附3：路由工作原理v1.1

路由器工作原理 V2010 03多媒体产品支持部 课程目标 通过本课程的学习 您将 掌握路由基本原理 相关路由协议了解路由器功能 数据转发过程 课程内容 第1章路由器介绍第2章路由基本原理第1节路由及路由表第2节路由来源及匹配原则第3节动态路由协议介绍 什么是路由器 路由器是一种用于网络互连的专用设备 在网络建设中具有不可代替的作用 路由器工作在OSI参考模型的第三层 网络层 它的主要作用是为收到的报文寻找正确的路径 并把它们转发出去 路由器的功能 路由器的核心作用是实现网络互连 数据转发路由功能 路由表建立 管理维护路由表 从而进行路由查找和路径决定交换 转发功能 在网络之间转发分组数据 从路由器一个接口输入 然后选择合适接口输出隔离广播指定访问规则异种网络互连 完成路由功能需要的几个基本信息 路由的是什么协议 目的地址是否已存在 从哪个端口发送出去 下一跳地址是什么 路由功能 帧校验并缓存数据包 进入接口 将目的地逻辑地址与下一跳逻辑设备和外出接口相关联 路由表 将下一跳逻辑设备与物理地址相关联以生成帧头 ARP缓存 局域网 封装数据包并转发帧 外出接口 由路由协议维护 由ARP或逆向ARP进程所维护 映射列表 广域网 交换 转发功能 同一网段内部的通信 网络A 通向路由器1 通信需求 Hub switch 同一网段通信过程图示 IP地址 192 168 1 2MAC地址 00 20 AF 00 00 02 IP地址 192 168 1 1MAC地址 00 20 AF 00 00 01 以太网 IP层 上层协议这里无需考虑 封装IP包包发往IP地址192 168 1 2 以太网 IP层 封装MAC帧帧发往MAC地址00 20 AF 00 00 02 封装MAC帧收到MAC帧 ARP 拆封IP包收到IP包 A B 网络情况 协议层次 不同网段之间的通信 网络B 网络A 路由器 通信需求 Ethernet 路由器 Ethernet DDN PPP 以太网 以太网接口 不同网段的通信过程 以太网 IP层 上层协议这里无需考虑 MAC帧 IP层 串行接口 以太网接口 IP层 网络情况 协议层次 PPP分组 IP包 IP包 发送端主机A 接收端主机B 路由器 Ethernet PPP HOSTA HOSTB fei 1 1 e1 2 1 Ethernet fei 1 1 e1 2 1 上层协议这里无需考虑 IP层 路由器 PPP帧 IP包 IP包 串行接口 MAC帧 IP包 IP包 判断与对端是否处于同一网段 检查ARP表是否有对端的MAC地址 做数据链路层封装 目的MAC为对端MAC地址 通过物理层发送数据 通过ARP获得对端MAC地址 YES NO YES NO 是否配置了缺省网关 YES 检查ARP表是否有网关MAC地址 做数据链路层封装 目的MAC为网关MAC地址 通过ARP获得网关MAC地址 NO 发送错误信息 YES NO End 获取对端IP地址 通信流程 IP通讯是基于hopbyhop的方式从源到目的之间源IP和目的IP地址保持不变每经过一个数据链路层 数据链路层封装都要做相应的重新封装返回的数据选路与到达的数据选路无关 IP通信流程基本概念 课程内容 第1章路由器介绍第2章路由基本原理第1节路由及路由表第2节路由来源及匹配原则第3节动态路由协议介绍 172 17 3 0 172 16 2 0 10 120 2 0 RoutingTable 指导IP报文发送的路径信息 路由 路由表记载着路由器所知的所有网段的路由信息 路由信息中包含要到达此目的网段需要将IP数据包转发至哪一个下一跳相邻设备地址 路由表被存放在路由器的RAM上 路由器重新启动后原来的路由信息都会消失 路由表 ZXR10 showiprouteIPv4RoutingTable DestMaskGwInterfaceOwnerprimetric10 26 32 0255 255 255 010 26 245 5fei 1 1bgp200010 26 33 253255 255 255 25510 26 245 5fei 1 1ospf1101410 26 33 254255 255 255 25510 26 245 5fei 1 1ospf1101310 26 36 0255 255 255 24810 26 36 2gei 5 2 1direct0010 26 36 2255 255 255 25510 26 36 2gei 5 2 1address0010 26 36 24255 255 255 24810 26 36 26gei 5 2 4direct0010 26 245 4255 255 255 25210 26 245 6fei 1 1direct0010 26 245 6255 255 255 25510 26 245 6fei 1 1address00 路由表信息 Dest目的网络地址Mask目的网络的掩码Gw与之相邻的路由器的端口地址 即该路由的下一跳IP地址Interface该路由到达下一跳IP地址将经过的接口Owner路由来源 表示该路由信息是怎样学习到的pri路由的管理距离 即优先级 决定了来自不同路由来源的路由信息的优先权metric度量值 表示每条可能路由的代价 值最小的路由为最佳路由 路由表中各参数含义 课程内容 第1章路由器介绍第2章路由基本原理第1节路由及路由表第2节路由来源及匹配原则第3节动态路由协议介绍 路由的来源有三类 分别是 直连路由 direct与路由器直接相连的网段生成的路由链路层协议发现的路由静态路由 static手工配置的路由不随网络拓扑结构的改变而改变动态路由 rip ospf isis bgp等由动态路由协议产生能够根据网络的拓扑变化调整相应的路由信息 路由来源 Owner 分类 直连路由的owner为direct 路由优先级为0 拥有最高路由优先级 其metric值为0 表示拥有最小metric值 直连路由会随接口的状态变化在路由表中自动变化 直连路由 192 168 0 1 30 192 168 0 2 30 10 0 0 1 24 172 16 0 1 24 A IPv4RoutingTable DestMaskGwInterfaceOwnerprimetric10 0 0 0255 255 255 010 0 0 1fei 0 1direct0010 0 0 1255 255 255 25510 0 0 1fei 0 1address00192 168 0 0255 255 255 252192 168 0 1e1 1direct00192 168 0 1255 255 255 255192 168 0 1e1 1address00 B 静态路由在路由表中产生方式 owner 为静态 static 路由优先级为1 其metric值为0 静态路由不会随未来网络拓扑结构的改变自动改变 静态路由 StubNetwork 172 16 2 1 172 16 1 0 B 172 16 2 2 Network 10 0 0 0 B A 缺省路由是一个路由表条目 用来指明一些在下一跳没有明确地列于路由表中的数据单元应如何转发 缺省路由可以配置在只有一个出口的 根状网络 的出口路由器上 可以访问 未知的 目的网络 缺省路由 StubNetwork iproute0 0 0 00 0 0 0172 16 2 2 172 16 2 1 172 16 1 0 172 16 2 2 Network A B B 值越小 优先级越高如果有多条具有相同目的网段的路由 IP报文会优先选择优先级最高的路由进行转发 Connectedinterface0Staticrouteoutaninterface0Staticroutetoanexthop1ExternalBGP20OSPF110IS IS115RIPv1 v2120EGP140InternalBGP200Unknown255 RouteSource DefaultDistance 管理距离 Priority 衡量去往目的地的花费和代价 56 E1 56 E1 B A Hopcount RIP 度量值 Metric 用于度量值计算的常用路径特征跳数 hopcount 数据包到达目的必须通过的路由器个数 跳数越少 该路由越好 路径常用到达目的的跳数来描述 带宽 bandwidth 链路传输数据的能力 时延 delay 把数据包从源送到目的地所需的时间 负荷 load 网络资源如路由器和链路上的活动数量 可靠性 reliability 指每条网络链路上的差错率 最大传输单元 MTU 指端口可以传送的最大的数据单元 每种路由协议选择以上的一种或者几种来计算度量值 不同种路由协议之间的度量值没有比较的意义 度量值 Metric 的计算 所谓最长匹配就是路由查找时 使用路由表中到达同一目的地的子网掩码最长的路由 ZXR10 showiprouteIPv4RoutingTable DestMaskGwInterfaceOwnerprimetric1 0 0 0255 0 0 01 1 1 1fei 0 1 1direct001 1 1 1255 255 255 2551 1 1 1fei 0 1 1address002 0 0 0255 0 0 02 1 1 1fei 0 1 2direct002 1 1 1255 255 255 2552 1 1 1fei 0 1 2address003 0 0 0255 0 0 03 1 1 1fei 0 1 3direct003 1 1 1255 255 255 2553 1 1 1fei 0 1 3address0010 0 0 0255 0 0 01 1 1 1fei 0 1 1ospf1101010 1 0 0255 255 0 02 1 1 1fei 0 1 2static1010 1 1 0255 255 255 03 1 1 1fei 0 1 3rip12050 0 0 00 0 0 01 1 1 1fei 0 1 1static00 10 1 1 1 匹配原则 最长匹配 课程内容 第1章路由器介绍第2章路由基本原理第1节路由及路由表第2节路由来源及匹配原则第3节动态路由协议介绍 在动态路由中 管理员不再需要与静态路由一样 手工的对路由器上的路由表进行维护 而是在每台路由器上运行一个路由协议 这个路由协议会根据路由器上的接口的配置 如IP地址的配置 及所连接的链路的状态 生成路由表中的路由表项 动态路由协议 1 NetworkN1 NetworkN2 B A A D B C 作用维护路由信息建立路由表决定最佳路由优点可以自动适应网络状态的变化自动维护路由信息而不需要网络管理员的参与缺点由于需要相互交换路由信息 因而占用网络带宽与系统资源另外安全性也不如静态路由在有冗余连接的复杂网络环境中 适合采用动态路由协议 动态路由协议 2 所有的动态路由协议在TCP IP协议栈中都属于应用层的协议 但是不同的路由协议使用的底层协议不同 路由协议在协议栈中的位置 BGP TCP IP 数据链路层 UDP RIP OSPF 距离 矢量路由协议采用距离矢量 Distance Vector DV 算法有RIP BGP等相邻的路由器之间互相交换整个路由表 并进行矢量的叠加 最后学习到整个路由表 链路状态路由协议采用链路状态 LinkState LS 算法有OSPF ISIS等链路状态是一个层次式的 执行该算法的路由器不是简单的从相邻的路由器学习路由 而是把路由器分成区域 收集区域内所有路由器的链路状态信息 根据链路状态信息生成网络拓扑结构 每一个路由器再根据拓扑结构图计算出路由 按寻径算法分 域内路由协议 IGP 在自治系统内部运行 用于发现 计算路由 有RIP OSPF ISIS等 域间路由协议 EGP 在自治系统之间运行 用于传递路由 有BGP EGP等 自治系统 AS 是一组处于相同技术管理的网络集合 按工作区域分 AS65000 AS65500 IGPs RIP OSPF IS IS EGPs BGP EGP 单播路由协议有RIP OSPF ISIS IGRP BGP等组播路由协议有DVMRP PIM SM PIM DM MOSPF MBGP等 按路由类型分 路由信息协议 RoutingInformationProtocol 是一种古老的基于距离矢量算法的路由协议 通过计算抵达目的地的最少跳数 hop 来选取最佳路径 RIP协议的跳数最多计算到15跳 当超过这个数字时 RIP协议会认为目的地不可达 RIP有V1和V2两个版本 V1以广播方式发送报文 不支持子网掩码 V2支持组播方式发送报文 支持子网掩码 RIP协议只适用在中小型的网络中 常见路由协议 RIP 开放式最短路径优先 OpenShortestPathFirst 是一种链路状态路由协议 每一个OSPF路由器都维护一个相同的网络拓扑数据库 从这个数据库中 可以构造一个最短路径树来计算路由表 OSPF采用分层的结构 将自治系统分为不同的区域 以减少路由重计算的时间 因此适合运用于大规模的网络 OSPF的收敛速度比RIP要快 而且在更新路由信息时 产生的流量也较少 常见路由协议 OSPF 中间系统到中间系统的路由选择协议 IS IS 是由ISO提出的一