网络互联-高殿武

第6章网络互联,本章学习要求：掌握网络互联的基本概念与网桥的工作原理掌握IP分组的转发与路由表的概念掌握Internet路由选择协议的基本概念与基本原理掌握路由器与第三层交换的基本工作原理实践：路由器基本配置实例,6.1网络互联的基本原理,6.1.1网络互联的基本概念网络互联的目的网络互联的基本类型局域网与局域网（LAN/LAN）的互联局域网与广域网（LAN/WAN）的互联或局域网经广域网的互联互联的网络彼此之间的差异会很大，网络互联设备和互联所使用的协议应该克服这些差异路由器IP协议,6.1网络互联的基本原理,6.1.1网络互联的基本概念网络互联设备中继器网桥路由器网关一般讨论的互联网，都是指用路由器进行互联的互联网络,6.1.2网桥,二层交换机属于网桥中的一个子类1网桥的工作原理转发表也叫做转发数据库或路由目录查找转发表,6.1.2网桥,2透明网桥透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1d网桥的自学习过程:（1）从某端口收到无差错的帧,在转发表中查找目的站MAC地址（2）如有，则查找出到此MAC地址对应的端口，若欲发往的目的站MAC地址属于另一个网段,则转发，否则丢弃（3）如没有，向网桥除帧进入的端口以外的所有端口转发此帧（4）如源站不在转发表中，则向转发表加入以下信息站地址：收到的帧的源MAC地址端口：收到的帧进入该网桥的端口号时间：收到的帧进入该网桥的时间（5）重复以上过程，转发表会不断完善,6.1.2网桥,2透明网桥支撑树（spanningtree）算法（也叫生成树算法）根据网络拓扑生成一棵树，在这个树里整个连通的网络中不存在回路，即在任何两个站之间只有一条路径,6.1.2网桥,3源路由网桥由发送帧的源站负责路由选择的网桥源路由网桥是在发送帧时将详细的路由信息放在帧的头部中方法:（1）源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧作为探测来用（2）发现帧在整个网中沿着所有可能的路由传送；在传送过程中，每个发现帧都记录所经过的路由（3）当这些发现帧到达目的站时，就沿着各自的路由返回源站（4）源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由比较：源路由网桥与透明网桥,6.1.3IP分组转发机制,1IP分组交付的概念分组交付（forwarding）是指在互联网络中路由器转发IP分组的物理传输过程与IP分组转发交付机制在讨论IP分组转发时，应该注意以下几个问题：（1）一个网络号唯一地标识着连入Internet的一个子网（2）连接在同一个子网上的所有主机与路由器的相应接口IP地址都有相同的网络(子网)号（3）每个连接到Internet的子网都有一个，并且至少有一个路由器与其他子网的主机或路由器连接，这个路由器可以在被连接的子网之间交换IP分组,6.1.3IP分组转发机制,1IP分组交付的概念（4）直接交付与间接交付是直接交付还是间接交付，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子网来判断,6.1.3IP分组转发机制,2IP分组转发IP分组在路由器中是通过查找路由表进行转发路由表中的表项:目的网络地址、子网掩码、下一跳、衡量参数（metric）等项路由表是按目的主机所在的网络地址来制作的转发方式：逐跳转发特定主机路由默认路由最长匹配前缀原则,6.1.3IP分组转发机制,3路由表静态路由表由系统管理员事先设置好固定的路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，如果网络结构发生变化必须由系统管理员手工重新配置动态路由表路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表路由器根据路由选择协议（RoutingProtocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径,6.2因特网的路由选择协议6.2.1路由算法,建立和维护路由表的算法称为路由算法路由选择协议的核心就是路由算法，即需要何种算法来获得路由表中的各项目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”路径每一种路由算法都有其衡量“最佳”的一套原则,6.2.1路由算法,路由算法应具有如下的一些特点：算法必须是正确、稳定和公平的算法应该尽量简单算法能够适应网络拓扑和通信量的变化算法应该是最佳的(低的开销：链路长度、数据速率、链路容量、保密、传播时延与费用),6.2.1路由算法,1洪泛（Flooding）算法它的基本思想是每个结点收到分组后，即将其发往除分组来的结点之外的其他各相邻结点优点问题及解决,6.2.1路由算法,2固定路由算法即静态路由在网络的每个结点上都存放一个预先计算好的路由表，给出本结点到所有可能的目标结点的最短路径优点问题及解决,6.2.1路由算法,3距离向量（DistanceVector）算法距离向量算法的基本原理：每经过一个路由器称为一跳一条路由上的跳数称为“距离”动态地选择最短距离作为路径,6.2.1路由算法,4链路状态（LinkState）算法链路状态是路由器上的接口（网络地址和网络类型等）描述及其与哪些路由器相邻、到相邻路由器的链路的衡量参数值等的总称所有路由器链路状态的集合形成了一个链路状态数据库（LinkStateDatabase）用链路状态算法确定网络拓扑,6.2.1路由算法,4链路状态（LinkState）算法最短路径优先SPF（ShortestPathFirst）就是一种分布式链路状态算法LSLSALSD网络拓扑有向图最短路径树,6.2.2内部网关协议,因特网采用的路由选择协议主要是自适应的（即动态的）、分布式路由选择协议因特网采用分层次的路由选择协议因特网的规模出于对安全等因素的考虑自治系统AS（AutonomousSystem）一个AS使用一个单一的和一致的路由选择策略，而AS之间也必须使用相应的路由选择协议用以确定分组在AS之间的路由内部网关协议IGP（InteriorGatewayandProtocols）RIP和OSPF协议外部网关协议EGP（ExternalGatewayProtocols）BGP-4,6.2.2内部网关协议,1RIP（1）RIP工作原理路由信息协议RIP（RoutingInformationProtocol）是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网标准协议，其最大优点就是简单距离向量距离RIP协议的“距离”也称为“跳数”，因为每经过一个路由器，跳数就加1RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器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，即使还存在另一条高速但路由器较多的路由,6.2.2内部网关协议,1RIP（1）RIP工作原理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路由信息交换采用距离向量算法RIP协议规定：不相邻的路由器不交换路由信息交换的信息是自己的路由表按固定的时间间隔交换路由信息当网络拓扑发生变化时，路由器及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息,6.2.2内部网关协议,1RIP（1）RIP工作原理当收到相邻路由器（其地址为X）的一个RIP报文（即路由表信息）时，路由器更新其路由表的基本原则如下：先修改此RIP报文中的所有项目：将“下一跳”字段中的地址都改为X，并将所有的“距离”字段的值加1对修改后的RIP报文中的每一个项目，以如下原则更新原路由表：若项目中的目的网络不在路由表中，则将该项目添加到路由表中若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则将收到的项目替换原路由表中的项目若收到的项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为16,6.2.2内部网关协议,1RIP（2）RIP协议的报文格式RIP协议使用传输层的用户数据报UDP进行传送现在较新的RIP版本是RIP2，它支持变长子网掩码和CIDR，支持多播RIP2的报文格式,6.2.2内部网关协议,1RIPRIP存在的一个比较突出的问题当网络出现故障时，会形成路由环路，导致更新过程的收敛时间过长RIP协议缺点,6.2.2内部网关协议,2开放最短路径优先OSPFOSPF使用分布式的链路状态协议，其路由算法的基本原理就是SPFOSPF区域一般在一个区域内的路由器不超过200个区域标识符主干区域区域边界路由器主干路由器自治系统边界路由器,6.2.2内部网关协议,2开放最短路径优先OSPFOSPF的位置在网络层，其分组是封装在IP数据报中传送OSPF具有下列的一些优点：更新过程收敛得快可用于规模很大的网络对不同的链路可设置成不同的代价多路径间的负载平衡交换的路由分组具有鉴别的功能支持可变长度的子网划分和CIDR,6.2.3外部网关协议BGP-4,在不同自治系统之间的路由选择不能使用OSPFOSPF主要是设法使分组在一个自治系统中尽可能有效地从源站传送到目的站，即寻找最佳路由而对于自治系统之间的路由选择，要寻找最佳路由是很不现实的，需要考虑多方面的因素路径度量问题政治、安全或经济方面的策略边界网关协议BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由，而并非要寻找一条最佳路由BGP采用了路径向量（pathvector）路由选择协议,6.2.3外部网关协议BGP-4,BGP使用TCP连接BGP发言人BGP所交换的的路由信息叫网络可达性信息，指出了要到达某个网络（用网络前缀表示）所要经过的一系列的自治系统当BGP发言人互相交换了网络可达性的信息后，各BGP发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各自治系统的比较好的路由，并构造出树形结构的自治系统连通图，以更新和维护自己路由表,6.2.3外部网关协议BGP-4,6.2.3外部网关协议BGP-4,6.3路由器基础,6.3.1路由器的基本功能1.路由器和网桥的区别网桥工作在数据链路层，而路由器工作在网络层对协议的要求网桥工作在数据链路层，由于传统局域网采取的是广播方式，因此容易产生“广播风暴”；路由器可以有效地将多个局域网的广播通信量相互隔离开来，使得互联的每一个局域网都是独立的子网2.路由器的主要功能建立并维护路由表查找路由表，确定转发路径并转发数据包,6.3.2路由器的基本工作原理,互联网络的协议层次结构与数据传输过程,6.3.3路由器的结构,路由器的结构,6.3.4第三层交换,比较局限性:集线器、网桥、路由器第二层交换机的设计思路第三层交换机的设计思路第三层交换机本质上是用硬件实现的一种高速路由器,第三层交换机的主要功能,1、分组转发2、路由处理3、安全服务4、特殊服务：封装和拆分帧和分组、流量优化,设计重点与优缺点,第三层交换机设计重点放在如何提高接收、处理和转发分组速度，减小传输延迟上，其功能是由硬件实现的，而不是路由处理软件第三层交换机只能适用于特定网络层协议；第三层交换机不如路由器灵活，容易控制和安全性好应用：高分组转发速度、网络管理和安全要求不是很高,一个标准的路由器作为主干结点的结构,增加一个第三层交换机的主干结点结构,6.4路由器基本配置实例,6.4.1通过Console口配置实例6.4.2路由器IP地址配置实例6.4.3PPP的PAP验证配置实例6.4.4帧中继协议配置实例6.4.5静态路由配置实例6.4.6动态路由协议RIP配置实例6.4.7ACL配置实例,1、作为中间设备，转发器（中继器）、网桥、路由器和网关有何区别？2、网桥的工作原理和特点是什么？3、试比较透明网桥和源路由网桥。4、路由器如何确定分组的目的地址属于哪个目的网络？5、试总结IP分组转发的主要特点。6、举例说明使用默认路由有何好处？7、为什么因特网采用分层次的路由选择协议？8、RIP