IP路由培训（存储技术）

IP路由培训

引入：网络和路由现在网络已经成为人们生活不可缺少的一部分，就象空气和水一样路由技术是Internet得以持续运转的关键所在-J.Moy路由是极其有趣而又复杂的课题，永远的话题培训目标了解路由和路由转发原理了解一些路由相关的基础知识了解静态路由和动态路由协议了解常用的路由协议原理及其应用议题路由的一些基本概念报文转发和静态路由动态路由协议原理常见的路由算法及协议RIP；OSPF；路由其他：路由策略；策略路由4什么是路由路由信息是指导报文发送的路径信息路由表：路标牌路由协议负责收集信息，构建“地图”路由的过程是报文中继转发的过程HopbyHop：路由器不知道完整转发路径，只知道到达目的地的最近的下一跳如何走5PC2：/24PC1：/16Internet

路由开销：Cost路由的开销：Cost，Metric标识出了到达路由所指的目的地的代价，以选择最佳路径IP包的“旅途”费用影响因素线路延迟、线路带宽、线路占有率、线路可信度、跳数、最大传输单元与协议相关，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花费值可比性该花费值只在同一种路由协议对同一目的地有比较意义不同的路由协议之间的路由花费值没有可比性不存在换算关系6

路由开销：简化例子简化的例子各“段”开销已标明，假设总开销的计算公式是简单“加”PC1到PC2有两条路：Path1A→B→C→D，总开销是11；Path2A→E→F→C→D总开销是14优选较小的总开销Path1传送路径：PC1→A→B→C→D→PC27PC2：/24PC1：/1625263111ABDFCE

路由优先级路由优先级：Preference标识不同路由协议的特权数值影响因素厂商实现对各个路由协议优劣的理解无标准定义可比性在运行不同的路由协议学习到相同的路由的时候比较用，在此前路由协议已经通过路由开销选拔出自己的“最佳路由”一般数值小的反而优先/810s0RIP/8100s1OSPF/8OSPF10s0路由表8等价路由：ECMP等价路由负载分担：ECMPEqualCostMulti-Path到一个目的地有几条相同开销的路径，IP包在这几个链路上轮流发送两种基本方式：逐包：只根据目的地址来轮流发送逐流：根据不同的数据“流”来分担优点：提高链路利用率缺点：逐包转发可能导致报文乱序ACBD51085A到D两条等价路径A→B→C→D，总开销5+5+8=18A→C→D，总开销10+8=189

路由环路：概念路由环路:Routingloop报文在两个或几个路由器之间循环路由，直到TTL减为0而丢弃不能正确到目的地，有时引起环路发生的链路拥塞几乎是路由中最坏的现象AC网络N到N的报文

TTL-2TTL-3B10TTL-1

路由环路：原因及解决方法产生原因路由收敛过程中产生的临时环路路由算法的缺陷在不同的路由域相互引入路由时丢失了可以防止环路的信息网络配置及经验问题解决方法选用高级算法的路由协议路由引入的时候注意过滤掉自己发出的路由11

路由收敛路由收敛：RouteConvergence从单个路由器的观点来看是对选择到一个新的目的地或由于原来的路径发生变化而需要重新选择路径所采取措施的过程从网络整体的观点来看网络中所有路由器感知到网络变化，并对此变化通过路由算法在全网内达到对新的网络拓扑结构一致的观点，路由表重新计算并稳定的全过程收敛速度网络变化导致的信息在网络上传播加上网络上所有路由器重新计算最佳路径所花费的时间非常难以预测和度量近年来路由协议的发展在如何加快收敛速度的做了很多工作12路由表[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/Mask proto pref Metric Nexthop Interface/0 Static 60 0 Serial0/8 RIP 100 3 Serial0/8 OSPF 10 50 Ethernet0/16 RIP 100 4 Serial0/8 Direct 0 0 Ethernet0/32 Direct 0 0 LoopBack013路由表：交通路标牌路由器最核心的表项，指导报文的转发一般包含如下内容：目的地、得到的途径及开销、下一跳地址、下一跳出接口路由查找：最长匹配原则14最长匹配：longestmatch基于目的IP地址的转发IP报文到达路由器后如何路由交换的匹配基本原则查找路由表时，报文目的地址和路由表中路由条目按位“与”操作，符合则匹配选择一个最长匹配的路由表项进行转发例子：参考前页路由表1.目的地为的报文进入2.查找路由表，有三项匹配：/0匹配长度为0bit；/8匹配长度为8bit；/16匹配长度为16bit3.按最长匹配原则命中/16的RIP路由，从serial0接口转发Q：报文如何转发？路由表的建立：接口直连网段路由链路层协议发现的路由开销小，配置简单，无需人工维护只能发现本接口所属网段的路由或协商到的对端的路由15路由表的建立：手工添加静态路由手工配置静态路由几乎无开销，配置简单需管理员人工维护，适合简单拓朴结构的网络16路由表的建立：动态路由学习动态路由协议发现的路由开销大，配置复杂，无需人工维护，适合复杂拓朴结构的网络17浮动静态路由浮动静态路由去往同一目的网络的多条不同优先级的静态路由当主链路down掉，会自动切换到备用链路18ISDN网络网络备用链路主链路

ABA上配置：iproute-static16s0pref10iproute-static16s1pref60

s0s1议题IP编址和路由路由的一些基本概念报文转发和静态路由动态路由协议原理常见的路由算法及协议RIP；IGRP/EIGRP；OSPF；IS-IS；BGP路由其他：路由策略；策略路由19动态路由协议何谓动态能适应网络动态变化智能、自动、准确计算出新的路由如何做到每台路由器将自己已知的路由相关信息发给相邻的路由器传送的过程中保证信息正确可靠的传输由于大家都这样做，最终每台路由器都会收到网络中所有的路由信息运行特定算法，计算出最终的路由来20动态路由协议的一般性原理Hello!打招呼，首先自我介绍，每一台新加入的路由器主动发送协议报文认识后，周期性来往，维护邻居关系；规定时间没有消息，不和你玩了，取消邻居资格Update!互通有无，相互告知已知消息（路由或周边的拓扑信息），扩散开周期性发送所有信息，或只发布变化的信息以保持信息完整可靠21动态路由扩散路由信息：D-V算法D-V算法D：distance到目的地距离V：Vector到目的地的方向（下一跳等信息）所谓的RoutingbyRumor，也称为Bellman-Ford算法所有的路由器与邻居交换自己所知的最佳路由信息，然后相互学习并定期通告22路由信息其它信息ABCDRoutingTableRoutingTableRoutingTableRoutingTableD-V算法原理D-V路由算法D(i,i)=0D(i,j)=min{d(i,k)+D(k,j)}

（k为所有与i相邻的路由器）图示距离矢量算法23d(i,k)D(k,j)jd(i,k)+D(k,j)=ik1k2扩散路由信息：LinkState算法概述LinkState算法概述不直接发布路由信息，交换的是描述网络的链路状态每个路由器生成LSA（链路状态通告）描述自己连接的部分网络状况并扩散，同时收集其它扩散过来的LSA所有路由器得到一致的整个网络的完整描述，以此信息依靠SPF算法独立计算出路由24lspA

AB

CD

E七巧板！静态vs.

动态路由协议25静态路由利用网络管理员手工配置的路由不能适应网络变化应用广泛，尤其是缺省路由动态路由动态路由协议动态发现的路由自动调整并适应网络的变化大型网络不可或缺什么是好的路由协议正确性能够正确找到最优的路由，且无自环快收敛当网络的拓扑结构发生变化之后，能够迅速在自治系统中作相应的路由改变低开销协议自身的开销（内存，CPU，网络带宽）最小安全性协议自身不易受攻击，有安全机制普适性适应各种拓扑结构和规模；对新需求的可扩展性好26动态路由协议的分类：按算法D-V（Distance-vector）：距离矢量算法主要协议：RIP，IGRPLS（Linkstate）：链路状态算法主要协议：OSPF，IS-IS一般采用SPF（ShortestPathFirst），最短路径优先算法27议题：动态路由协议路由的一些基本概念报文转发和静态路由动态路由协议原理常见的路由算法及协议RIP；OSPF；路由其他：路由策略；策略路由28RIP协议概述RIP：RoutingInformationProtocol（路由信息协议）RIP协议是D-V算法路由协议的一个典型实现非常古老的路由协议RIP协议适用于中小型、比较稳定的网络有RIPv1和RIPv2两个版本29RIP协议概述RIP基于UDP，端口号为520以跳数（hop）为路由度量两个路由器之间缺省为1跳，16跳为不可达RIP更新报文周期性发送，缺省30秒RIP支持：水平分割、毒性逆转和触发更新等特性RIPv2可使用组播（）发送，支持验证和VLSM

(可变长子网掩码)30RIP协议原理协议报文RIP协议报文封装在UDP报文中，端口号为520从启动运行RIP协议的接口发出，目的地址为55或(RIPv2组播模式）31广播:55RIPv2组播模式:RIP触发更新Triggedupdate：触发更新路由信息发生变化时，立即向邻居路由器发送触发更新报文，通知变化的路由信息一般发生在端口shutdown或up，学习到新的路由，路由失效特点是不需要等待定时的下一个周期，加快收敛速度32RTARTBHi!我发现新路由了RIP水平分割和毒性逆转水平分割：SplitHorizon从某个接口学到的路由不再从来源端口发回可以防止路由环路和计数到无穷；发布更少路由信息减少带宽消耗毒性逆转：Poisonreverse以不可达方式向路由来源端口发送此路由的信息可以防止路由环路和计数到无穷；但增加了路由信息的发布33RTARTB32S0S016水平分割毒性逆转RIP协议报文格式Command：规定了报文的类型Request报文：向邻居请求全部或部分路由信息Response报文：发送自己全部或部分路由信息一个Response报文中最多包含25个路由表项Request报文：一般包含一个路由项，其中AFI=0;Metric=16，请求全部路由信息34AddressFamilyIDIPv4Address(4)Mustzero(V2:subnetmask)Mustzero(V2:nexthop)metricMustzero(V2:routetag)CommandVersionMustzero头部路由项RIP协议的优缺点优点实现简单配置容易，维护简单可以支持IP，IPX等多种网络层协议

缺点路由收敛速度慢以跳数(hop)标记的metric值不能真实反映路由开销有16跳的限制，不适合大规模的网络周期性广播，开销比较大

35议题：动态路由协议路由的一些基本概念报文转发和静态路由动态路由协议原理常见的路由算法及协议RIP；OSPF；路由其他：路由策略；策略路由36为什么我们需要OSPFRIP的替代协议IETF要设计一个比RIP效率更高更强大的IGP主要需求更精确的度量值描述支持ECMP支持层次性路由结构分离内部路由和外部路由支持VLSM

(可变长子网掩码)安全性支持TOS的路由选择37OSPF协议概述OSPF：OpenShortestPathFirstOSPF是LS链路状态算法最有名的具体实现协议OSPF是IETF推荐的应用最广泛的IGPOSPFv2基于RFC2328协议细节相当复杂严谨38OSPF基础知识RouterID32bit，用来在整个OSPF域中唯一标识一台路由器报文封装直接运行在IP上，协议号89LSA：LinkStateAdvertisement链路状态更新，每个路由器发布一条或多条LSAsLSA的集合构成了链路状态数据库（LSDB）一共有5种基本类型，描述不同的链路状态39OSPF基础知识支持的网络类型点到点点到多点广播网络NBMA协议报文更新特点典型的触发更新，只在变化时发送更新报文不周期性发送拓扑信息，但周期性重新生成LSA40OSPF基本原理41ACBD链路状态数据库路由表

SPF树

SPF算法链路状态报文Hello!协议交互过程概况通过hello机制建立邻居关系交换并扩散链路状态报文启动SPF算法构建SPF树计算出OSPF路由表OSPF基本原理：简化实例42OSPF无路由环路的原因LSA传播不被修改每条LSA都有一个唯一的标记符，表明了生成者（RouterID标识）其他路由器收到只是转发，不修改LSA，保证大家得到全局一致的拓扑信息路由算法是SPF算法loop-free的本质是由算法保证的算法计算的结果是一棵树，路由是树上的叶子节点，从根节点到叶子节点是单向不可回复的路径43OSPF在大型网络中遇到的挑战几百甚至上千的路由器，产生大量的LSALSDB链路状态数据库非常庞大占用大量内存资源CPU计算SPF树耗时增加，负担重整个OSPF域LSDB同步时间长网络变化时引起震荡很大……44OSPF解决方案：引入区域的概念分而治之，将整个OSPF域划分成若干区域每个区域有自己的LSDB，SPF独立运行区域边界路由器叫ABR，负责区域间路由ABR将区域内生成的路由转变成一条LSA，发布到骨干区域，骨干区域的ABR再发送到其他区域骨干区是普通区域的沟通桥梁，ABR是非常重要的角色注意：ABR的工作方式决定OSPF在区域内是L-S算法，在区域间算是D-V算法45OSPF区域划分规则如果要划多个区域，必须要有骨干区域Backbone：Area0骨干区域必须是连续非断开的其它普通区域必须和骨干区域连接普通区域之间的通讯必须通过骨干区ABRABRBackboneRouterInternalRouterASBRRIP域引入外部路由Area146Area0Area2OSPF虚连接：Virtual-link虚连接：Virtual-link，一条虚拟的“物理链路”，属于骨干区域主要用于连接没有物理和骨干区域相联接的区域可以加固骨干区域保证其连续需要手工显式配置：两端及穿越区域Area1Area2V-linkArea047OSPF引入区域的好处减少整个OSPF路由域的LSA的数量减少对边缘路由器资源消耗的压力ABR聚合路由减少网络变化的传播范围加快路由收敛速度为网络提供分层路由：骨干区和普通区域使得OSPF可以适应超大规模的网络48OSPF设计原则及应用情况设计原则：力求完美考虑各种复杂情况和网络类型的适应性提供非常丰富的收敛速度调节参数随之而来的：实现复杂，配置及排错相对困难应用情况几乎所有的IP网络经过良好规划的网络都可以使用OSPF是目前世界上使用最广泛的IGP，尤其是在企业网49议题：动态路由协议路由的一些基本概念报文转发和静态路由动态路由协议原理常见的路由算法及协议RIP；OSPF；路由其他：路由策略；策略路由50

路由策略：Routingpolicy路由策略：Routingpolicy，对路由进行一定的策略操作，满足特定网络需求路由互操作：路由引入给某些路由打上标签（tag）：在需要的地方随时方便地分类处理路由过滤：过滤从邻居和外部协议引入的不需要路由改变优先级及开销值：控制路由优选路由聚合：控制路由表规模路由验证：采用密码控制只接受信任的路由51

路由协议互操作为什么需要互操作一个AS内可能有两个以上的路由管理域一个路由器上可能运行两种或以上的路由协议路由互操作能保证内部不同的路由域相互可达OSPF路由域

RIP路由域

ABA运行RIP和OSPF充当翻译网关N1N252

路由协议互操作每种路由协议只能发布和学习自己协议已知的路由自己已知的路由是指：在某个接口上运行了该种路由协议，或者在路由表中的本路由协议发现的路由如果需要知道其它的路由，需要进行引入（import-route

）操作最经常使用的是引入静态路由和直接路由，有时也需要引入其它路由协议的路由引入路由的含义是指：在本路由器的路由表中查询，如果发现要引入的路由（如static），则作为自己已知的路由发布出去53策略路由：PolicyRouting策略路由：PolicyRouting常被称为PBR：PolicyBasedRouting在路由表查找之前的IP转发流程应用在报文的入接口，匹配的报文按制定的策略转发匹配的属性可能是报文长度，TOS值，源/目的地址，报文协议类型及其组合等未匹配的报文查找路由表进行转发提供了传统路由不能做到的强大转发控制能力54AB