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路由基础知识2 2020 3 18 1 2 1 1路由基本概念 1 1 1路由与路由器1 路由所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动 一般来说 在路由过程中 信息至少会经过一个或多个中间节点 是指寻找一条将数据报从源主机传往目的主机的传输路径的过程 2020 3 18 3 RouterA RouterB 2020 3 18 4 路由技术的构成通常所说的路由技术其实是由两项最基本的活动组成 即决定最优路径和传输信息单元 也被称为数据包 其中 数据包的传输和交换相对较为简单和直接 而路由的确定则更加复杂一些 2020 3 18 5 2 路由器路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备 它能将不同网络或网段之间的数据信息进行 翻译 以使它们能够相互 读 懂对方的数据 从而构成一个更大的网络 2020 3 18 6 简单网络扩展后出现的问题 1 带宽资源耗尽 2 每台计算机都浪费许多时间处理无关的广播数据 3 网络变得无法管理 任何错误都可能导致整个网络瘫痪 4 每台计算机都可以监听到其他计算机的通信 2020 3 18 7 1 1 2使用路由器的原因1 集成 2020 3 18 8 2 隔离 2020 3 18 9 3 隔绝 广播风暴 路由器连接两个子网 形成两个逻辑网段 可以杜绝 广播风暴 防止多个网络受某个网络的影响太大 4 提供 防火墙 技术增强安全性 2020 3 18 10 路由器的两大功能 路由器有两大典型功能 即数据通道功能和控制功能 数据通道功能包括转发决定 背板转发及输出链路调度等 一般由特定的硬件来完成 控制功能一般用软件来实现 包括与相邻路由器之间的信息交换 系统配置 系统管理等 2020 3 18 11 路由器的优点 适用于大规模的网络 复杂的网络拓扑结构 负载共享和最优路径 能更好地处理多媒体 安全性高 隔离不需要的通信量 节省局域网的频宽 减少主机负担 2020 3 18 12 路由器的缺点 它不支持非路由协议 安装复杂 价格高 2020 3 18 13 1 1 4路由技术1 路由选择 静态路由网络管理员必须人工建立路由表 该表必须是一个包含通向所有网络的所有可能的路径的数据库 动态路由路由表能够通过一种特殊的的封包自动维护自己的路径 并能随着网络环境的改变而改变 2020 3 18 14 2 路由器的工作流程路由器仅接受源站点或另外的路由器发出的附有自己地址的信息 封包的目的网络地址被保存在路由表中 路由器据此判断哪一条路径是最佳路径 2020 3 18 15 3 路由发现方法 1 距离矢量法 distancevector 路由器每隔一定时间向网络发出整张路由表 此方法占用带宽大 多用于小型网络 2 状态连接法 linkstate 路由器向网络发出变化的路由表 此方法占用带宽小 有效的支持大型的互联网络 2020 3 18 16 4 路由协议分类 1 内部网关协议 IGP 域内路由协议用于自治系统内部 包括核心系统 2 外部网关协议 EGP 域间路由协议用于自治系统之间 主要是自治系统与核心系统之间 2020 3 18 17 5 几种常用的路由协议 1 域内路由协议 RIP OSPF IS IS 2 域间路由协议 BGP4 2020 3 18 18 路由与桥接网桥只能连接数据链路层相同 或类似 的网络 路由器则不同 它可以连接任意两种网络 只要主机使用的是相同的网络层协议 2020 3 18 19 1 2静态路由与动态路由 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 2020 3 18 20 静态路由表 2020 3 18 21 路由表中路由的来源1 链路层协议发现的路由 Direct 开销小 配置简单 无需人工维护 只能发现本接口所属网端的路由 2 手工配置静态路由 Static 无开销 配置简单 需人工维护 适用于规模较小的网络 3 动态路由协议发现的路由 RIP OSPF 开销大 配置复杂 无需人工维护 适用于结构复杂的网络 2020 3 18 22 路由优先级从优先级最高的协议获得的路由被优先选择加入路由表中 2020 3 18 23 路由的花费路由的花费表示出了到达这条路由所指目的地址的代价 通常以下列因素考虑路由的花费 线路延迟 带宽 线路占有率 线路可信度 跳数 最大传输单元等 静态路由和直接路由的花费值为0 不同的动态路由协议会选择以上的一种或几种因素来计算路由花费值 该花费值只有在同一种路由协议内具有比较意义 不同的路由协议之间的花费值没有可比性 也没有换算关系 2020 3 18 24 IP报文的传送IP报文是面向连接的不可靠传输 所有的路由表中只包含目的的IP地址和下一跳的IP地址和端口 不包括来源的IP地址和下两跳的IP地址 2020 3 18 25 静态路由配置命令Iproute preference 例如 Iproute129 0 0 11610 0 0 2Iproute129 1 0 0255 255 0 010 0 0 2Iproute129 1 0 016Serial2注意只有下一跳的接口属于点对点的类型时 才可以填写 否则必须填写 2020 3 18 26 静态路由配置实例 在路由器A上配置 Iproute129 1 0 01610 0 0 2 2020 3 18 27 缺省路由配置实例 在路由器A上配置 Iproute0 0 0 00 0 0 010 0 0 2 Interenet上大约99 99 的路由器都有一条缺省路由 缺省路由并不一定是手工配置的静态路由 有时也可以由动态路由协议产生 2020 3 18 28 路由自环 在路由器A上配置 Iproute20 0 0 0810 0 0 2在路由器A上配置 Iproute20 0 0 0810 0 0 1 2020 3 18 29 路由自环是指某个报文从一台路由器发出 经几次转发后又回到初始路由器 其原因是其中部分路由器的路由表出现错误 产生的原因可能是配置静态的路由有误 也可能是动态路由协议计算的路由出现错误 2020 3 18 30 1 3路由选择算法 路由选择算法 RoutingAlgorithm 是网络层软件的一部分 负责确定所收到分组应传送的外出路线 2020 3 18 31 路由选择算法具有的优点 正确性 Correctness 简单性 Simplicity 健壮性 Robustness 稳定性 Stability 公平性 Fairness 最优性 Optimality 2020 3 18 32 动态路由协议所处的位置 所有的动态路由协议在TCP IP协议栈中都是属于应用层 2020 3 18 33 动态路由协议的基本原理1 动态路由协议的作用计算路由 计算本路由器到网络中其他网段的路由 2 路由方法路由器会将自己的已知信息发给相邻路由器 最终每台路由器都会收到网络中所有路由器的信息 然后通过相应算法计算出最终路由 实际上是在计算该路由的下一跳和费用 2020 3 18 34 动态性的实现 天王盖地虎 宝塔镇河妖每种路由协议都有自己地语言 相应地路由协议报文 初次见面 请多关照 新加入的路由器主动地作自我介绍 好久不见 最近可好 为防止一场情况 规定两个路由器之间周期性的做协议报文传送 2020 3 18 35 自治系统由统一机构管理 使用同一组选路策略的路由器的集合 2020 3 18 36 IGP EGP 外部路由协议 EGP 自治系统AS 自治系统AS 内部路由协议 IGP RIP IGRP RIP EIGRP OSPF IS IS 2020 3 18 37 按寻径方法划分 距离矢量算法RIP IGRP EIGRP BGP 链路状态算法OSPF IS IS 2020 3 18 38 衡量路由协议的一些性能指标 正确性 快收敛能够快速适应网络结构的改变 低开销占用内存 cpu 带宽较小 安全性 普适性 2020 3 18 39 距离矢量算法基本原理DistanceVector D V 算法的数学模型如果i j两点是直连的 定义d i j 表示i和j两点之间的距离定义D i j 表示非直连的两个节点i和j之间的最短距离则D i j min d i k D k j 其中k表示所有的与结点I相连的结点 k 2020 3 18 40 路由自环 2020 3 18 41 解决方案1 设置最大值从减轻自环的后果考虑 缺点是限制了网络的规模 2020 3 18 42 2 水平分割 缺点是只对两台路由器有效 对三台以上的路由器无效 2020 3 18 43 3 触发更新 发现故障 立即通知相邻路由器 而不必等待更新时间 从减少自环发生的概率考虑 2020 3 18 44 4 抑制时间 设定一个数倍于更新时间的抑制时间 尽量让网络中所有的路由器都收到故障信息 在抑制时间内即使接收到故障网络的信息 也不予理睬 缺点是一些特殊情况下 会导致慢收敛 开始抑制时间 2020 3 18 45 多路径情况下的解决方案 1 确定路径不可达 2 启动抑制时间 3 开始触发更新 2020 3 18 46 最优化原则 如果路由器J在从路由器I到K的最佳路由上 那么从J到K的最佳线路就会在同一路由之中 假设称从I到J的路由为r1 而路由其余部分成为r2 如果J到K还有在一条比r2更好的路由 那么它可以同r1联系起来 以改进I到K的路由 这与r1r2是最优路由的断言相悖 2020 3 18 47 汇集树 sinktree 从所有源端到目的端的最佳路由集合 形成了以目的地为根的树 一个子网 路由器A的汇集树 2020 3 18 48 最短路由选择 2020 3 18 49 5 4RIP协议RIP RoutingInformationProtocol 路由信息协议 适用于小型网络 2020 3 18 50 RIP路由表的初始化 Request Response RIP默认每隔30秒向外广播一次报文内容包含本路由器已知的路由信息 2020 3 18 51 RIP的路由发现 2020 3 18 52 RIP路由表的更新 Rn 网络结构发生变化 2020 3 18 53 OpenShortestPathFirst开放最短路径优先协议 IGP中应用最广 性能最优的一个协议 Internet广域网和Intranet企业网采用最多 应用最广泛的路由协议之一 典型的链路状态Link state的路由协议 5 5OSPF协议 2020 3 18 54 OSPF的特点 可适应大规模网络 路由变化后收敛速度快 无路由自环 支持变长子网掩码VLSM 支持等值路由 提供路由分级管理 支持验证 2020 3 18 55 OSPF相关基本概念 ROUTEID32位无符号整数 是路由器在一个自治系统中的唯一标识 协议号OSPF协议的协议号为89 协议报文不转发只能传递一跳 设置TTL值为1 2020 3 18 56 OSPF通过链路状态描述网络拓扑结构 2020 3 18 57 对以太网 1 0 的链路状态描述Linkid 10 0 0 0 网段 data 255 0 0 0 掩码 type Subnet 3 类型 metric 50 花费 2020 3 18 58 对PPP的链路状态描述对本接口网段地址的描述Linkid 20 0 0 0 网段 data 255 0 0 0 掩码 type Subnet 3 类型 metric 5 花费 对路由器RTB的描述Linkid 2 2 2 2 RTB的routeid data 20 0 0 0 RTB的接口地址 type Route 1 类型 metric 5 花费 2020 3 18 59 对FrameRelay的链路状态描述Linkid 40 0 0 1 网段 data 255 255 255 255 掩码 type Subnet 3 类型 metric 5 花费 Linkid 3 3 3 3 RTF的routeid data 40 0 0 1 与RTF相连的接口地址 type Route 1 类型 metric 5 花费 Linkid 4 4 4 4 RTE的routeid data 40 0 0 1 与RTE相连的接口地址 type Route 1 类型 metric 5 花费 2020 3 18 60 对X 25的链路状态描述Linkid 30 0 0 3 网段中DR的接口地址 data 30 0 0 1 本接口的地址 type Transnet 2 类型 metric 50 花费 DR 6 6 6 6 生成的LSANetMask 255 255 255 0Attached 30 0 0 1RouterAttached 30 0 0 2RouterAttached 30 0 0 3Router 2020 3 18 61 运行SPF算法计算路由 2020 3 18 62 OSPF协议计算路由的过程 2020 3 18 63 OSPF协议计算路由的过程 2020 3 18 64 两台路由器建立邻居关系的过程 full full 2020 3 18 65 OSPF协议的五种协议报文 Hello报文 发现及维持邻居关系 DD报文 描述本地LSDB情况 LSR报文 向对方请求自己没有或对方更新的LSA LSU报文 向对方更新LSA LSAck报文 收到LSU报文之后 进行确认 2020 3 18 66 DR DesignatedRouter 2020 3 18 67 DR的选举过程1 登记选举者本网段内的OSPF路由器2 登记候选路由器本网段内的priority 0的OSPF路由器3 竞选所有priority 0的OSPF路由器都自认为DR4 投票选priority值最大的 若priority值相等 选RouteID最大的 2020 3 18 68 DR选举中的指导思想 选举制DR是各路由器选举出来的 而非人工指定的 终身制DR一旦当选 除非出现故障 否则不会更换 世袭制DR选举的同时 也选举出BDR DR出现故障后 由BDR替代DR成为新的DR 2020 3 18 69 OSPF在大型网络中可能出现的问题 LSDB非常庞大 占用大量的存储空间 计算最小生成树耗时增加 CPU负担很重 网络拓扑结构经常发生变化 网络经常处于 动荡 之中 2020 3 18 70 OSPF协议的区域划分 2020 3 18 71 5 6BGP协议 BorderGatewayProtocol 边界网关协议 用来在AS之间传递路由