可分为外部网关协议和内部网关协议。 IGP：在一个自治系统内部使用的路由选择协议，与在互联网中的 其他自治系统使用什么路由选择协议无关。RIP，IS-IS， OSPF EGP：若源站和目的战处于不同的AS（这两个系统使用不同的IGP 协议），当数据报文传到一个AS的边界时，需要一种协议将路 由选择信息传递到另一个AS中。这样的协议就是外部网关协议 。BGP 第3章 路由器设置与互连 无论内部网关协议，还是外部网关协议，都属于动态路由 协议（或称自适应路由协议），它能够自动适应网络的变化，动 态修改路由表，使之达到最佳状态。 第3章 路由器设置与互连 3.2.3 BGP协议 1 BGP协议简介 （1） BGP路由策略 BGP允许对AS之间的通信量可使用多种路由选择策略 。这些路由选择策略包括政治、经济、安全等方面考 虑。但这些策略本身不是BGP协议。 第3章 路由器设置与互连 1 BGP协议简介 （2） BGP网络类型 BGP系统与其他BGP系统之间交换网络可到达信息 a）与BGP路由器只有一个连接的网络，它不能用来转 发数据报文 b）与BGP有2个或更多连接的网络，它可用来转发数 据报文。 c）能够转发第三方数据报文的转发网络，例如主干 网。 （3）BGP连接 2个BGP路由器通信前要建立TCP连接 第3章 路由器设置与互连 2 BGP工作原理 第3章 路由器设置与互连 BGP报文的种类 （1）open报文，用来与相邻的另一个路由器建立关系 （2）Update报文，用来发送某一路由的信息，以及要 撤销的多条路由 （3）Keepalive报文，用来确认open报文，和周期性的 证实邻站关系 （4）Notification报文，用来发送监测到的错误信息 第3章 路由器设置与互连 BGP功能过程 (1)邻站探测（neighbor acquisition）；接在同一个子网 上的2台路由器称为邻站 (2)邻站可达性（neighbor reachability）； (3)网络可达性（network reachability）。 第3章 路由器设置与互连 自治系统和内部网关协议、外部网关协议 第3章 路由器设置与互连 3.3距离矢量路由协议与应用实验 3.3.1距离矢量路由协议简介 距离矢量路由协议（Distance Vector Protocol， DV）是一种路由选择协议。基于Bellman Ford(贝乐 曼-福特 )算法。这种算法的工作方式：路由器定期广 播自己的路由表，在广播报文中包括了路由器了解的 网络以及到每个网络的距离。收到报文的路由器将此 信息和自己当前路由表相比较，从中计算出一张新的 路由表。这一过程发生在所有允许某一特定DV协议 的路由器之间。 第3章 路由器设置与互连 由于要通过从其他邻居路由器那里得到的知识来构 造自己的路由表，因此DV路由表被称作“散布路由” XYZ 192.168.1.0 2.0 3.0 192.168.4.0 DV 路由示例 第3章 路由器设置与互连 3.3.2DV路由协议的路由选择问题 好消息传播的快，坏消息传播的慢。 为了防止慢收敛问题，采用以下方法： （1）采用抑制法迫使参与协议工作的路由器在收到某网 络不可到达的信息后一段时间内，忽略任何关于该网 络的路由信息。 （2）使用路径矢量路由也可以解决慢收敛的问题。每个 距离矢量也包括它所通过的路径。路由器如果接收到 一个路径矢量中包含自己的刷新记录，路由器就不会 刷新该记录。 第3章 路由器设置与互连 3.3.3RIP协议 RIP（Routing Information Protocol）路由信息协议 20世纪70年代盛行起来，至今有2个版本：RIPv1和RIPv2 RIP是一种有类别的距离矢量路由选择协议，它最显著的特 点就是在路由选择刷新报文中不携带子网掩码的信息。 RIP使用的度量值是跳数，不考虑带宽、延时或其他可变因 素，跳数的计算只是将指定路由器到远程网络间所有路由器的个 数进行简单的相加而完成的。 第3章 路由器设置与互连 问题：会导致所选路径不是最优。 说明RIP使用的跳数度量值局限性的简单网络 第3章 路由器设置与互连 RIP使UDP报文的方式把路由表项发送到相邻路由 器，因此所发送到相邻路由器的路由表更新报文不能 得到保证。路由器间RIP表项的发送默认是在路由器 初始启动后30秒开始的。 基本的RIP路由公布表 第3章 路由器设置与互连 3.3.4基于RIP路由配置实验 基于RIP的路由器配置实验拓扑图 第3章 路由器设置与互连 实验设备：采用一台Cisco1720路由器，一台Cisco2511 路由器和一台Cisco2621路由器。 拓扑结构如图所示。3台路由器通过Serial端口相连（背 对背连接）。由于3台路由器通过串口直接连接的， 需要将一个串口设置成DCE（数据同步设备），另一 个串口设置成DTE（数据终端设备），且要配置始终 频率。本实验选择的DCE端口是r1720的s1端口， r2511的s0、s1端口。 第3章 路由器设置与互连 实验步骤： 1各路由器端口配置信息 在2511的配置命令如下： routeren router#conf t router(config)#hostname r2511 r2511(config)#int s0 进入串口s0的配置模式 r2511(config-if)#ip address 192.168.12.1 255.255.255.0 为串口s0配置IP地址和子网掩码 r2511(config-if)#clock rate 64000 r2511(config-if)#no shut 开启串口s0 r2511(config-if)#exit 退出 第3章 路由器设置与互连 r2511(config)#int s1 进入串口s1的配置模式 r2511(config-if)#ip address 192.168.10.2 255.255.255.0 为串口s1配置IP地址和子网掩码 r2511(config-if)#clock rate 64000 r2511(config-if)#no shut 开启串口s1 r2511(config-if)#exit 退出 r2511(config)#int e0 进入以太网口e0的配置模式 r2511(config-if)#ip address 192.168.1.5 255.255.255.0 为以太网口e0配置IP地址和子网掩码 r2511(config-if)#no shut 开启串口s0 r2511(config-if)#exit 退出 第3章 路由器设置与互连 （2）在r1720上的配置： routeren router#conf t router(config)#hostname r1720 r1720 (config)#int s0 进入串口s0的配置模式 r1720 (config-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0 为串口s0配置IP地址和子网掩码 r1720 (config-if)#no shut 开启串口s0 r1720 (config-if)#exit 退出 r1720 (config)#int s1 进入串口s1的配置模式 r1720 (config-if)#ip address 192.168.13.1 255.255.255.0 为串口s1配置IP地址和子网掩码 第3章 路由器设置与互连 r1720 (config-if)#clock rate 64000 r1720 (config-if)#no shut 开启串口s1 r1720 (config-if)#exit 退出 r1720 (config)#int fa0 进入以太网口fa0的配置模式 r1720 (config-if)#ip address 192.168.0.2 255.255.255.0 为以太网口e0配置IP地址和子网掩码 r2511(config-if)#no shut 开启串口s0 r2511(config-if)#exit 退出 第3章 路由器设置与互连 （3）在r2621上的配置： routeren router#conf t router(config)#hostname r2621 r2621(config)#int s0/0 r2621(config-if)#ip address 192.168.13.2 255.255.255.0 r2621(config-if)#no shut r2621(config-if)#exit r2621(config-if)#int s0/1 r2621(config-if)#ip addr 192.168.12.2 255.255.255.0 r2621(config-if)#no shut r2621(config-if)#exit 第3章 路由器设置与互连 2 启用RIP协议 路由器2511 r2511en r2511#conf t r2511(config)#router rip r2511(config-router)#network 19.168.10.0 r2511(config-router)#network 19.168.12.0 路由器r1720 r1720en r1720#conf t r1720 (config)#router rip r1720 (config-router)#network 19.168.10.0 r1720 (config-router)#network 19.168.13.0 第3章 路由器设置与互连 路由器r2621 r2621en r2621#conf t r2621 (config)#router rip r2621 (config-router)#network 19.168.12.0 r2621 (config-router)#network 19.168.13.0 第3章 路由器设置与互连 第3章 路由器设置与互连 3RIP协议验证 在正确配置了RIP协议后，我们人为的制造一个故障 ，即将r2511和r1720之间的链路断开。 1）断开链路后，r2511上的提示： 2）show ip route 第3章 路由器设置与互连 3)debug ip rip 第3章 路由器设置与互连 3.3.5 IGRP协议 IGRP（Internal Gateway Routing Protocol）内部网关 路由协议 是Cisco公司开发的，目的就是取代RIP。它也是一种距 离矢量路由协议。 IGRP克服了RIP的一些严重缺陷，如IGRP在分配路由 度量值时没有采用跳计数，而采用了链路特征，因此 IGRP要好于RIP 但IGRP是Cisco的私有协议，不能用于与其他厂商设备 互联。 第3章 路由器设置与互连 1 IGRP原理 IGRP路由协议通过整张路由表的周期性组播，与 相邻路由器交换路由信息。每台路由器都使用相邻路 由器组播来的信息来决定到达目的网络的最佳路由。 IGRP也是一种有类别路由选择协议，它的路由刷 新报文不传递网络掩码信息。 IGRP路由器属于某个特定的自治系统。自治系统 号用数字表示，范围为165535。同一自治系统内的 所有路由器共享路由选择信息。 第3章 路由器设置与互连 相比较RIP，IGRP优点如下 （1）IGRP允许更广的网络范围，RIP网络受限于15跳 之内，而IGRP网络的默认限制是100跳 （2）IGRP用链路特征而不是跳数最为计算路由的度量 值，因此，在多路径网路中，IGRP能够更好的选择 最佳路由 （3）IGRP路由器默认使用90s刷新间隔时间，是RIP协 议刷新间隔时间的3倍 （4）IGRP不使用UDP端口进行通信，专门在IP头上为 IGRP分配协议标识，由于不需要UDP头，大部分报 文能被IGRP本身使用。 第3章 路由器设置与互连 2 IGRP定时器 更新定时器：用于指定应该发送的路由更新消息间隔，默认 值为90秒。 失效定时器：用于指定路由器如果在没有接收到某个路由明 确的更新信息，而要宣布此路由为无效路由时需要等待的 时间。默认时，这个值是三倍于更新时间间隔的，270秒。 保持关闭定时器：用于指定保持关闭时间间隔，默认时为更 新时间间隔的三倍并加上10秒，即280秒。 刷新定时器：用于指定某个路由在被删除之前应该在路由表 中保持的时间长度，默认时是七倍于更新时间间隔，即630 秒。 第3章 路由器设置与互连 3 IGRP路由项 3种路由项：内部、系统和外部路由 内部路由：是描述附接到一个路由器接口上的子网之间 的路径的公布，内部路由项包括接口的子网掩码。 系统路由：描述了同一自治系统中网络间的路由。 外部路由：描述到达其他自治系统的、在路由中用于确 定最后一站网关的路径。 第3章 路由器设置与互连 网络拓扑中的IGRP路由类型 第3章 路由器设置与互连 3.3.5基于IGRP路由配置实验 实验设备：采用一台Cisco1720路由器，一台Cisco2511 路由器、一台Cisco2621路由器和一台交换机构。拓扑 结构如图所示。3台路由器通过Serial端口相连（背对 背连接）。由于r1720与r2511和r2621之间通过串口直 接连接的，需要将一个串口设置成DCE（数据同步设 备），另一个串口设置成DTE（数据终端设备），且 要配置时钟频率。本实验选择的DCE端口是r1720的 s1端口，r2511的s1端口。 第3章 路由器设置与互连 基于IGRP的路由器配置实验拓扑图 第3章 路由器设置与互连 1 各路由器IP信息配置 （1）在r1720上的配置： routeren router#conf t router(config)#hostname r1720 r1720 (config)#int s0 进入串口s0的配置模式 r1720 (config-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0 为串口s0配置IP地址和子网掩码 r1720 (config-if)#no shut 开启串口s0 r1720 (config-if)#exit 退出 r1720 (config)#int s1 进入串口s1的配置模式 r1720 (config-if)#ip address 192.168.13.1 255.255.255.0 为串口s1配置IP地址和子网掩码 r1720 (config-if)#clock rate 64000 r1720 (config-if)#no shut 开启串口s1 r1720 (config-if)#exit 退出 第3章 路由器设置与互连 r1720 (config)#int fa0 进入以太网口fa0的配置模式 r1720 (config-if)#ip address 192.168.3.1 255.255.255.0 为以太网口e0配置IP地址和子网掩码 r1720(config-if)#no shut 开启串口s0 r1720(config-if)#exit 退出 （2）在r2511上的配置 routeren router#conf t router(config)#hostname r2511 r2511 (config)#int s1 r2511 (config-if)#ip address 192.168.10.2 255.255.255.0 r2511 (config-if)#clock rate 64000 r2511 (config-if)#no shut r2511 (config-if)#exit r2511 (config-if)#int e0 r2511 (config-if)#ip addr 192.168.1.2 255.255.255.0 r2511 (config-if)#no shut r2511 (config-if)#exit 第3章 路由器设置与互连 （3）在r2621上的配置： routeren router#conf t router(config)#hostname r2621 r2621(config)#int s0/0 r2621(config-if)#ip address 192.168.13.2 255.255.255.0 r2621(config-if)#no shut r2621(config-if)#exit r2621(config-if)#int fa0/0 r2621(config-if)#ip addr 192.168.1.3 255.255.255.0 r2621(config-if)#no shut r2621(config-if)#exit 第3章 路由器设置与互连 2启用IGRP路由协议 （1）在路由器r2621配置 r2621en r2621#conf t r2621 (config)#