网络设备配置与管理(清大)07常见路由协议及其配置.ppt

第7章 常见路由协议及其配置,7.1 路由的基本概念,路由，指的是寻找将IP数据报从源主机传往目的主机的传输路径的过程。路由是对路由器核心工作的概述。路由是把信息从源穿过网络传递到目的的行为，在路上至少遇到一个中间节点。 路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路径，由路由选择算法来实现。转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。转发由相应的路由转发协议实现。,7.1.1 路由算法概述,1.距离向量算法 距离向量算法（Distance Vector，DV）也称为Bellman Ford算法，使用此算法的路由协议要求路由器将其路由表发送给与其相邻的路由器，相邻路由器在新收到的路由信息以及自身的路由表中找出最优路由，构成路由表的新表项，并用此表项刷新原路由表。 距离矢量路由算法的基本思想是：各节点周期性地向所有相邻节点发送路由刷新报文，报文由一组(V，D)有序数据对组成，其中V表示此节点可以到达的节点，D表示到达此节点的距离。收到路由刷新报文的节点重新计算和修改它的路由表。,2.链路状态算法 链路状态（Link State，LS）算法也被称为最短路径算法，该算法使用链路状态作为度量来选择路由。链路状态算法的基本步骤如下： 首先，每个节点必须找出它的所有邻近接点。当一个节点启动后，通过在每一条点到点的链路上发送一个特殊的Hello报文，并通过链路另一端的节点发送一个应答报文。 接着，链路状态路由选择算法要求每个节点都知道到它的每个邻近节点的时延，因此每个节点都必须测量出到所有邻近节点的时延，测量的方法是：在它们之间的链路上发送一个特殊的Echo响应报文，并要求对方收到后立即再将此响应报文发送回来，将测量得到的来回时间除以2，即可得到一个比较合理的时延估计值。,收集齐了用于交换的信息后，下一步就为每一个节点建立一个包含所有数据的报文。报文以发送者的标识符开始，随后建立顺序号以及其所有邻近节点的列表。对于每一个邻近节点，路由器给出到此节点的时延。 路由器一般每隔一段时间间隔周期性地建立列表，或当节点检测到发生了某些重要事件时建立列表。例如，一条链路或一个邻近节点崩溃或恢复时，建立列表。 然后是分发链路状态报文。基本的分发算法是使用顺序号的洪泛法（Flooding技术）。这种分发算法由于循环使用顺序号、某个节点曾经崩溃或某个顺序号曾经被误用等原因，可能会使不同的节点使用不同版本的拓扑结构，这将导致不稳定、循环、到达不了目的机器及其他问题。为了防止这类错误的发生，需要在每个报文中包含一个生存期域，此域每秒减1，当减到0时，丢弃此报文。 最后是计算新路由。一旦一个节点收集齐了所有来自于其他节点的链路状态报文，它就可以据此构造完整的网络拓扑结构图，然后使用Dijkstra算法在本地构造到所有可能目的地的最短通路。,3.路由算法的设计目标 （1）最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。 （2）简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。 （3）坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。由于路由器分布在网络联接点上，所以在它们出故障时会产生严重后果。最好的路由器算法通常能经受时间的考验，并在各种网络环境下被证实是可靠的。 （4）快速收敛：收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。路由更新信息遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。 （5）灵活性:路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。,4.路由算法的相关参数 （1）跳数（hop count）：分组从源节点到达目的节点经过的路由器的个数。 （2）带宽（bandwidth）：链路的传输速率。 （3）延时（delay）：分组从源节点到达目的节点花费的时间。 （4）负载（load）：通过路由器或线路的单位时间通信量。 （5）可靠性（reliability）：传输过程中的误码率。 （6）开销（overhead）：传输过程中的耗费，与所使用的链路带宽相关。,7.1.2 路由协议,1.被路由协议和路由选择协议 被路由协议以寻址方案为基础，为分组从一个主机发送到另一个主机提供充分的第三层地址信息的任何网络协议。被路由协议通过网络传输数据，通过路由器把数据从一个主机传输到另一个主机的的协议是被路由或可路由协议，用在路由器之间引导用户流量。 IP协议、Novell的网际分组交换（IPX ，Internet work Packet eXchange）和Apple Talk的数据报传送协议（DDP，Datagram Delivery Protocol）等协议都是被路由协议。,路由选择协议通过在网络设备之间提供路由选择信息共享机制，为被路由协议提供支持。路由选择信息在路由器之间传送。路由器使用路由选择协议来交换路由选择表和共享路由选择信息。 常见的路由选择协议包括路由信息协议（RIP）、内部网关路由协议（IGRP）、增强内部网关路由协议（EIGRP）以及开放式最短路径优先（OSPF）等。,2.IGP和EGP 内部网关协议运行在一个自治系统（AS,Autonomous System）中，外部网关协议是运行在各个自治系统之间的路由协议。内部网关协议可以分为距离向量路由协议（Distance Vector，DV）、链路状态路由协议（link state，LS）和混合路由协议。 距离向量路由协议主要有路由信息协议（RIP,Routing Information Protocol）、内部网关路由协议（IGRP，Interior Gateway Routing Protocol）、ISIS（Intermediate SystemtoIntermediate System）；链路状态路由协议主要有开放式最短路径优先协议（OSPF，Open Shortest Path First）。混合路由协议有增强的内部网关路由协议（EIGRP，Enhanced Interior Gateway Routing Protocol）等。 外部网关协议提供了为外部路由器通信广泛使用的标准。典型的外部网关协议是边界网关协议（BGP，Border Gateway Protocol）。一般的，一个路由器可以同时使用两种路由协议，一个用于到自治系统之外的通信，另一个用于自治系统内部的通信。,3.有类和无类路由协议 有类路由协议不支持可变长度的子网掩码，不能从邻居那里学到子网，所有关于子网的路由在被学到时都会自动变成子网的主类网。包括RIP v1、IGRP等。 无类（Classless）的路由协议支持可变长度的子网掩码，能够从邻居那里学到子网，所有关于子网的路由在被学到时都不用被变成子网的主类网，而以子网的形式直接进入路由表。目前的路由协议基本上都属于无类的路由协议，如OSPF、BGP等。,4.静态路由和动态路由 按照路由路径是否是可变的，可以将路由方式分为静态路由和动态路由两种。 静态路由是在路由器中设置的固定路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，因此一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。 动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程，它能实时地适应网络结构的变化。如果路由信息更新，则表明发生了网络变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这些信息通过网络引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表，以动态地反映网络拓扑的变化。动态路由适用于规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。,7.2 静态路由的配置,7.2.1 静态路由的配置 通过配置静态路由，用户可以人为地指定对某一网络访问时所要经过的路径,在网络结构比较简单，且一般到达某一网络所经过的路径唯一的情况下采用静态路由。建立静态路由的命令如下： ip route prefix mask address | interface distance tag tag permanent 相关参数说明如下： Prefix:所要到达的目的网络。 mask:子网掩码。 address:下一个跳的IP地址，即相邻路由器的端口地址。 interface:本地网络接口。 distance:管理距离（可选）。 tag tag:tag值（可选）。 permanent:指定路由的永久性，即使该端口关掉也不被移掉。 配置过程（略）,7.2.2 浮动静态路由,浮动静态路由是cisco的静态路由协议的扩展，它的主要是作备份链路用。实际上网络的路由选择中，通常选择管理距离AD值最小的那个，而静态路由的管理距离AD值为1，一般的动态路由的AD值都比静态路由的AD值大。这样，当网络中存在静态路由项目的时候，路由器则优先选择静态路由。 浮动静态路由的意思就是改变静态路由的AD值，一般的在一个网络中为了实现链路备份，通常设置浮动静态路由，当设置的动态路由失效后，则自动启动浮动静态路由，以保证网络的连通性。 配置过程（略）,7.3 RIP协议,7.3.1 RIP概述 RIP采用距离向量算法，RIP提供跳跃计数(hop count)作为尺度来衡量路由距离，跳跃计数是一个包到达目标所必须经过的路由器的数目。如果到相同目标有二个不等速或不同带宽的路由器，但跳跃计数相同，则RIP认为两个路由是等距离的。RIP最多支持的跳数为15个，即在源和目的网间所要经过的最多路由器的数目为15个，跳数16表示不可达。 RIP通过广播UDP报文来交换路由信息，每30秒发送一次路由信息更新。RIP协议基于跳数计算路由，它简单、可靠，便于配置，但是单纯的以跳数作为选路的依据不能充分描述路径特征，可能导致所选的路径不是最优，因此RIP协议只适用于中小型的网络中。,RIP的核心命令如下： （1）指定使用RIP协议 router rip （2）指定参与RIP路由的子网 network network (3)允许在非广播型网络中进行RIP路由广播 neighbor network （4）指定RIP版本 version 1|2,7.3.2 配置RIP,配置RIP（略）,7.4 OSPF协议,7.4.1 OSPF概述 OSPF(Open Shortest Path First)，即最短路径优先协议，它是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol, IGP)，用于在单一自治系统(autonomous system,AS)内决策路由。 1.OSPF相关概念 （1）Router ID 一台路由器如果要运行OSPF协议，必须存在Router ID。如果没有配置ID号，若系统当前配置了Loopback 接口IP 地址，则选择最后配置的Loopback接口的IP地址作为router id；若系统当前没有配置Loopback接口，则选取第一个配置并UP 的物理接口的IP地址作为router id。一般建议选择loopback接口的IP地址作为本机ID号，因为该接口永远是激活的，除非手工关闭。 （2）区域（Area） OSPF协议将自治系统划分成多个区域（Area）来解决网络规模问题。区域在逻辑上将路由器划分为不同的组。不同的区域以区域号（Area ID）标识，其中一个最重要的区域是区域0，也称为骨干区域（backbone area）。骨干区域完成非骨干区域之间的路由信息交换，它必须是连续的，对于物理上不连续的区域，需要配置虚连接（virtual links）来保持骨干区域在逻辑上的连续性。 （3）路由聚合 AS被划分成不同的区域，每一个区域通过OSPF边界路由器（ABR）相连，区域间可以通过路由汇聚来减少路由信息，减小路由表的规模，提高路由器的运算速度。ABR在计算出一个区域的区域内路由之后，查询路由表，将其中每一条OSPF 路由封装成一条LSA发送到区域之外。,2.OSPF路由器的类型 （1）内部路由器IAR 当一个OSPF路由器上所有直连的链路都处于同一个区域时，称这种路由器为内部路由器。内部路由器上仅仅运行其所属区域的OSPF运算法则。 （2）DR（Designated Router，指定路由器） 在广播网络或者多点访问网络中，为使每台路由器能将本地状态信息广播到整个自治系统中，在路由器之间要建立多个邻居关系，但这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递，浪费了宝贵的带宽资源。为解决这一问题，OSPF协议定义了DR，所有路由器都只将信息发送给DR，由DR 将网络链路状态广播出去，除DR/BDR 外的路由器（称为DR Other）之间将不再建立邻居关系，也不再交换任何路由信息。哪一台路由器会成为本网段内的DR 并不是人为指定的，而是由本网段中所有的路由器共同选举出来的。,（3）BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器） 如果DR由于某种故障而失效，这时必须重新选举DR，并与之同步。这需要较长的时间，在这段时间内，路由计算是不正确的。为了能够缩短这个过程，OSPF 提出了BDR的概念。BDR实际上是对DR的一个备份，在选举DR的同时也选举出BDR，BDR也和本网段内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后，BDR会立即成为DR，并重新选举BDR。 （4）区域边界路由器ABR 当一个路由器与多个区域相连时，称之为区域边界路由器。区域边界路由器运行与其相连的所有区域定义的OSPF运算法则，具有相连的每一个区域的网络结构数据，并且了解如何将该区域的链路状态信息广播至骨干区域，再由骨干区域转发至其余区域。 （5）AS边界路由器ASBR AS边界路由器是与AS外部的路由器互相交换路由信息的OSPF路由器。该路由器在AS内部广播其所得到的AS外部路由信息，这样AS内部的所有路由器都知道至AS边界路由器的路由信息。,3.OSPF的协议报文类型 （1）HELLO报文（Hello Packet） HELLO报文是最常用的一种报文，周期性的发送给本路由器的邻居。内容包括一些定时器的数值、DR、BDR 以及自己已知的邻居。 （2）DD报文（Database Description Packet，数据库描述报文） 两台路由器进行数据库同步时，用DD 报文来描述自己的LSDB，内容包括LSDB中每一条LSA 的摘要（摘要是指LSA 的HEAD，通过该HEAD 可以唯一标识一条LSA）。这样做是为了减少路由器之间传递信息的量，因为LSA 的HEAD 只占一条LSA 的整个数据量的一小部分，根据HEAD，对端路由器就可以判断出是否已有这条LSA。 （3）LSR报文（Link State Request Packet，链路状态请求报文） 两台路由器互相交换DD 报文之后，知道对端的路由器有哪些LSA 是本地的LSDB所缺少的，这时需要发送LSR 报文向对方请求所需的LSA。内容包括所需要的LSA的摘要。L （4）SU报文（Link State Update Packet，链路状态更新报文） SU报文用来向对端路由器发送所需要的LSA，内容是多条LSA（全部内容）的集合。 （5）LSAck报文（Link State Acknowledgment Packet，链路状态确认报文） LSAck报文用来对接收到的LSU 报文进行确认。内容是需要确认的LSA 的HEAD（一个报文可对多个LSA 进行确认）。,4.OSPF的邻居状态 （1）Down（非激活状态） 这是OSPF建立交互关系的初始化状态，表示在一定时间之内没有接收到从某一相邻路由器发送来的信息。在非广播性的网络环境内，OSPF路由器还可能对处于Down状态的路由器发送Hello数据包。 （2）Attempt（尝试激活状态） 该状态仅在例如帧中继、X.25或ATM环境中有效，表示在一定时间内没有接收到某一相邻路由器的信息。但是OSPF路由器仍必须通过以一个较低的频率向该相邻路由器发送Hello数据包来保持联系。 （3）Init（初始化状态） 在该状态时，OSPF路由器已经接收到相邻路由器发送来的Hello数据包，但自身的IP地址并没有出现在该Hello数据包内，也就是说，双方的双向通信还没有建立起来。 （4）2-Way（双通道状态） 这个状态可以说是建立交互方式真正的开始步骤。在这个状态，路由器看到自身已经处于相邻路由器的Hello数据包内，双向通信已经建立。指定路由器及备份指定路由器的选择正是在这个状态完成的。在这个状态，OSPF路由器还可以根据其中的一个路由器是否指定路由器或是根据链路是否点对点或虚拟链路来决定是否建立交互关系。,（5）Exstart（开始交互状态） 这个状态是建立交互状态的第一个步骤。在这个状态，路由器要决定用于数据交换的初始的数据库描述数据包的序列号，以保证路由器得到的永远是最新的链路状态信息。同时，在这个状态路由器还必须决定路由器之间的主备关系，处于主控地位的路由器会向处于备份地位的路由器请求链路状态信息。 （6）Exchange（交互状态） 在这个状态，路由器向相邻的OSPF路由器发送数据库描述数据包来交换链路状态信息，每一个数据包都有一个数据包序列号。在这个状态，路由器还有可能向相邻路由器发送链路状态请求数据包来请求其相应数据。 （7）Loading（装载状态） 在loading状态，OSPF路由器会就其发现的相邻路由器的新的链路状态数据及自身的已经过期的数据向相邻路由器提出请求，并等待相邻路由器的回答。 （8）Full（完全状态） 这是两个OSPF路由器建立交互关系的最后一个状态，在这时，建立起交互关系的路由器之间已经完成了数据库同步的工作，它们的链路状态数据库已经一致。,5.OSPF相关配置命令 （1）配置环回接口 interface loopback 0 ip address ip-address subnet mask （2）启用OSPF动态路由协议 router ospf process-id （3）定义参与OSPF的子网 network network-number wildcard-mask area area-id （4）OSPF区域间的路由信息总结，命令为： area area-id range Wild-mask,（5）指明网络类型 指明网络类型的命令为： ip ospf network broadcast | non-broadcast | point-tomutlipoint （6）指定相邻路由器 对于非广播型的网络连接，需指明相邻路由器，其命令为： neighbor ip-address ip-address指的是相邻路由器的相邻端口的IP地址。 （7）安全设置 OSP具备身份验证功能，通过两种方法可启用身份验证功能，纯文本身份验证和消息摘要(MD5)身份验证。纯文本身份验证传送的身份验证口令为纯文本，安全性差。消息摘要(MD5)身份验证在传输身份验证口令前，要对口令进行加密，安全性高。 注意：默认情况下OSPF不使用区域验证。使用身份验证时，区域内所有的路由器接口必须使用相同的身份验证方法。 指定身份验证： area area-id authentication message-digest 注意：message-digest表示采用MD5方式。 设置纯文本验证口令 ip ospf authentication-key password 设置MD5验证口令 ip ospf message-digest-key key-number MD5 password,（8）相关查看命令 show ip protocols /查看已配置并运行的路由协议。 show ip route /查看路由表。 show ip ospf /查看OSPF的配置。 show ip ospf database /查看OSPF链路状态数据库。 show ip ospf interface 接口 /查看OSPF接口数据结构。 show ip ospf neighbor /查看路由器的所有邻居。 debug ip ospf adj /查看OSPF路由器之间建立邻居关系的过程。 debug ip ospf events /查看OSPF事件。 debug ip ospf packet /查看lsa包的内容。,7.4.2 OSPF的基本配置,1.OSPF相关的基本配置（略） 2.OSPF身份验证的配置（略）,7.5 IGRP协议,7.5.1 IGRP概述 IGRP(Interior Gateway Routing Protocol)是Cisco开发的一种动态距离向量路由协议，IGRP的默认最大跳数为100，IGRP使用一组metric的组合，网络延迟、带宽、可靠性和负载进行路由选择。IGRP通过IP层进行IGRP信息交换,协议号为9。 IGRP通过周期性（90S）组播整个路由表来与邻居路由器交换路由信息。每个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。缺省情况下，IGRP每90秒发送一次路由更新广播，在3个更新周期内(即270秒)，没有从路由中的第一个路由器接收到更新，则宣布路由不可访问。在7个更新周期即630秒后，Cisco IOS 软件从路由表中清除路由。,1.IGRP基本配置命令 （1）启动IGRP路由协议 Router igrp as-id (2)本路由器参加动态路由的子网 Network Network 注意：IGRP只是将由network指定的子网在各端口中进行传送以交换路由信息，如果不指定子网，则路由器不会将该子网广播给其它路由器。 （3）指定某路由器所知的IGRP路由信息广播给那些与其相邻接的路由器 neighbor ip address 注意:IGRP是一个广播型协议，为了使IGRP路由信息能在非广播型网络中传输，必须使用该设置，以允许路由器间在非广播型网络中交换路由信息，广播型网络无须设置此项。,2.负载平衡设置命令 IGRP可以在两个进行IP通信的设备间同时启用四条线路，且任何一条路径断掉都不会影响其它路径的传输。当两条路径或多条路径的metric相同或在一定的范围内，就可以启动平衡功能。 （1）设置是否使用负载平衡功能 traffic-share balanced|min balanced表示启用负载平衡，min表示不启用负载平衡,只选择最优路径。 （2）设置路径间的metric相差多大时，可以在路径间启用负载平衡 variance metric 差值 缺省值为1，表示只有两条路径metric相同时才能在两条路径上启用负载平衡。,3.核实配置命令 （1）查看当前路由表 show ip route （2）查看路由更新摘要信息 debug ip igrp events （3）查看实际的IGRP路由更新信息 debug ip igrp transactions,7.5.2 IGRP基本配置,IGRP基本配置（略）,7.6 EIGRP协议,EIGRP（Enhanced Interior Gateway Routing Protocol），即加强型内部网关路由协议。它是Cisco开发的距离矢量路由协议,它综合了距离矢量和链路状态两种路由算法，支持IP、IPX等多种网络层协议。 EIGRP采用了扩散更新算法（Diffusing Update Algorithm，DUAL），DUAL算法收敛速度快，且可保证网络100无环路。EIGRP采用触发更新，支持VLSM和不连续的子网，可实现非等开销路径的负载平衡。EIGRP和IGRP可在同一自治系统内交换路由信息。EIGRP适用于中大型网络使用。,7.6.1 EIGRP概述,1.EIGRP的工作原理 （1)建立相邻关系 （2)发现网络拓扑,选择最短路由 （3)路由查询更新 2.EIGRP的数据包类型 （1）HELLO （2）更新（update） （3）查询（query） （4）答复（reply） （5）确认（ACK）,3.EIGRP基本的配置命令 (1)启动EIGRP路由进程 router eigrp autonomous-system 注意：自治系统（autonomous-system，AS）是一个把有相同路由选择域的EIGRP路由器关联起来的一个号码。以相同AS号运行EIGRP的路由器能交换路由。 (2)把网络和EIGRP AS关联起来 network network-number 注意：如果正在从IGRP过渡，那么需在过渡路由器上既要运行IGRP也要运行EIGRP。在IGRP和EIGRP中的AS或者进程号必须相同，从而自动地重新分发路由。一旦重新分发完成，就能关闭IGRP。,(3)监视EIGRP 从邻居表中删除相邻路由。 clear ip eigrp neighbors ip-address | interface 显示EIGRP端口的信息。 show ip eigrp interface interface AS-number 显示EIGRP发现的邻居。 show ip eigrp neighbors type-number 显示EIGRP拓扑表。 show ip eigrp topology autonomous-system-number | ip-address mask 显示数据包发送和接收的数量。 show ip eigrp traffic autonomous-system-number,7.6.2 EIGRP的基本配置 （略）,7.7 BGP路由协议,边界网关协议BGP是一个增强的距离向量协议，BGP用于多个自治域之间，它的主要功能是与其他自治域的BGP交换网络可达信息，各个自治域可以运行不同的内部网关协议。 BGP使用TCP作为其传输层协议，使用TCP的179号端口。BGP仅在首次连接时交换整个路由表，它具有丰富的路由过滤和路由策略，允许使用基于策略来选择路由。BGP不接收包含其自身自治系统号的路由更新，不会形成路由环路。BGP经历了4个版本，目前使用的是第4版，简称BGP-4，其主要文档是RFC1771，相关的文档还有RFC1772-1774，1863，1930，1965，2439等。,7.7.1 BGP协议概述,1.BGP的3个功能过程 邻居获取：两个不同自治系统的网关，定期交换路由信息时的协商过程。 邻居可达性：确定邻居关系后，双方周期性的交换Keep alive报文。 网络可达性：发布更新路由信息的广播，使所有BGP网关可以建立和维护路由信息。 2.BGP工作过程 在BGP刚开始运行时，BGP边界路由器与相邻的边界路由器交换整个的BGP路由表，在以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。当两个边界路由器属于两个不同的自治系统，边界路由器之间定期地交换路由信息，维持的相邻关系。当某个路由器或链路出现故障时，BGP发言人可以从不止一个相邻边界路由器获得路由信息。,3.BGP报文类型 BGP路由选择协议在执行过程中使用了打开（Open）、更新（Update）、保活（Keepalive）与通知（Notification）等4种报文。 （1）Open报文 用于建立与另一个网关的邻居关系。 （2）Update报文 用于传输关于一个路由的信息以及理出取消了的多条路由。 （3）Keepalive报文 用于确认Open消息以及定期确认邻居关系。 （4）Notification报文 当检测到错误时，发送通知消息。,4.BGP