2025年IP路由基础课件

IP路由基础目录

IP地址－无类编址路由器基本功能路由的基本概念静态路由配置与案例动态路由协议基本原理总结IP地址－无类编址（一）回顾：有类IP编址－－分为A、B、C三类形式－－缺点是浪费或不足一。子网编址：对网络地址进行再划分，使得一个网络地址可以跨越多个物理网络1.问题：路由器或主机如何区分出IP地址中的网络和主机部分？子网掩码：用于与IP地址进行”与“运算，从而算出该IP地址对应的网络地址。2.子网的本地化管理意义子网掩码是不是作为IP报头的一部分被发送，所以这个网络外的路由器并不会知道网络内配置的是什么子网掩码。外部路由器只会把172.168.8.1看做是网络172.168.0.0的65000台主机之一。实际上，子网划分提供了对外部世界隐藏起来的逻辑结构。到172.16.0.0的所有通信量172.16.8.1，255.255.255.0172.16.4.1，255.255.255.0Internet172.16.2.1，255.255.255.0172.16.2.2，255.255.255.0IP地址－无类编址（二）3.子网规划确定需要多少个子网，每个子网有多少台设备使用公式”（2的n次方）－2“确定子网位数和主机位数计算子网地址计算每个子网可用的主机地址举例：将C类网段192.168.1.0/255.255.255.0划分给5个子网，每个子网至少能够容纳25台设备，如何划分？由公式“（2的3次方）－2”＝6>5，“（2的5次方）－2”＝30>25，可知带3个子网位的C类地址满足需求，即子网掩码为“255.255.255.224”子网地址

(192.168.1)000xxxxx111xxxxx：中间三位的十进制数是从0，32~224，由此6个可用子网地址为：192.168.1.（32；64；96；128；160；192）以子网192.168.1.32为例计算该子网可用主机地址：(192.168.1).0010000000111111，整个8位的十进制数是从32～63，由此可用主机地址范围为：192.168.1.33～192.168.1.624.VLSM（可变长度子网掩码）－－通俗的说，就是子网的子网化举例：以串行链路仅仅需要两个IP地址为例，它仅仅用x.x.x.x/30的掩码即可。IP地址－无类编址（三）192.168.1.32/27192.168.1.64/27192.168.1.96/27192.168.1.128/27192.168.1.164/30192.168.1.168/30192.168.1.172/30192.168.1.176/30ISP通告192.168.1.0IP地址－无类编址（四）二。超网/路由聚合：是使用一个地址和掩码的组合来表示多个网络。子网划分的反面1.举例222.56.24.0/2411011110001110000001100000000000222.56.25.0/2411011110001110000001100100000000222.56.26.0/2411011110001110000001101000000000222.56.27.0/2411011110001110000001101100000000222.56.28.0/2411011110001110000001110000000000222.56.29.0/2411011110001110000001110100000000222.56.30.0/2411011110001110000001111000000000222.56.31.0/2411011110001110000001111100000000注意：8个网络地址的前21bit相同，因此，可用将这8个网络统一表达成一个网络222.56.24.0/21（或222.56.24.0/255.255.248.0）2.CIDR（ClasslessInterdomainRouting）高效的地址分配：ISP能够对连续的地址块（尤其C类地址）进行体系化的分配和管理路由条目的减少：只用一个地址和掩码的组合就能表示到多个网络的路由IP地址－无类编址（五）CIDR减少了路由表的规模，增了网络的可扩展性。Internet198.168.1.0198.168.2.0198.168.3.0ISP通告路由198.168.0.0/16。。。。。。。。。。。。目录

IP地址－无类编址路由器基本功能路由的基本概念静态路由配置与案例动态路由协议基本原理总结路由器基本功能（一）一。TCP/IP互联网络结构internet是由多种物理网络组成，这些物理网络通过称为路由器的中介系统相互连接。每个路由器与两个或两个以上的物理网络是有直接的连接。二。路由器的基本功能报文转发：将报文引导到正确的目的地址；路由表维护：维护自身用于做出正确路径决策的路由选择表。三。回顾：报文转发过程1。基本思想：直接交付和间接交付同一网络上机器间采用直接交付：发送方把数据报封装在物理帧中，把目的internet地址映射为物理地址，通过底层的传输机制将帧直接发送到目的方。不同网络上机器间采用间接交付：发送方把数据报首先发送到同一网络的中介系统上，中介系统通过下一个物理网络将数据传输到下一个中介系统，以此类推，直到数据能够被直接交付。路由器基本功能（二）三。回顾：报文转发过程（续）2。表驱动选路当一个帧到达路由器接口时，路由器检查帧中的目的物理地址，如果该地址是接口自身的物理地址或广播地址，则路由器解封装出IP报文并传递给网络层，网络层提取目的IP地址，通过查找路由表（存储了有关可能的目的地及怎样到达的信息），确定下一个路由器的IP地址，通过底层封装IP报文的机制将报文转发到下一个路由器。3。下一跳选路路由器通过查找路由表仅仅知道报文转发的下一个路由器（下一跳）信息，而并不知道到达目的地的完整路径。注意：机器M的路由表中的下一跳必须存在与M直接连接的网络上。PC2：198.168.1.1/24PC1：125.168.1.1/16Internet

路由器基本功能（三）三。培训主题：维护路由表“回顾”中我们讨论了IP是基于路由表的内容来转发报文，现在的问题是：1。路由器如何初始化路由表？2。当网络结构、状况发生变化时路由表如何进行更新？“维护”的含义是保持路由表和网络状况的一致性。路由器基本功能（四）四。总结－－图示路由器的基本工作过程IPETHPPP以太网口串口IPPPPETH串口以太网口协议封装路由选择协议转换路由器下一跳路由器WAN传送拆包LAN1LAN2接收发送目录

IP地址－无类编址路由器基本功能路由的基本概念静态路由配置与案例动态路由协议基本原理总结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PC2：198.168.1.1/24PC1：125.168.1.1/16Internet路由表路由表：交通路标牌/地图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[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/Mask proto pref Metric Nexthop

Interface

0.0.0.0/0 Static 60 0 120.0.0.2

Serial0

8.0.0.0/8 RIP 100 3 120.0.0.2

Serial0

9.0.0.0/8 OSPF 10 50 20.0.0.2

Ethernet09.1.0.0/16 RIP 100 4 120.0.0.2

Serial0

20.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1

Ethernet0。。。。。。路由查找：最长匹配原则最长匹配：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的掩码进行按位“与”操作，得到的地址符合路由条目中的网络地址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9.1.2.1的报文进入2.查找路由表，有三项匹配：0.0.0.0/0匹配长度为0bit；9.0.0.0/8匹配长度为8bit；9.1.0.0/16匹配长度为16bit3.按最长匹配原则命中9.1.0.0/16的RIP路由，从serial0接口转发最长匹配也就是路由器将做出最精确的匹配，按精确度依次递减顺序，可选匹配的排列如下：主机路由项－>子网路由项－>一组子网路由项（汇总路由）->主网路由项->超网路由项->缺省路由项问题：报文7.1.1.1如何转发？注：在此提出缺省路由的概念路由表的建立[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/Mask proto

pref Metric Nexthop Interface0.0.0.0/0 Static 60 0 120.0.0.2 Serial08.0.0.0/8 RIP 100 3 120.0.0.2 Serial09.0.0.0/8 OSPF 10 50 20.0.0.2 Ethernet09.1.0.0/16 RIP 100 4 120.0.0.2 Serial020.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1 Ethernet0。。。。。。路由表的建立（一）－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（每个接口都配置有IP地址和掩码，因此路由器知道对应网络的存在；每个接口都实现了所连接的网络的数据链路层协议，因此路由器知道网络的状况：UP或DOWN）路由表的建立（二）－手工配置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路由表的建立（三）－路由协议动态生成路由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路由优先级[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/Mask proto pref

Metric Nexthop Interface0.0.0.0/0 Static 60 0 120.0.0.2 Serial08.0.0.0/8 RIP 100 3 120.0.0.2 Serial09.0.0.0/8 OSPF 10 50 20.0.0.2 Ethernet09.1.0.0/16 RIP 100 4 120.0.0.2 Serial020.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1 Ethernet0。。。。。。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华为路由器上缺省的路由优先级

路由来源缺省优先级直连0OSPF10IS-IS15

静态60RIP100………10.0.0.0/810s0RIP10.0.0.0/8100s1OSPF10.0.0.0/8OSPF10s0路由表路由度量[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/Mask proto pref

Metric

Nexthop Interface0.0.0.0/0 Static 60 0 120.0.0.2 Serial08.0.0.0/8 RIP 100 3 120.0.0.2 Serial09.0.0.0/8 OSPF 10 50 20.0.0.2 Ethernet09.1.0.0/16 RIP 100 4 120.0.0.2 Serial020.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1 Ethernet0。。。。。。路由的度量（一）路由的度量：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”费用影响因素线路时延、线路带宽、线路负载、线路可靠性、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路由的度量（二）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→PC2PC2：198.168.1.1/24PC1：125.168.1.1/1625263111ABDFCE等价路由的负荷分担等价路由负载分担：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：只根据目的网络地址来轮流发送（过程交换模式下）逐流：根据不同的数据“流”来分担（快速交换模式下）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=18路由技术要解决的两个关键问题路由环路路由收敛路由环路（一）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-3B路由环路（二）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路由环路（三）举例：路由聚合中避免路由环路如何防止路由环路如右图：A一般都有一条缺省路由指向Internet出口如果Hacker从Internet发送一个目的地址为198.168.4.1的报文转发到A，会发生什么？解决方法：聚合时在本地添加一条指向Null0的聚合路由Null0路由Null0相当与一个垃圾桶，匹配的报文被丢弃s3s2s1s0198.168.1.0198.168.2.0A通告聚合路由198.168.0.0/16198.168.3.0ISP路由器AInternetA的路由表198.168.1.0/24s1198.168.2.0/24s2198.168.3.0/24s30.0.0.0/0s0198.168.0.0/16null0

路由收敛路由收敛（RouteConvergence）：网络中所有路由选择表达到一致状态的过程称为收敛。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：所使用的动态路由协议；从变化点到路由器的距离（跳数）；网络中路由器的数量；链路带宽或负载；路由器本身的负荷；与拓扑结构变化有关的模式。。。。。。目录

IP地址－无类编址路由器基本功能路由的基本概念静态路由配置与案例动态路由基本原理总结静态路由（一）注意：只有下一跳所属的的接口是点对点（PPP、HDLC）的接口时，才可以填写<interface_name>，否则必须填写<gateway_address>。[Quidway]iproute-static

<ip_address>[<mask>|<masklen>]<interface_name>|<gateway_address>

[preference

<preference_value>][reject|blackhole]一。静态路由的配置命令和命令模式iproute129.1.0.01610.0.0.2iproute129.1.0.0255.255.0.010.0.0.2iproute129.1.0.016Serial2静态路由（二）二。案例研究：简单的静态路由配置为互联网络中的每个物理网络确定地址（包括子网和网络）为每个路由器标识出所有非直连物理网络为每个路由器写出关于每个非直连物理网络的路由配置命令6个网络：10.1.0.0/1610.4.6.0/2410.4.7.0/24192.168.1.192/27192.168.1.64/27192.168.1.160/27对RouterA，非直连的网络是哪几个？RouterA的静态路由配置命令[RouterA]iproute-static192.168.1.19227192.168.1.66[RouterA]iproute-static10.1.0.016192.168.1.66[RouterA]iproute-static10.4.6.024192.168.1.66[RouterA]iproute-static10.4.7.024192.168.1.66练习：请写出RouterB、C、D的静态路由配置命令静态路由（三）案例研究：路由聚合通过使用恰当的子网掩码，有时可以为多个目标地址生成一个单一的聚合路由如上一案例的组网图：RouterA的静态路由配置命令[RouterA]iproute-static192.168.1.19227192.168.1.66[RouterA]iproute-static10.1.0.016192.168.1.66[RouterA]iproute-static10.4.6.024192.168.1.66[RouterA]iproute-static10.4.7.024192.168.1.66RouterA也可以配置成聚合路由[RouterA]iproute-static192.168.1.19227192.168.1.66[RouterA]iproute-static10.0.0.08192.168.1.66RouterA甚至可以聚合成一条缺省路由[RouterA]iproute-static0.0.0.00.0.0.0192.168.1.66练习：请对RouterB、C、D尝试进行路由聚合。总结：通过对一组子网甚至主网汇总，可以使得静态路由项显著减少－－但对地址进行聚合时需要特别小心，错误的聚合将导致意想不到的问题。静态路由（四）案例研究：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ISDN172.1.0.0网络168.1.0.0网络备用链路主链路

ABA上配置：iproute-static168.1.0.016s0pref10iproute-static168.1.0.016s1pref60s0s1问题1：这两条路由会同时出现在路由表中吗？displayiprouting-table问题2：假设在A上配置的两条路由优先级均取缺省值60，A将如何转发数据包？静态路由（五）案例研究－－如何追踪路由&主机路由计算机BJ可以和10.1.0.0/16网络上的设备正常通信，但当RouterA向10.1.0.0/16上设备发出Ping命令时，发现Ping不通。为什么？静态路由（六）上一案例的启示当跟踪路由时，必须考虑完整的通信过程，要验证“去”的路由正确性，也要验证“返”的路由正确性；可以用静态路由建立非常特殊的路由选择行为；网络拓扑变化，需要手工加入路由；在这样一个比较简单的网络中，静态路由的配置仍然容易出错。目录

IP地址－无类编址路由器基本功能路由的基本概念静态路由配置与案例动态路由协议基本原理总结动态路由协议概述（一）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动态路由协议的共性问题路径决策：哪条或哪些条路径能够到达目的网络度量：当有多条路径到达目的网络时，哪一条是最佳路径呢？收敛：所有路由选择表达到一致状态的过程称为收敛。动态路由协议概述（二）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动态路由协议主要分类：距离矢量：RIP、BGP（路径矢量路由协议，特殊的设计避免了环路）链路状态：OSPF、IS-IS距离矢量路由协议原理（一）一。基本原理路由以（距离D，矢量V）的方式被通告出去，其中距离根据度量值定义的，方向是根据下一跳路由器定义的。使用D-V路由协议的路由器通常以一定的时间间隔向相邻路由器发送它的完整路由表。接收路由器查看该表并与自己的路由表对比：将到新网络的路由，或到已知网络有更好度量的路由D-V计算后插入到自己的路由表中。在下一个周期中通告自己新的路由表。以次类推，直到最终达到了收敛状态。关键词定期更新：特定时间周期发送更新信息，这个周期取值比较重要（短则更新过于频繁引起拥塞；长则收敛时间难以接受）；邻居：路由器向它的邻居发送更新信息，并依赖邻居向其他邻居传递更新－－逐跳；广播/组播的更新；包含整个路由表的更新信息；二手信息：类比－－－－－－”路标“距离矢量路由协议原理（二）距离矢量路由协议原理（三）二。D-V算法的缺陷及算法改进路由失效定时器：一般为更新周期的3～6倍，不能太短或太长；（考虑RouterD损坏情况）水平分割：（a.考虑资源浪费；b.考虑路由环路发生，例如网络10.1.5.0故障，在D通告故障前C通告了10.1.5.0可达的情况）简单水平分割：从某个接口学到的路由不再从来源端口发回毒性逆转水平分割：以不可达方式向路由来源端口发送此路由的信息两者对比：简单水平分割能够防止路由环路并节省带宽，但毒性逆转更加安全和健壮，更有效防止路由环路。（例如，当B收到错误信息使其相信通过C可以到达10.1.1.0，水平分割无法纠正这种错误理解，但C的毒性逆转更新可以立即纠正这个错误。）RTARTB10.0.0.0310.0.0.02S0S010.0.0.016水平分割毒性逆转距离矢量路由协议原理（四）二。D-V算法的缺陷及算法改进（续）计数到无穷：水平分割能够有效切断邻居之间的环路，但它不能切断网络之间的环路，这将导致度量值到无穷。改进方法：设置一个最高的计数值作为无穷远的标志，例如RIP协议使用16跳作为无穷远。但网络收敛速度过慢。10.1.5.0故障，D向C（虚箭头）和B（实线）分别通告不可达信息；A尚未收到C传来的10.1.5.0不可达信息前，向B通告了到10.1.5.0可通过3跳到达，于是B在路由表中记录这条信息；(然后A收到C的信息，标记10.1.5.0不可达）于是B又通知D它有另一条路由可达10.1.5.0，于是D记录了这条路由；D又向C通告，C又告诉A距离10.1.5.0有5跳；A又告诉B有6跳；以此类推，跳数越来越高距离矢量路由协议原理（五）二。D-V算法的缺陷及算法改进（续）触发更新：如果一条路由的度量变好或变坏，路由器将立即发送触发更新，而无须等待更新计时器超时－－大大降低收敛时间；大大减少（但不完全消除）计数到无穷问题。触发更新和周期性更新是并存的。抑制计时器：如果到一个目标的度量增加，那么路由器将为该路由设置抑制定时器。直到计时器超时，路由器才接受有关该路由的更新信息。抑制定时器引入了某种怀疑机制，这降低了接受错误路由信息的可能性，但网络收敛速度又将减慢。－－一种折中机制。链路状态路由协议原理（一）一。链路状态路由原理的关键点：不同于距离矢量路由协议依照“二手”信息建立路由表，链路状态路由器是直接从对等路由器（即所有使用链路状态的路由器）获得第一手的信息－－每台路由器产生关于自己、直连网络及这些链路状态的信息（LSA），这些信息通过邻接路由器传向其他路由器，每台路由器都保存信息的一份COPY，但决不改动信息。最终每台路由器都有了一个相同的有关互联网络的信息，然后每台路由器使用”最短路径优先“算法计算出各自的最佳路由。类比：地图优点：不会产生路由环路；收敛速度快；占用网络资源少链路状态路由协议原理（二）二。链路状态过程及关键点建立邻接：通过hello报文（包括RouterID、发送报文的接口地址、子网掩码、hello间隔、线路类型等）建立邻接，保证链路状态在授控的方式下发送报文。特定周期未从邻接路由器收到hello报文，则认为邻接路由器不可达。泛洪：发送LSA。关键点是序列号和老化。序列号：解决泛洪什么时候停止的问题。当路由器A发送LSA时，每个COPY的序列号都是一样的，该号和LSA其他部分一起保存在拓扑数据库中。当路由器收到一个数据库中已有的LSA且序列号相同时，丢弃该LSA；当路由器收到一个信息相同但序列号更大的LSA时，意味着这是一个更新的COPY，该更新LSA将保存到拓扑数据库中并转发该LSA。图示给出了一个序列号防止收到过期LSA的案例10.1.5.0发生故障马上又恢复了，D通告了故障LSA（序列号为100），马上又通告了恢复LSA（序列号为101）。A从DCA路径上收到了故障和恢复两个LSA，然后又从路径DBA收到了故障LSA。。。老化：提供了更好的可靠性，包括最大年龄差距（MaxAgeDiff）、最大年龄（MaxAge）、链路状态更新计时器（LSRefeshTime）链路状态路由协议原理（三）二。链路状态过程及关键点形成链路状态数据库（拓扑数据库）泛洪结束后，所有LSA