第四章 路由器工作原理和技术.ppt

1、网络系统集成技术，莆田大学现代教育技术中心，2005年2月，第4章路由器工作原理与技术，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，第4章路由器工作原理与技术，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，4.1路由器的概念4.2路由器的分类4.3主要路由协议4.4路由器的连接4.5路由器的配置4.6路由器的主要技术，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，关于路由器，互联网是由路由器连接的网络的组合。当一个数据报从一个源传送到一个目的地时，它可能会经过许多路由器，直到到达连接到目的网络的路由器。路由器从一个网络接收数据包，并将其传递到另一个网络。路由器通常连接到几个网络。当它收到一个包时，它应该

2、把包传递到哪个网络？这个决定是基于最优化：哪一个可用路径是最佳路径？莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，4.1路由器的概念，工作在OSI参考模型第三层(网络层)的数据包转发设备具有判断网络地址和选择路径的功能，根据接收到的数据包中的网络层地址和路由器内部维护的路由表确定输出端口和下一跳地址，并动态维护路由表以反映当前的网络拓扑结构。并通过与网络上的其他路由器交换路由和链路信息来维护路由表。2005年3月，莆田大学现代教育技术中心，路由和桥接：性能特点，两者都是网络互连，但桥接功能发生在数据链路层，转发是基于帧中的信息(媒体访问控制地址)。硬件处理，转发速度快，无广播抑制功能，价格低廉，适

3、用于局域网、企业网等内部子网之间的互联。路由发生在网络层，转发基于数据报中的信息(IP地址)。软件处理，转发速度慢，能完全抑制广播，价格高，适用于大型网络和复杂的网络拓扑，主要用于外部网络和内部网络之间的隔离或作为广域网中的中间转发节点。莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，路由器工作流程，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，路由器功能，互连异构网络可以互连各种子网与完全不同的数据包和媒体访问方法。它只接收源站或其他路由器的信息，不关心每个子网中使用的硬件设备(但需要运行与网络层协议一致的软件)。网络地址判断、最佳路由和数据处理(加密/优先级/过滤等)。)支持复杂网络拓扑、网络互连和

4、路由(中间节点路由器)、子网分离和隔离广播(边界路由器)，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，4.2路由器分类，各种路由器，思科12000系列路由器，思科837 ADSL宽带路由器，思科3800系列综合业务路由器，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，按性能等级分类，思科12000/7500/7200系列中端路由器的背板交换容量大于2540 Gbps思科3600系列的以下部门标准和型号仅供参考。2005年3月，莆田大学现代教育技术中心按结构分类，模块化路由器(下图)通常是中端路由器，高端路由器(右图)通常是低端路由器。2005年3月，莆田大学现代教育技术中心按网络位置分类，核心层(骨

5、干层)路由器位于网络中心，要求速度快、可靠性高(热备份/双电源/双数据路径等)。)，用于实现企业级网络互联。分布层(企业级)路由器或中间系统接入层(接入级)路由器中的大型企业和互联网服务提供商(ISPs)位于网络的边缘，被广泛使用，主要用于中小型企业和大型企业的分支机构。目前，最常用的接入路由器是宽带路由器。，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，根据功能分类，通用路由器专用路由器专门对路由器接口和硬件进行了优化，实现了一定的特定功能(如拨号、虚拟专用网)。线速路由器以线速高速转发数据(高端路由器)。以非线速转发时会有一定的中断和延迟(中低端路由器)。莆田大学现代教育技术中心，2005年3

6、月4.3主要路由协议，路由器的工作模式称为路由器的主要功能是将收到的数据包根据其附加地址信息传输到另一个网络。路由器通常连接到几个网络。如果到目标网络的多条传输路径是可行的，路由器将根据预设的所谓“度量”选择最佳路径。路由，选择最佳路径的最佳判断和度量标准，莆田大学现代教育技术中心2005年3月的路由器工作图，在这个通信过程中，数据包的协议地址始终不变，而物理地址在不同的子网中有不同的值。莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，公制，跳(Hop)数据包到达目的地必须经过的路由器数量(带宽)链路传输数据流的能力(延迟)从源节点向目的地节点发送数据包所需的时间负载网络资源(如路由器，链路等)。可

7、靠性指的是每条链路的可靠性(通常用误码率来描述)，数据链路上由IBM PC时钟表示的滴答、延迟(1滴答=1/18s，约55毫秒)，成本基于带宽、成本或其他因素的任何值，通常由网络管理员指定。在2005年3月，莆田大学现代教育技术中心，路由协议(routing protocol)包含用于路由数据包的寻址和控制信息(因此它也被称为“路由协议”)。它们根据路由协议在互连网络之间实现路由。常用的路由协议包括IP协议、苹果话、DECnet和Novell NetWare。路由协议执行路由算法来实现路由功能。路由算法用于初始化和定期更新路由表中的信息，并选择实际路径。莆田大学现代教育技术中心，2005年3月

8、，识别静态和动态路由，路由器中存储网络拓扑信息的表，其中包含一组条目，指定可以到达其他网络的路由器端口的IP地址。静态路由表：由网络管理员手动设置、更新和维护；动态路由表：由路由协议自动生成、更新和维护。莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，静态路由和动态路由，静态路由的优点是简单，高效和可靠。在所有路由中，静态路由的优先级最高。当动态路线与静态路线发生冲突时，以静态路线为准。动态路由适用于具有大规模和复杂网络拓扑的网络。各种动态路由协议将在不同程度上占用网络带宽和CPU资源。静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此动态路由通常被用作网络中静态路由的补充。当数据报在路由器中路由时，路

9、由器首先搜索静态路由，如果找到静态路由，则根据相应的静态路由转发数据包。否则，找到动态路线。莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，内部路由和外部路由。今天，互联网可能如此之大，以至于路由协议无法完成更新所有路由器路由表的任务。因此，有必要将互联网划分为自治系统。“自治系统”是指由同一管理员管理的一组网络和路由器。自治系统内的路由称为“内部路由”，自治系统之间的路由称为“外部路由”。每个自治系统可以选择一个内部路由协议来处理自治系统的内部路由。然而，自治系统之间的路由只能由一个外部路由协议来处理。莆田大学现代教育技术中心2005年3月，2005年3月，IGP和EGP，在每个自治系统中，所有路

10、由器运行一个内部网关协议，自由交换路由信息。不同的自治系统使用外部网关协议，这限制了这些相互连接的自治系统之间交换的路由信息的总量，并允许以不同的方式对它们进行管理。2005年3月，莆田大学现代教育技术中心采用了常用的路由协议，分为内部网关协议(IGP)和外部网关协议(EGP)。前者用于在同一自治系统中的所有路由器之间交换所有路由信息，适用于大型网络中的路由器组。后者以可控的方式在不同的自治系统中传输路由信息，这适合于在具有频繁变化的网关的系统(例如因特网)之间交换路由信息。这里，“网关”是路由器的旧名称。在2005年3月的距离矢量协议和链路状态协议中，内部网关协议可以分为两类：距离矢量路由协

11、议和链路状态路由协议(如RIP、IGRP等)。)，它通过广播定期更新路由，并且只与直连的相邻路由器交换信息。所有路由表条目都会在每次路由更新时发送。每台路由器只知道相邻的路由器和到达目的地的路由。链路状态协议(如OSPF等。)让每台路由器在其区域内维护相同的数据库，网络中的每台路由器都可以看到整个网络。链路状态更新仅通知所有其他路由器其相邻和链接的链路，而不是整个路由表。此外，它不需要定期更新，只有在改变后才会传播。2005年3月，基于贝尔曼-福特算法的距离矢量路由协议定期在路由器之间传输路由表信息的副本。每台路由器都不知道整个网络的拓扑结构，只知道与其直接相连的网络。距离矢量路由器关注到目的

12、网段的距离(度量)和矢量(方向，从哪个端口转发)。距离矢量信息类似于在十字路口指向目的地的路标，它沿着路标前进。在下一个十字路口，可以看到离目的地更近的新路标。优点：配置简单，内存和中央处理器处理时间少；缺点：收敛速度慢，消息量大，网络开销大，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，距离矢量，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，距离矢量协议路由表，莆田大学现代教育技术中心，2005年3月，链路状态路由协议，基于Dijkstra算法，也称为“最短路径优先算法”，通过收集和传输自治系统的链路状态，动态地发现和传播路由信息。这样，该区域中的每台路由器都在该区域中建立了完整的链路状态数据库。采

13、用增量更新机制，路由更新信息仅在链路状态发生变化时发送。优点：收敛速度快，比距离矢量算法具有更大的可扩展性。缺点：它消耗更多的路由器内存和中央处理器处理能力。RIP(路由信息协议)简单实用，是目前最常用的协议。RIP每30秒发送一次路由信息，并规定如果它在180秒内没有听到来自其他网关的路由信息，它将不再可用，并且路由器将发送一个特殊的消息来通知相邻路由器不可用的路由。RIP选择“跳数”(度量)最少的路由作为最佳路径。RIP的跳数表示数据到达目的地之前必须通过的网关数量(直接连接的度量为0)。RIP认为最佳路径是网关数量最少的路由。也就是说，网关越少意味着路径越短，最短的路径就是最好的路径。用

14、这种方法选择最佳路线有时被称为“距离矢量算法”。RIP接受的最大距离是15跳。如果路由的度量大于15跳，它将认为其目的地不可达(在RIP协议中为16=“无限”)，并放弃该路由。因此，RIP不适合路由可能超过15个或更多网关的超大型自治系统。此外，当路由器组同步时，可能会产生大量流量(广播风暴)，这适用于小型网络(1015个子网或更少)或没有冗余路由的网络环境。RIP是为类似的小型网络设计的。RIP协议(续)，目前最常用的路由协议是RIP1(版本1)。然而，许多新路由器支持RIP 2。RIP2的特点是支持认证和组播功能。前者是在RIP数据包中添加认证功能，以防止未经授权的路由发布。后者使用组播地址224.0.0.9使RIP消息只分配给网络中的路由器，针对RIP1以广播的形式将RIP消息分配给每个网络邻居的缺点(在这种情况下，不仅网络中的所有路由器都接收数据包，而且所有主机都接收数据包)。RIP消息被封装在UDP用户数据报中。在UDP中，分配给RIP的众所周知的端口号是520。莆田大学现代教育技术中心2005年3月、莆田大学现代教育技术中心2005年3月、IGRP(内部网关路由协议)、IGRP(内部网关路由协议、内部网关路由协议)是思科公司开发的路由协议，在优化网