路由基本原理PPT学习教案

1、会计学1 路由基本原理路由基本原理 第1页/共23页 Page 3 第2页/共23页 Page 4 第第2章章 IP选路的基本原则和等价路由选路的基本原则和等价路由 第第3章章 路由协议路由协议 第3页/共23页 Page 5 IP路由是基于目的地址目的地址查找IP路由表，找到报文转发的出接口以及对应的下一跳路由器，然后将报文转发给下 一跳路由器，直到到达最终的目的地。这里的路由实际指单单播播路由，将报文逐跳逐跳送到目的地。当然每个转 发报文的设备都需要决定是否进行转发、以及选择最近的路径到达目的地。 在IP路由中，有几个概念十分重要： 1、route：指目的地址，就是例子中的“最终目的地”。

2、达到目的地址经过的设备上都需要知道该目的地址，即 route。如果有多个目的地址，就有多个route。 2、routing：指决定到达每个下一跳的最短路径和转发出接口，以及决策，即寻路和决策。在每台设备上都需要 运行一些算法来实现routing，这些算法就是路由协议，路由协议有静态路由协议（需要人工配置），动态路由协 议（设备根据一些规则自动找到最短的路径和转发出口）。 3、router：指使用专门的存储介质保存这些route，并使用专用的操作系统来实现routing，并使用专门的通信芯 片和硬件提供各种接口来转发报文的设备 可以将IP路由想象成“ “开开车车去往某个地方去往某个地方” ”，需

3、要经过很多关口，到达每个关口有几条路径可以选择；为了节省 油钱，当然是选择最近的路径到达每个关口；出了每个关口之后，需要再次决定选择哪个路口达到另外一个关 口，直到达到最终的目的地。 第4页/共23页 Page 6 路由通告和转发是两个相反的过程。 路由通告是指路由器将自己直连的网段通告给其它的路由器设备，是目的地址的发起者或者源。 路由转发是指路由器根据目的地址目的地址将报文转发给发起者或者源。 E0:IP3 E0:IP4 PC1:N1 PC2:N2 E1 E1 下面的例子来PC1访问PC2说明路由通告和转发的区别： RTARTB 通告直连的网段N1 N3 接受网段N2, 形成 路由表 DA

4、 OUTINTERFCE NH N1 E0 IP3 通告直连的网段N2 DA OUTINTERFCE NH N2 E0 IP4 u 通告过程和路由表形成 u 转发：PC1和PC2相互访问过程 PC1访问PC2，RTA 查找路由表N2找 到出接口和下一跳 PC2访问PC1，RTA 查找路由表N1找 到出接口和下一跳 接受网段N1, 形成 路由表 路由器的路由的过程：通告直通告直连连的网段的网段路由表形成路由表形成-转发转发 第5页/共23页 Page 7 网络接口 网络接口 网络接口 CPU 网络接口 CPU 网络接口 网络接口 CPU 接口接口 CPU 接口接口 CPU 接口接口 CPU 接口

5、 ASIC交换网 接口 ASIC ASIC接口 ASIC接口 CPU 接口 NP交换网 接口 NP NP接口 NP接口 CPU 第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代第五代第五代 基于基于NP的交换式路由器的交换式路由器 基于基于ASIC的交换式路由器的交换式路由器 基于分布式基于分布式CPU转发转发 总线式路由器总线式路由器 模块化集中模块化集中 转发路由器转发路由器 固定接口集中固定接口集中 转发路由器转发路由器 第6页/共23页 Page 8 Quidway R3680E/3640E 核心核心路由器路由器/ / 通用交换路由器通用交换路由器 中低端路由器中低端路由器 Quidw

6、ay R2630E/2631E/ 2620/2621 Quidway R1760 Quidway NE80 Quidway NE16E Quidway NE08EQuidway NE05 骨干路由器骨干路由器 Quidway R1603/1604 Quidway R2501E/2509E /2511E/4001E Quidway NE5000 Quidway NE40- 8 Quidway NE40- 4 Quidway NE40-2 第7页/共23页 Page 9 路由表记录了所有的路由、出接口、下一跳、路由的开销、优先级，以及通过什么路由协议学习 到。 第8页/共23页 Page 10 第

7、第1章章 IP路由的基本概念和原理路由的基本概念和原理 第第3章章 路由协议路由协议 第9页/共23页 Page 11 路由开销是指从源到目的地经过所有链路的开销的总和。不同的路由协议使用不同的计算方法来 计算路由的开销。 u对于RIP协议使用跳数来计算开销，跳数等于经过路由器的数量。对于RIP最大的cost为15跳。 u对应IGRP和EIGRP协议，cisco的私用协议，使用链路的bandwidth, delay, reliability, load等接口参 数来计算。默认使用bandwidth、delay来计算。 IGRP=107/BW (min) + delay (sum) (BW,de

8、lay表示到目的地经过的所有路由器出接口的带宽,） EIGRP=256*IGRP u对于OSPF协议使用： 108 / BW (BW表示链路带宽）。Cost的开销等于到目的地址经过的所有路由 器出接口的总和。 p路由转发时，总是选择开销最小的路径。 以OSPF为例来说明cost的计算： A B 3 3 333 3 2 22 2 2 2 3 A访问B有两条路径： 一条路径的cost值为:2+2+2+3=9 另外一条路径cost为：3+3+3+3=12 最后结果，A到B的数据流从下面的路径。 第10页/共23页 Page 12 等价路由ECMP(equal cost multi-path):就是在

9、目的地有多个相同开销的路径，在路由表中同一条路由有两个不 同的下一跳存在。去往该目的地址的报文在这两条路径上分担。 A B 2 2 222 2 2 22 2 2 2 3 如图，从A到B有两条路径，RTA通过计算到目的地址B的开销，发现两条路径有相等的cost值，所 有RTA的路由表中到同一个目的地址（B）存在两个下一跳:分别为RTC和RTD，这样成为等价路由等价路由。 在报文转发的时候，RTA会选择报文分担在这两条路径上。 RTARTB RTC RTD 第11页/共23页 Page 13 在等价路径上，有几种报文的转发方式： 1、逐包转发 逐包的方式是：去往一个目的地的逐包的在等价路径上转发。

10、下图中，RTA转发A到B的第一个包时选择下 面的路径，转发第二个包时选择上面的路径；后续的报文也是如此。 A B 2 2 222 2 2 22 2 2 2 3 RTARTB RTC RTD 2、per destination 转发 对于在同一个网络但是不同目的地址的报文在等价路径上转发。 A B: 2 2 222 2 2 22 2 2 2 3 RTARTB RTC RTD C B C: 第12页/共23页 Page 14 3、per flow转发 基于流的转发，一个流基本有五元素来确定（源IP地址、源MAC、目的IP地址、目的MAC、端口）。 如下图，对于访

11、问不同的服务器，流量将在两条路径上负载分担；但是如果其中每个服务的流量大，将导致两 条路径上的负载分担不均匀。 A B 2 2 222 2 2 22 2 2 2 3 RTARTB RTC RTD WEB SERVER C FTP SERVER 第13页/共23页 Page 15 等价路由转发方式等价路由转发方式优点优点缺点缺点 Per packet流量能够均匀的负载分担流量能够均匀的负载分担1、对于同一个流的报文，都需要进行路由查找，目的是选择等、对于同一个流的报文，都需要进行路由查找，目的是选择等 价路由上不同出接口，导致报文的转发效率低。价路由上不同出接口，导致报文的转发效率低。 2、可能

12、导致同一个报文在不同的路径上。、可能导致同一个报文在不同的路径上。 Per destination第一个报文上到第一个报文上到CPU查找，查找， 后续的报文直接转发，转后续的报文直接转发，转 发性能有所提高。发性能有所提高。 1、由于基于具体的目的地址，可能导致一条路径上的流量很大。、由于基于具体的目的地址，可能导致一条路径上的流量很大。 2、第一个报文也需要查找路由表。、第一个报文也需要查找路由表。 Per flow1、快速转发，不需要在、快速转发，不需要在 CPU中查找路由表，直接通中查找路由表，直接通 过接口硬件过接口硬件Fib表项转发，表项转发， 转发性能高。转发性能高。 2、能够比较

13、的负载分担、能够比较的负载分担 1、五元组使用、五元组使用Hash算法，来计算等价的路径，计算复杂，可算法，来计算等价的路径，计算复杂，可 能导致某条路径上承载了大量的流量。能导致某条路径上承载了大量的流量。 第14页/共23页 Page 16 不同的路由协议，使用不同的优先级。 当一条路由从不同路由协议学习到的时候，优先级高的路由协议将被优先。 路由协议路由协议优先级（华为）优先级（华为）管理级别（管理级别（cisco） Direct00 OSPF10110 IS-IS20115 STATIC601 RIP100120 OSPF ASE / OSPF NSSA150110 IBGP25620

14、0 EBGP25620 UNKNOWN 255 第15页/共23页 Page 17 路由的选路原则： 1、优先：最长匹配原则。 在路由表中存在同一个网络地址，但带有不同的子网掩码；根据选路原则，掩码最长的优先转发。例如在 路由表中存在以下几条路由（/16,/24,/30），那么去往目的地的报文，优先选 择/30在路由表中对应的出接口、下一跳来选择转发路径。 2、其次：路由协议优先级 如果同一条路由从多个不同的路由协议学习到，优先级级别低的路由协议优先考虑。比如路由/30 从ospf ,bgp分别学习

15、到，根据优先级低的原则，报文将优先选择从ospf路由协议学习的路径进行转发。 3、cost 同样的路由，报文优先选择cost值小的路径。 第16页/共23页 Page 18 第第2章章 IP选路的基本原则和等价路由选路的基本原则和等价路由 第17页/共23页 Page 19 静态路由 静态路由是特性的路由协议，不能动态宣告，需要手工配置。从路由表的结构和路由转发可知，如 果想要访问某个目的地址，必须有目的网络、出接口、下一跳、优先级等。所以静态路由配置也需要 这样的条件。缺点是：需要手工配置，不能动态感知网络的情况。 如下图，如果A想访问B，配置在RTA和RTB上配置静态路由： A:10.1.

16、2.1/24 B:/24 RTA RTB /30 .1.2 Ip route-static Ip route-static Ip route-static 默默认认路由：路由： 默认路由为网络和掩码全0的路由，它表示如果报文不能匹配路由表中任何目的网络，将选择默认路由；如果 没有默认路由，报文将丢弃。（一台主机，如果配置网关，将生成一条默认路由。） 配置的方法和静态路由一致。很多动态协议

17、也可以生成默认路由。 第18页/共23页 Page 20 路由环路： 路由环路的产生是报文转发到一台路由器之后，该路由器将报文转发回来。这样报文一直存在，直到IP 报文的TTL值为0。 A:/24 B:/24 RTA RTB /30 .1.2 Ip route-static Ip route-static 如上图，如果A主机的链路出现了故障，此时B主机不知道，依然发送报文到A，RTB将报文送下一跳RTA，而 RTA上有一条默认路由（直

18、连路由down了），报文将送回给RTB，RTB再给RTA；造成报文在RTA和RTB之间环回， 直到TTL值为0，路由器将丢弃该报文。 危害：环路造成的浪费大量的带宽和路由器的进程。所以一个好的路由协议必须自动防止出现网络环路的 情况发生 第19页/共23页 Page 21 根据不同的算法，有几种路由协议： 1、距离矢量算法(D-V) D：distance 表示cost值，即跳数。 V：vector表示下一跳的信息。 该算法的特点是：周期性发布整张路由表给邻居。运行该算法的路由协议有（RIPV1/V2,IGRP,EIGRP). 2、链路状态算法（link status ） 路由器之间形成邻接关系之后，开始通过各自的链路状态信息通告(LSA)给邻居，链路状态为接口地址、掩码。 通过扩散各个路由器形成一张相同的链路状态表。 根据链路状态表，使用SFP算法来计算出以本路由器为根节点的一条无环路的