网络知识-5路由器原理及路由协议.ppt

五 路由器原理及路由协议 路由器基本功能 作用 一 路由器的一个基本功能是连接多个独立的网络或子网 LAN1 LAN2 LAN3 路由器基本功能 作用 二 路由器的另一个基本功把数据 IP报文 传送到正确的网络 细分则包括 IP数据报的转发 包括数据报的寻径和传送 子网隔离 抑制广播风暴 维护路由表 并与其它路由器交换路由信息 这是IP报文转发的基础 IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制 实现对IP数据报表的过滤 路由器基本功能 作用 三 对于不同规模网络 路由器作用的侧重点有所不同 主干网 地区网 地区网 园区网 园区网 主干网 路由选择 主干网上的路由器必须知道到达所有下层网络的路径 这需要维护庞大的路由表 并对连接状态变化作出尽可能迅速的反应 树型体系的互联 路由器基本功能 作用 四 地区网 路由器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 园区网 同时负责下层网络之间的数据转发 园区网 路由器主要作用是分隔子网 各个子网在逻辑上独立 而路由器是唯一能够分隔它们的设备 它负责子网之间报文转发和广播隔离 同时在边界上的路由器与上层网络连接 IP子网 IP子网 同一个网络中的主机IP地址 其网络号必须是相同的 为同一个IP子网主机通信只能在具有相同网络号的IP地址之间进行 要与其它IP子网的主机进行通信 则必须经过同一网络上的某个路由器或网关 gateway 出去 不同网络号的IP地址不能直接通信 即使它们接在一起 也不能通信 路由器有多个端口 用于连接多个IP子网 每个端口的IP地址的网络号要求与所连接的IP子网的网络号相同 不同的端口为不同的网络号 对应不同的IP子网 这样才能使各子网中的主机通过自己子网的IP地址把要求出去的IP分组送到路由器上 路由器互连网络 172 16 1 0 172 16 2 0 172 16 3 0 172 16 4 0 172 16 3 1 172 16 3 2 172 16 3 3 172 16 1 1 172 16 1 2 172 16 1 3 172 16 2 1 172 16 2 2 172 16 2 3 路由原理 一 当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时 它将直接把IP分组送到网络上 对方就能收到 而要送给不同IP于网上的主机时 它要选择一个能到达目的子网上的路由器 把IP分组送给该路由器 由路由器负责把IP分组送到目的地 如果没有找到这样的路由器 主机就把IP分组送给一个称为 缺省网关 defaultgateway 的路由器上 缺省网关 是每台主机上的一个配置参数 它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址 路由原理 二 路由器转发IP分组时 只根据IP分组目的IP地址的网络号部分 选择合适的端口 把IP分组送出去 同主机一样 路由器也要判定端口所接的是否是目的子网 如果是 就直接把分组通过端口送到网络上 否则 也要选择下一个路由器来传送分组 这样一级级地传送 IP分组最终将送到目的地 送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了 路由器的基本功能 寻径转发 寻径 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 为了判定最佳路径 路由选择算法必须启动并维护包含路由信息的路由表 其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同 路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中 根据路由表可将目的网络与下一站 nexthop 的关系告诉路由器 路由选择协议 路由器间互通信息进行路由更新 更新维护路由表使之正确反映网络的拓扑变化 并由路由器根据量度来决定最佳路径 这就是路由选择协议 routingprotocol 包括 路由信息协议 RIP 开放式最短路径优先协议 OSPF 和边界网关协议 BGP 等 转发 转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组 路由器首先在路由表中查找 判明是否知道如何将分组发送到下一个站点 路由器或主机 如果路由器不知道如何发送分组 通常将该分组丢弃 否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点如果目的网络直接与路由器相连 路由器就把分组直接送到相应的端口上 以上为路由转发协议 routedprotocol 路由转发协议和路由选择协议 路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立的概念前者使用后者维护的路由表 同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组 路由选择协议 简称路由协议 典型的路由选择方式有两种 静态路由动态路由缺省路由路由器查找路由的顺序为静态路由 动态路由 如果以上路由表中都没有合适的路由 则通过缺省路由将数据包传输出去 静态路由 静态路由是在路由器中设置的固定的路由表 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 一般用于网络规模不大 拓扑结构固定的网络中 静态路由的优点是简单 高效 可靠 在所有的路由中 静态路由优先级最高 当动态路由与静态路由发生冲突时 以静态路由为准 静态路由配置 在全局设置模式下iproute目地子网地址子网掩码相邻路由器相邻端口地址或者本地物理端口号 StaticRouteExample StubNetwork iproute172 16 1 0255 255 255 0172 16 2 1 172 16 2 1 SO 172 16 1 0 B 172 16 2 2 Network A B 10 0 0 0 Iproute172 16 1 0255 255 255 0s0 缺省路由 没有目的地的路由 则将包送到缺省路由上 在全局设置模式下iproute0 0 00 0 0 0 0相邻路由器的相邻端口地址或本地物理端口号 DefaultRoutesExample StubNetwork iproute0 0 0 00 0 0 0172 16 2 2 172 16 2 1 SO 172 16 1 0 B 172 16 2 2 Network A B 10 0 0 0 动态路由 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 如果路由更新信息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 这些信息通过各个网络 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变化 动态路由适用于网络规模大 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 动态路由 简述 使用一些通用协议交换路由信息 路由信息在网络结构变化时周期地更新 路由器之间的路由信息交换是基于路由协议实现的 交换路由信息的最终目的在于通过路由表找到一条数据交换的 最佳 路径 路由算法 每一种路由算法都有其衡量 最佳 的一套原则 大多数算法使用一个量化的参数来衡量路径的优劣 参数可以通过路径的某一特性进行计算 也可以在综合多个特性的基础上进行计算 路由算法参考参数 路径所包含的路由器结点数 hopcount 网络传输费用 cost 带宽 bandwidth 延迟 delay 负载 load 可靠性 reliability 最大传输单元MTU maximumtransmissionunit 路由算法 主要应用的路由算法有 距离向量算法链路状态算法混合算法 结合上两种算法 距离向量算法 distancevectoralgorithm 距离向量算法 即路由器根据距离选择路由 相邻路由器之间周期性地相互交换各自的路由表备份 当网络拓扑结构发生变化时 路由器之间也将及时地相互通知有关变更信息 DistanceVector Passperiodiccopiesofroutingtabletoneighborroutersandaccumulatedistancevectors C D B A C B A D RoutingTable RoutingTable RoutingTable RoutingTable Distance HowfarVector Inwhichdirection 上图中 每一个路由器从与之直接相邻的路由器那儿获得对方的路由表 例如 路由器B从路由器A和C那里获得路由信息后 根据其所得到的信息对自己的路由表进行加工 然后将加工后的路由表再传送给路由器A和C 路由器通过这种方法不断地积累路由信息 直到最终收敛为止 LearningRoutes Routersdiscoverthebestpathtodestinationsfromeachneighbor A B C 10 1 0 0 10 2 0 0 10 3 0 0 10 4 0 0 E0 S0 S0 S1 S0 E0 RoutingTable 10 1 0 0 E0 S0 S0 S0 1 2 10 4 0 0 10 3 0 0 10 2 0 0 0 0 RoutingTable 10 2 0 0 S0 S1 S1 S0 1 1 10 1 0 0 10 4 0 0 10 3 0 0 0 0 RoutingTable 10 3 0 0 S0 E0 S0 S0 1 2 10 1 0 0 10 2 0 0 10 4 0 0 0 0 距离向量算法 总结 距离向量算法要求每一个路由器把它的整个路由表发送给与它直接连接的其他路由器 路由表中的每一条记录都包括目标逻辑地址 相应的网络接口和该条路由的向量距离 当一个路由器从它的邻居那儿收到更新信息时 它将更新信息与本身的路由表相比较 如果它能从邻居那儿找到一条它以前不曾知道的新的路由或是找到一条比当前路由更好的路由时 路由器会对路由表进行更新 将从该路由器到邻居之间的向量距离与更新信息中的向量距离相加作为新路由的向量距离 收敛 所谓收敛 是指直接或间接交换路由信息的一组路由器在网络的拓扑结构方面或者说在网络的路由信息方面达成一致 路由协议必须通过某种算法使各路由器尽快达到收敛状态 链路状态算法 Link StateRouting 链路状态算法 有时也称为最短路径优先算法 SPF ShortestPathFirst 链路状态路由算法的基本思想是 网络中各个节点不必交换通往目的站点的距离 而是维护一张网络拓扑图 在网络拓扑结构发生变化时及时更新拓扑图就行 使用链路状态算法的路由协议有NLSP OSPF和IS IS 链路状态算法的基本工作过程 1 发现它的邻居节点 并知道其网络地址 2 测量到它各邻居节点的延迟或开销 3 组装一个分组以告之它刚知道的所有信息 4 将这个分组发送给所有其他路由器 5 使用Dijkstra算法 又称SPF算法 计算到每个其他路由器的最短路径 路由协议分类 在一个AS内的路由协议称为内部网关协议 interiorgatewayprotocol AS之间的路由协议称为外部网关协议 exteriorgatewayprotocol AS 路由域 Internet是以一组自治系统AS AutonomousSystem 的方式组织的 AS 是指一组通过统一的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络每个自治系统可以选择该自治系统中各个路由器之间的选路协议 这种协议我们称之为内部网关协议IGP InteriorGatewayProtocol 外部网关协议EGP ExterierGatewayProtocol 或域内选路协议的分隔选路协议用于不同自治系统之间的路由器 RIP RIP是路由信息协议 RoutingInformationProtocol 的缩写 采用距离向量算法 是当今应用最为广泛的内部网关协议 在默认情况下 RIP使用一种非常简单的度量制度 距离 就是通往目的站点所需经过的链路数 取值为1 15 RIP进程使用UDP的520端口来发送和接收RIP分组 RIP分组每隔30s以广播的形式发送一次 RIP的缺陷 RIP并没有任何链接质量的概念 所有的链路都被认为是相同的 低速的串行链路被认为与高速的光纤链路是同样的 RIP以最小的跳数来选择路由 如在下面两个路由中选择100Mbps的光纤链路 路由器 然后是10Mbps的以太网9600bps的串行链路RIP将选择后者 RIP缺陷 RIP没有子网地址的概念 例如 如果标准的B类地址中16bit的主机号不为0 那么RIP无法区分非零部分是一个子网号 或者是一个主机地址 在路由器或链路发生故障后 需要很长的一段时间才能稳定下来 这段时间通常需要几分钟采用跳数作为路由度量忽略了其它一些应该考虑的因素 同时 度量最大值为15则限制了可以使用RIP的网络的大小 RIP的改进 RIP2 RIP 1被提出较早 其中有许多缺陷 为了改善RIP 1的不足 在RFC1388中提出了改进的RIP 2 并在RFC1723和RFC2453中进行了修订 RIP 2定义了一套有效的改进方案 新的RIP2支持子网掩码 支持CIDR 支持组播 并提供了验证机制 开发式最短路径优先协议 OpenShortestPathFirst OSPF 是一种为IP网开发的内部网关路由选择协议作为一种链路状态的路由协议 OSPF将链路状态广播数据包LSA LinkStateAdvertisement 传送给在某一区域内的所有路由器 这一点与距离矢量路由协议不同 运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器 OSPF工作过程 使用OSPF协议的路