第章路由设计基础PPT课件.ppt

第一单元网络规划和设计 第四章路由设计基础主讲 叶宇光学习交流QQ群号 119305741 1 43 2 43 第4章路由设计基础 3 43 4 1基础知识 4 1 1分组转发的基本概念4 1 2路由选择的基本概念 4 43 考点一 分组转发的概念 1 分组转发的概念分组转发 Forwarding 是指在互联网中路由器转发IP分组的物理传输过程与数据报转发机制 在网络中 一台主机通常是与一台路由器相连接 这台路由器就是该主机的默认路由器 DefaultRouter 又称为第一跳路由器 First hopRouter 或默认路由 下面介绍两个常用概念 源路由器 发送主机的默认路由器 目的路由器 该分组的目的主机所连接的路由器 5 43 考点一 分组转发的概念 2 分组转发的类型分组转发分为直接转发和间接转发两种 是直接转发还是间接转发 路由器需要根据分组的目的IP地址与源IP地址是否属于同一个网络来判断 当分组的源主机和目的主机在同一个网络 或者是当目的路由器向目的主机传送时 分组将直接转发 如果目的主机与源主机不在同一个网络上 分组就要间接转发 图4 1分组转发的过程 6 43 考点二 路由选择 1 路由选择算法的主要参数 跳数 HopCount 跳数是指一个分组从源节点到达目的节点经过的路由器的个数 一般来说 跳数越少的路径越好 带宽 Bandwidth 带宽指链路的传输速率 一般表示为Mb s 延时 Delay 延时是指一个分组从源节点到达目的节点所花费的时间 负载 Load 负载是指单位时间内通过路由器或线路的通信量 可靠性 Reliability 可靠性是指传输过程中的误码率 误码率是数据传输精确性的指标 误码率 传输中的误码 所传输的总码数 100 当然误码率越小 说明其可靠性越高 开销 Overhead 开销一般是指传输过程中的耗费 耗费通常与所使用的链路带宽相关 7 43 考点二 路由选择 2 评价路由选择的依据 理想路由选择算法应具有的特点 算法必须是正确 稳定和公平的 算法应该尽量简单 算法必须能够适应网络拓扑和通信量的变化 算法应该是最佳的 8 43 考点三 路由器选择算法分类 1 静态路由表静态路由表是由人工方式建立的 网络管理人员将每一个目的地址的路径输入到路由表中 网络结构发生变化时 路由表无法自动地更新 2 动态路由表动态路由表是自动建立的 在网络系统运行时 系统将自动运行动态路由选择协议 建立路由表 当Internet结构变化时 例如当某个路由器出现故障或某条链路中断时 动态路由选择协议就会自动更新所有路由器中的路由表 9 43 考点四 路由汇聚的基本概念 最长前缀匹配 在使用CIDR的网络前缀法中 IP地址由网络前缀和主机号两部分组成 相应地 路由表的项目有 网络前缀 和 下一跳地址 组成 网络前缀越长 则IP地址块包含的主机地址数就越少 路由选择就变成了从匹配结果中查找具有最长网络前缀的路由的过程 这就是 最长前缀匹配 longest prefixmatching 选择 课本P81图4 2CIDR的路由汇聚示意图课本P81表4 1路由器RG的路由表 10 43 考点四 路由汇聚的基本概念 路由汇聚的含义是把一组路由汇聚为一个单个的路由广播 路由汇聚的最终结果和最明显的好处是缩小网络上的路由表的尺寸 这样将减少与每一个路由有关的延迟 由于减少了路由登录项数量 查询路由表的平均时间将加快 由于路由登录项广播的数量减少 路由协议的开销也将显著减少 随着整个网络 以及子网的数量 的扩大 路由汇聚将变得越来越重要 课本P82表4 2汇聚之后的路由器RG路由表 11 43 考点四 路由汇聚的基本概念 IP分组的路由在使用CIDR协议后 就通过子网的划分的相反过程来汇聚 路由表的项目由 网络前缀 和 下一跳地址 两项内容组成 因此 选择路由应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由 图4 2即为CIDR的路由汇聚图 图中 核心路由器通过两条专线S1与S2与两台汇聚路由器连接 两台汇聚路由器又分别通过Ethernet各连接了4台接入路由器 得到了8个子网 12 43 图4 2CIDR的路由汇聚图 13 43 表4 1核心路由器的路由表 表4 2汇聚后的核心路由的路由表 14 43 考点五 自治系统 自治系统 AutonomousSystem AS 是指使用同一公共路由选择策略的网络集合 Internet采用分层的路由选择协议 并且将整个Internet划分为许多较小的自治系统 一个自治系统最重要的特点是它有权决定在本系统内应采用何种路由选择协议 自治系统将Internet的路由分成两层 第一层 域内路由选择 interdomainrouting 自治系统内部的路由选择第二层 域间路由选择 intradomainrouting 自治系统之间的路由选择 15 43 考点六 Internet路由选择协议的分类 Internet将路由选择协议分为两大类 内部网关协议 InteriorGatewayProtocol IGP 自治系统内部使用的路由选择协议 主要有路由信息协议 RoutingInformationProtocol RIP 和开放最短路径优先 OpenShortestPathFirst OSPF 协议 外部网关协议 ExternalGatewayProtocol EGP 自治系统之间使用的路由选择协议 主要是边界网关协议 BorderGatewayProtocol BGP 16 43 图4 3自治系统 内部网关协议与外部网关协议的关系 17 43 考点七 路由信息协议 RIP RIP RoutingInformationProtocol 是应用较早 使用较普遍的内部网关协议 IGP 适用于小型同类网络 是典型的距离矢量 distance vector 路由选择协议 参考文档可以见RFC1058 RIPv1 RFC1723 RIPv2 RIP只适用于小系统中 当系统变大后受到无限计算问题的困扰 且往往收敛得很慢 18 43 考点七 路由信息协议 RIP 1 工作原理路由信息协议RIP是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议 RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议 RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录 19 43 距离 的定义 从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1 从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1 RIP协议中的 距离 也称为 跳数 hopcount 因为每经过一个路由器 跳数就加1 这里的 距离 实际上指的是 最短距离 20 43 距离 的定义 RIP认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少 即 距离短 RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器 距离 的最大值为16时即相当于不可达 可见RIP只适用于小型互联网 RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由 RIP选择一个具有最少路由器的路由 即最短路由 哪怕还存在另一条高速 低时延 但路由器较多的路由 21 43 RIP协议的三个要点 仅和相邻路由器交换信息 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息 即自己的路由表 按固定的时间间隔交换路由信息 例如 每隔30秒 22 43 考点七 路由信息协议 RIP RIP中设计了以下几个定时器 更新定时器 间隔为30s 用于邻居之间定时更新路由表 无效定时器 间隔为180s 用于探测线路故障 如在该时间内不能收到相邻路由器的更新报文 则认为到对方的路由无效 并进入保持状态 保持定时器 间隔为180s 为进入保持状态的路由定时 刷新定时器 间隔为240s 如果某路由无效并在该间隔内仍未恢复 则该路由项将被从路由表中删除 RIPV2中还增加了以下功能 为每条路径增加了子网掩码信息 以扩大网络规模 增加了认证信息 防止未授权的实体向网络发无效或不正确的路由信息 在每条路径中增加了下一跳的地址 以指定某个路由器作为到某目的地的下一站 使用多路传输方式代替了广播方式 减轻了系统负载 23 43 考点七 路由信息协议 RIP RIP的思想很简单 即路由器周期性地向外广播路径刷新报文 报文主要内容是由若干 V D 序偶组成的序偶表 V D 序偶中的V代表 矢量 标识该路由器可到达的信宿 网关或主机 D代表距离 指出该路由器去往信宿V的距离 距离D表示该路由器到达信宿的跳数 其他路由器在收到某路由器的 V D 报文后 据此按照最短路径原则对各自的路由表进行刷新 24 43 路由表的建立 路由器在刚刚开始工作时 只知道到直接连接的网络的距离 此距离定义为1 以后 每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息 经过若干次更新后 所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址 RIP协议的收敛 convergence 过程较快 即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程 25 43 2 距离向量算法 收到相邻路由器 其地址为X 的一个RIP报文 1 先修改此RIP报文中的所有项目 把 下一跳 字段中的地址都改为X 并把所有的 距离 字段的值加1 2 对修改后的RIP报文中的每一个项目 重复以下步骤 若项目中的目的网络不在路由表中 则把该项目加到路由表中 否则若下一跳字段给出的路由器地址是同样的 则把收到的项目替换原路由表中的项目 否则若收到项目中的距离小于路由表中的距离 则进行更新 否则 什么也不做 3 若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表 则把此相邻路由器记为不可达路由器 即将距离置为16 距离为16表示不可达 4 返回 26 43 路由器之间交换信息 RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息 并不断更新其路由表 使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的 即跳数最少 虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息 但由于每一个路由器的位置不同 它们的路由表当然也应当是不同的 27 43 RIP协议的优缺点 RIP存在的一个问题是当网络出现故障时 要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器 RIP协议最大的优点就是实现简单 开销较小 RIP限制了网络的规模 它能使用的最大距离为15 16表示不可达 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表 因而随着网络规模的扩大 开销也就增加 28 43 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1说 我到网1的距离是1 是直接交付 1 表示 从本路由器到网1 1 表示 距离是1 表示 直接交付 29 43 R2 R1 正常情况 11 12R1 R2说 我到网1的距离是2 是经过R1 1 表示 从本路由器到网1 2 表示 距离是2 R1 表示经过R1 30 43 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1说 我到网1的距离是16 表示无法到达 是直接交付 但R2在收到R1的更新报文之前 还发送原来的报文 因为这时R2并不知道R1出了故障 31 43 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1收到R2的更新报文后 误认为可经过R2到达网1 于是更新自己的路由表 说 我到网1的距离是3 下一跳经过R2 然后将此更新信息发送给R2 32 43 R2 R1 正常情况 11 12R1 R2以后又更新自己的路由表为 1 4 R1 表明 我到网1距离是4 下一跳经过R1 33 43 R2 R1 R2 R1 网1出了故障 正常情况 11 116 15R2 12R1 12R1 这样不断更新下去 直到R1和R2到网1的距离都增大到16时 R1和R2才知道网1是不可达的 这就是好消息传播得快 而坏消息传播得慢 网络出故障的传播时间往往需要较长的时间 例如数分钟 这是RIP的一个主要缺点 34 43 考点八 开放最短路径优先协议 OSPF OSPF协议的基本特点 开放 表明OSPF协议不是受某一家厂商控制 而是公开发表的 最短路径优先 是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF OSPF只是一个协议的名字 它并不表示其他的路由选择协议不是 最短路径优先 是分布式的链路状态协议 35 43 考点八 最短路径优先协议 OSPF 一 和RIP比较 OSPF协议具有一下主要特点 1 使用分布式链路状态协议 2 路由器发送的是本路由器与哪些路由器相邻 以及链路状态 距离 时延 带宽 信息 3 当链路状态发生变化时用洪泛法 flooding 向所有路由器发送此信息 4 所有路由器最终都能建立一个链路状态数据库 该数据库即全网的拓扑结构图 5 将一个自治系统再划分为若干个更小的区域 一个区域内的路由器数不超过200个 36 43 考点八 最短路径优先协议 OSPF 二 自治系统内的区域划分1 采用层次结构的区域划分 将一个自治系统内部划分为若干区域与主干区域 backbonearea 2 主干路由器 backbonerouter 主干区域内的路由器 3 区域边界路由器 areaborderrouter 连接各个区域的路由器 接收其他区域来的信息 4 自治系统边界路由器 主干区域内专门用来和该自治系统之外的其他自治系统交换路由信息的路由器 37 43 考点八 最短路径优先协议 OSPF 三 OSPF协议执行过程1 路由器的初始化过程 每个路由器用数据库描述分组和与相邻路由器交换本数据库中已有的链路状态摘要信息 路由器使用链路状态请求分组 向对方请求发送自己所缺少的某些链路状态项目的详细信息 通过一系列的分组交换 建立全网同步的链路数据库 2 网络运行过程 路由器的链路状态发生变化 该路由器就要使用链路状态更新分组 用洪泛法向全网更新链路状态 每个路由器计算出以本路由器为根的最短路径树 根据最短路径树更新路由表 38 43 考点九 外部网关协议 BGP 1 外部网关协议设计的基本思想BGP 4采用了路由