路由和路由選擇算法

1、路由和路由選擇算法第1頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三本章主要內(nèi)容1.表驅(qū)動(dòng)IP路由選擇的基本原理2.路由選擇算法3.互聯(lián)網(wǎng)中IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸和處理過程4.靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由5.RIP協(xié)議與OSPF協(xié)議6.實(shí)踐內(nèi)容配置靜態(tài)路由配置動(dòng)態(tài)路由第2頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三路由選擇和路由器1.路由選擇選擇一條路徑發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)的過程2.路由器進(jìn)行路由選擇的計(jì)算機(jī)3.IP互聯(lián)網(wǎng)(1)IP互聯(lián)網(wǎng)是由路由器將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接所組成的(2)IP互聯(lián)網(wǎng)采用面向非連接的互聯(lián)網(wǎng)解決方案路由器自治：各個(gè)路由器獨(dú)立地對待每個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)路由器負(fù)責(zé)為每個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)

2、選擇它所認(rèn)為的最佳路徑第3頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三什么設(shè)備需要具備路由選擇功能？1.路由器主要任務(wù)就是路由選擇2.多宿主主機(jī)具有多個(gè)物理連接發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)前，需要決定發(fā)送到哪個(gè)物理連接更好3.普通主機(jī)具有單個(gè)物理連接通過網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)路由器相連時(shí)，發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)前需要決定發(fā)送給哪個(gè)路由器更優(yōu)？第4頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三表驅(qū)動(dòng)IP選路的基本思想在需要路由選擇的設(shè)備中保存一張IP路由表IP路由表存儲(chǔ)著有關(guān)可能的目的地址及怎樣到達(dá)目的地址的信息在轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，查詢IP路由表，決定把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往何處第5頁，共73頁，2022年，5月2

3、0日，17點(diǎn)47分，星期三路由表中的目的地址如何表示？1.大型互聯(lián)網(wǎng)（如因特網(wǎng)）中有可能存在成千上萬臺(tái)主機(jī)2.路由表中不可能包括所有目的主機(jī)的地址信息內(nèi)存資源占用巨大路由表搜索時(shí)間很長3.隱藏主機(jī)信息IP地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)（netid）和主機(jī)號(hào)（hostid）IP路由表中保存相關(guān)的目的網(wǎng)絡(luò)信息第6頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三標(biāo)準(zhǔn)的路由表1.下一站選路的基本思想路由表僅指定從該路由器到目的地路徑上的下一步，而該路由器并不知道到達(dá)目的地的完整路徑2.標(biāo)準(zhǔn)的IP路由表包含許多（N,R）對序偶N：目的網(wǎng)絡(luò)的IP地址（使用目的主機(jī)IP地址的較少）R：到N路徑上的“下一個(gè)”路由器的

4、IP地址第7頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三標(biāo)準(zhǔn)的路由表舉例第8頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三基本的下一站路由選擇算法第9頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三子網(wǎng)選路1.子網(wǎng)環(huán)境下的IP路由表：（M，N，R）三元組M：子網(wǎng)掩碼N：目的網(wǎng)絡(luò)地址R：到網(wǎng)絡(luò)N路徑上的“下一個(gè)”路由器的IP地址2.選路方法取出IP數(shù)據(jù)報(bào)中的目的IP地址，與路由表表目中的“子網(wǎng)掩碼”逐位相“與”，結(jié)果再與表目中“目的網(wǎng)絡(luò)地址”比較，如果相同，說明選路成功，數(shù)據(jù)報(bào)沿“下一站地址”轉(zhuǎn)發(fā)出去第10頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星

5、期三子網(wǎng)選路舉例第11頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三路由表中的特殊路由1.默認(rèn)路由如果路由表沒有明確指明一條到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的路由信息，就將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到默認(rèn)路由指定的路由器主要目的：縮短路由表的長度、減少路由計(jì)算時(shí)間2.特定主機(jī)路由對單個(gè)主機(jī)（而不是網(wǎng)絡(luò)）指定一條特別的路徑主要目的：增強(qiáng)安全性、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通性調(diào)試和判斷路由表的正確性第12頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三統(tǒng)一路由選擇算法中的路由表1.特定主機(jī)路由表項(xiàng)掩碼：255.255.255.255，目的地址：目的主機(jī)IP地址2.默認(rèn)路由表項(xiàng)掩碼：0.0.0.0，目的地址：默認(rèn)路由器的IP地址

6、3.標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)路由表項(xiàng)A類網(wǎng)絡(luò) 掩碼：255.0.0.0，目的地址：目的A類網(wǎng)絡(luò)的IP地址B類網(wǎng)絡(luò) 掩碼：255.255.0.0，目的地址：目的B類網(wǎng)絡(luò)的IP地址C類網(wǎng)絡(luò) 掩碼：255.255.255.0，目的地址：目的C類網(wǎng)絡(luò)的IP地址4.子網(wǎng)路由表項(xiàng)掩碼：子網(wǎng)具有的掩碼，目的地址：目的子網(wǎng)的IP地址第13頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三統(tǒng)一的路由選擇算法第14頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸與處理過程（1）第15頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸與處理過程（2）第16頁，共73頁，2022

7、年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸與處理過程（2）第17頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送 - 主機(jī)A發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)第18頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送 - 路由器R2處理和轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)第19頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送 - 路由器R2處理和轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)第20頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三路由表的建立與刷新靜態(tài)路由人工指定的路由動(dòng)態(tài)路由路由器通過自己學(xué)習(xí)得到的路由第21頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)

8、47分，星期三靜態(tài)路由靜態(tài)路由是由人工建立和管理的靜態(tài)路由不會(huì)自動(dòng)發(fā)生變化靜態(tài)路由必須手工更新以反映互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或連接方式變化第22頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三靜態(tài)路由的特點(diǎn)1.優(yōu)勢安全可靠、簡單直觀，避免了動(dòng)態(tài)路由選擇的開銷2.適用環(huán)境不太復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)3.劣勢不適用于復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)：建立和維護(hù)工作量大，容易出現(xiàn)路由環(huán)互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)故障，靜態(tài)路由不會(huì)自動(dòng)做出更改第23頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三第24頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三第25頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三動(dòng)態(tài)路由1

9、.動(dòng)態(tài)路由可以通過自身學(xué)習(xí)，自動(dòng)修改和刷新路由表2.動(dòng)態(tài)路由要求路由器之間不斷地交換路由信息3.優(yōu)勢：更多的自主性和靈活性4.適用環(huán)境：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大的互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)排除錯(cuò)誤路徑自動(dòng)選擇性能更優(yōu)的路徑第26頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三第27頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三第28頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三路徑度量值metric1.metric：表征路徑優(yōu)劣的數(shù)值2.metric越小，說明路徑越好3.metric的計(jì)算可以基于路徑的一個(gè)特征，也可以基于路徑的多個(gè)特征跳數(shù)（hop count）：IP數(shù)據(jù)報(bào)

10、到達(dá)目的地必須經(jīng)過的路由器個(gè)數(shù)帶寬（bandwidth）：鏈路的數(shù)據(jù)能力延遲（delay）：將數(shù)據(jù)從源送到目的地所需的時(shí)間負(fù)載（load）：網(wǎng)絡(luò)中（如路由器中或鏈路中）信息流的活動(dòng)數(shù)量可靠性（reliability）：數(shù)據(jù)傳輸過程中的差錯(cuò)率開銷（cost）：一個(gè)變化的數(shù)值，通常可以根據(jù)帶寬、建設(shè)費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、使用費(fèi)用等因素由網(wǎng)絡(luò)管理員指定第29頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三動(dòng)態(tài)路由的劣勢交換路由信息需要占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬路由表的動(dòng)態(tài)修改和刷新需要占用路由器的內(nèi)存和CPU處理時(shí)間，消耗路由器的資源第30頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三路由選擇協(xié)

11、議1.使用動(dòng)態(tài)路由的基本條件路由器運(yùn)行相同的路由選擇協(xié)議，執(zhí)行相同的路由選擇算法2.廣泛采用的路由選擇協(xié)議路由信息協(xié)議RIP： 利用向量-距離算法開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF：利用鏈路-狀態(tài)算法3.路由收斂（convergence）含義：互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都運(yùn)行著相同的、精確的、足以反映當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的路由信息快速收斂是路由選擇協(xié)議最希望具有的特征第31頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三向量-距離路由選擇算法的基本思想路由器周期性地向其相鄰路由器廣播自己知道的路由信息，用于通知相鄰路由器自己可以到達(dá)的網(wǎng)絡(luò)以及到達(dá)該網(wǎng)絡(luò)的距離相鄰路由器可以根據(jù)收到的路由信息修改和

12、刷新自己的路由表第32頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三第33頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三向量-距離算法(1)1.路由器啟動(dòng)時(shí)初始化自己的路由表初始路由表包含所有去往與該路由器直接相連的網(wǎng)絡(luò)路徑初始路由表中各路徑的距離均為02.各路由器周期性地向其相鄰的路由器廣播自己的路由表信息第34頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三3.路由器收到其他路由器廣播的路由信息后，刷新自己的路由表（假設(shè)Ri收到Rj的路由信息報(bào)文）(1)Rj列出的某表目Ri中沒有：Ri須增加相應(yīng)表目，其“目的網(wǎng)絡(luò)”是Rj表目中的“目的網(wǎng)絡(luò)”，其“距離”為R

13、j表目中的距離加1，而“路徑”則為Rj(2)Rj去往某目的地的距離比Ri去往該目的地的距離減1還?。篟i修改本表目，其“目的網(wǎng)絡(luò)”不變，“距離”為Rj表目中的距離加1，“路徑”為Rj。(3)Ri去往某目的地經(jīng)過Rj，而Rj去往該目的地的路徑發(fā)生變化Rj不再包含去往某目的地的路徑：Ri中相應(yīng)路徑須刪除Rj去往某目的地的距離發(fā)生變化：Ri中相應(yīng)表目的“距離”須修改，以Rj中的“距離”加1取代之向量-距離算法(2)第35頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三路由器啟動(dòng)時(shí)初始化路由表舉例第36頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三按照向量距離路由選擇算法更新路由

14、表舉例第37頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三向量距離路由選擇算法的特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)算法簡單、易于實(shí)現(xiàn)2.缺點(diǎn)慢收斂問題：路由器的路徑變化需要像波浪一樣從相鄰路由器傳播出去，過程緩慢需要交換的信息量較大：與自己路由表的大小相似3.適用環(huán)境路由變化不劇烈的中小型互聯(lián)網(wǎng)第38頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三RIP協(xié)議1.RIP協(xié)議是向量-距離路由選擇算法在局域網(wǎng)上的直接實(shí)現(xiàn)2.RIP協(xié)議規(guī)定了路由器之間交換路由信息的時(shí)間、交換信息的格式、錯(cuò)誤的處理等內(nèi)容相鄰的路由器之間每30s交換一次路由信息路由信息來源于本地路由表路由器到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的距離以“跳數(shù)”計(jì)

15、算第39頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三RIP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)問題相同開銷路由：先見為主過時(shí)路由：使用計(jì)時(shí)器超時(shí)時(shí)間一般為180s，相當(dāng)于6個(gè)RIP刷新周期第40頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三慢收斂問題的產(chǎn)生原因正常情況 廣播路由信息 廣播路由信息 發(fā)現(xiàn)故障，更新路由表 收到廣播，更新路由表 收到廣播，更新路由表慢收斂的產(chǎn)生 廣播路由信息 收到廣播，更新路由表 廣播路由信息 收到廣播，更新路由表 發(fā)現(xiàn)故障，更新路由表第41頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三慢收斂問題的解決對策限制路徑最大“距離”對策水平分割對策保持對策帶觸

16、發(fā)刷新的毒性逆轉(zhuǎn)對策第42頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三RIP協(xié)議與子網(wǎng)路由1.RFC頒布第一個(gè)版本之前，RIP協(xié)議已經(jīng)被寫成各種程序并被廣泛使用主要原因：配置和部署簡單2.RIP Version 1使用標(biāo)準(zhǔn)的IP地址，不支持子網(wǎng)路由3.RIP Version 2支持子網(wǎng)路由支持身份驗(yàn)證支持多播第43頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三鏈路狀態(tài)路由選擇算法的基本思想互聯(lián)網(wǎng)上的每個(gè)路由器周期性地向其他路由器廣播自己與相鄰路由器的連接關(guān)系互聯(lián)網(wǎng)上的每個(gè)路由器利用收到的路由信息畫出一張互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖利用畫出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和最短路徑優(yōu)先算法，計(jì)算自己到

17、達(dá)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短路徑第44頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三鏈路狀態(tài)路由選擇算法的基本思想舉例第45頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三OSPF路由選擇協(xié)議1.OSPF路由選擇協(xié)議以鏈路-狀態(tài)算法為基礎(chǔ)2.主要優(yōu)勢收斂速度快支持服務(wù)類型選路提供負(fù)載均衡和身份認(rèn)證3.適用環(huán)境規(guī)模龐大、環(huán)境復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)第46頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三OSPF的主要缺陷和解決方法1.主要缺陷要求較高的路由器處理能力一定的帶寬需求2.主要解決方法分層指派路由器第47頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三向量距離算法與鏈路

18、-狀態(tài)算法的原理性差異1.向量-距離路由選擇算法不需要路由器了解整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過相鄰的路由器了解到達(dá)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可能路徑2.鏈路-狀態(tài)路由選擇算法依賴于整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖利用整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖得到SPF樹，進(jìn)而由SPF樹生成路由表第48頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三部署和選擇路由協(xié)議 靜態(tài)路由適合于小型、單路徑、靜態(tài)IP互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境小型互聯(lián)網(wǎng)可以包含2到10個(gè)網(wǎng)絡(luò)單路徑表示互聯(lián)網(wǎng)上任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸只能通過一條路徑進(jìn)行靜態(tài)表示互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不隨時(shí)間而變化第49頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三部署和選擇路由協(xié)議RIP路由

19、適合于小型到中型、多路徑、動(dòng)態(tài)IP互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境小型到中型互聯(lián)網(wǎng)可以包含10到50個(gè)網(wǎng)絡(luò)多路徑表明在互聯(lián)網(wǎng)的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有多個(gè)路徑可以傳輸數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)表示互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)會(huì)更改（通常是由于網(wǎng)絡(luò)和路由器的改變造成的）第50頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三部署和選擇路由協(xié)議OSPF路由適合較大型到特大型、多路徑、動(dòng)態(tài)IP互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境大型到特大型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該包含50個(gè)以上的網(wǎng)絡(luò)多路徑表明在互聯(lián)網(wǎng)的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有多個(gè)路徑可以傳播數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)表示互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)會(huì)更改（通常是由于網(wǎng)絡(luò)和路由器的改變造成的）第51頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三實(shí)踐：配置

20、路由實(shí)踐方案的選擇靜態(tài)路由的配置過程動(dòng)態(tài)路由的配置過程測試配置的路由第52頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三實(shí)踐方案的選擇路由器方案第53頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三實(shí)踐方案的選擇雙網(wǎng)卡（或多網(wǎng)卡）方案第54頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三實(shí)踐方案的選擇 單網(wǎng)卡多IP地址方案第55頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三靜態(tài)路由的配置注意：不管是實(shí)際應(yīng)用的互聯(lián)網(wǎng)還是實(shí)驗(yàn)性的互聯(lián)網(wǎng)，在進(jìn)行路由配置之前都應(yīng)該繪制一張互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖第56頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三配置主

21、機(jī)的IP地址和默認(rèn)路由（1）第57頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三配置主機(jī)的IP地址和默認(rèn)路由(2)主機(jī)的本地連接屬性窗口主機(jī)的Internet協(xié)議（TCP/IP）屬性對話框第58頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三配置路由設(shè)備的IP地址(1)第59頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三配置路由設(shè)備的IP地址(2)路由器的“本地連接屬性”窗口完成兩個(gè)IP地址添加后的“高級(jí)TCP/IP設(shè)置”對話框路由器的“Internet協(xié)議（TCP/IP）屬性”對話框路由器的“高級(jí)TCP/IP設(shè)置”對話框路由器的“TCP/IP地址”添加對話框第60頁，共73頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)47分，星期三Windows 2000的route命令第61頁，共73頁，2022