第二章 路由器概述

第2章路由器

2.1路由器的概述

2.1.1路由器概述

路由器（Router）：路由器（Router）是互聯(lián)網(wǎng)的主要

火設(shè)備。路由器通過路由決定戴城的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路

由選舞（routing）,這也是曲由舞茗稱的由來（router,轉(zhuǎn)發(fā)

者）。

工作在網(wǎng)絡(luò)層，在不同的網(wǎng)絡(luò)間存儲并轉(zhuǎn)發(fā)分組，根據(jù)信

息包的地址將信息包發(fā)送到目的地，必要時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層上的協(xié)

議轉(zhuǎn)換。路由器丟棄所有的廣播幀，所以可以抑制廣播風(fēng)暴。

路由器改進(jìn)了網(wǎng)橋的功能，它將數(shù)據(jù)幀“封裝”到含有路

由和傳送信息的數(shù)據(jù)包中，在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送。當(dāng)路由器收

到一個數(shù)據(jù)包后，讀出其中的源和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址，然后根據(jù)路

由表中的信息，利用復(fù)雜的路由算法，為數(shù)據(jù)包選擇合適的路

由并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)前的路由器后，分解

為數(shù)據(jù)鏈路層所認(rèn)識的數(shù)據(jù)幀，并艷它傳送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

功能：

□在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)分組；

□為網(wǎng)絡(luò)分組尋找最佳傳輸路徑;

□流量控制

□分段和組裝

□實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)隔離，限制廣播風(fēng)暴。（目的地址無法識別

時，路由器將其丟棄，而不是廣演——比較網(wǎng)絡(luò)交換

物

□提供邏輯地址，以識別互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)；

□提供廣域網(wǎng)服務(wù)。

■應(yīng)用：把LAN連入廣域網(wǎng)或作為廣域網(wǎng)的核心連接設(shè)備。

路由器與交換機(jī)的主要區(qū)別:

用路由器連接起來的若干個網(wǎng)絡(luò),它們?nèi)允歉髯元?dú)立的。要想從一

個網(wǎng)絡(luò)訪問用路由器連接起來的另一個網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn),必須指定該站

點(diǎn)的邏輯地址（IP地址），通過廣播是無法與之進(jìn)行通信的。

用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

數(shù)據(jù)封裝的例子

▲

路由器工作流程

工作過程

路由器路由器

發(fā)送傳送接收

路由器的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)原理

■當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺主機(jī)時,

它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對方就能收到。而要送給不同IP

子網(wǎng)上的主機(jī)時，它要選擇一個能到達(dá)目的子網(wǎng)上的路由器，把

IP分組送給該路由器，由路由器負(fù)責(zé)把IP分組送到目的地。如果

沒有找到這樣的路由器，主機(jī)就把IP分組送給一個稱為“缺省網(wǎng)

關(guān)(defaultgateway)”的路由器上?！叭笔【W(wǎng)關(guān)”是每臺主機(jī)

上的一個配置參數(shù)，它是接在同一個網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器端口的

IP地址

■目前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，全部是通過路由器互連起來的，Internet就

是成千上萬個IP子網(wǎng)通過路由器互連起來的國際性網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)

絡(luò)稱為以路由器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)(routerbasednetwork),形成

了以路由器為節(jié)點(diǎn)的“網(wǎng)間網(wǎng)”。在“網(wǎng)間網(wǎng)”中，路由器實(shí)現(xiàn)

兩個基本功能：一、負(fù)責(zé)對IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)；二、負(fù)責(zé)與別的路由

器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，共同確定“網(wǎng)間網(wǎng)”的路由選擇和維護(hù)路由表

路由器的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)原理

■路由動作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容：尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)。尋徑即判定到達(dá)目的

地的最佳路徑，由路由選擇算法來實(shí)現(xiàn)。由于涉及到不同的路由

選擇協(xié)議和路由選擇算法，要相對復(fù)雜一些。為了判定最佳路徑，

路由選擇算法必須啟動并維護(hù)包含路由信息的路由表，其中路由信息依賴于

所用的路由選擇算法而不盡相同。路由選擇算法將收集到的不同信息填入路

由表中，根據(jù)路由表可將目的網(wǎng)絡(luò)與下一站（nexthop）的關(guān)系告訴路由器。

路由器間互通信息進(jìn)行路由更新，更新維護(hù)路由表使之正確反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?/p>

變化，并由路由器根據(jù)量度來決定最佳路徑。這就是路由選擇協(xié)議（routing

protocol）,例如路由信息協(xié)議（RIP）、開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）

和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）等

■轉(zhuǎn)發(fā)即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中

查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個站點(diǎn)（路由器或主機(jī)），如果

路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄；否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)

表項(xiàng)將分組發(fā)送到下一個站點(diǎn)，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由器相連，路由器就

把分組直接送到相應(yīng)的端口上。這就是路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（routedprotocol）

IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸與處理過程（1）

IP數(shù)據(jù)報(bào)

IP:10.1.0.66目的IP=10.3.0.88

掩鵑:

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報(bào)

子網(wǎng)：10.1.0.0目的MAC地址=R2目的IP=10.3.0.88

IP:10.1.0.1

掩碼:255.255.0.0IP數(shù)據(jù)報(bào)

IP：10.1.0.2目的IP=10.3.0.88

掩碼:255.255.0.0IP：10.2.0.1

掩碼：255.255.0.0

R1

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報(bào)

—子網(wǎng)：ia2.o.o

IP:10.3.0.2g的MAC地址=R3目的*=10.3.0.88

掩碼:255.255.0.0

IP:10.2.0.2

掩碼：IP數(shù)據(jù)報(bào)

目的IP=10.3.0.88

IP：10.3.0.1

掩碼:255.255.0.0

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報(bào)

子網(wǎng)：io.3.ao

目的1^冊址=8目的*=10.3.0.88

IP:10.3.0.88

掩碼:255.255.0.0

IF數(shù)據(jù)報(bào)

目的3=10.3,0.88

主機(jī)B

IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸與處理過程（2）

主機(jī)A的路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡(luò)下一站地址

直接投遞

主機(jī)B路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡(luò)下一站地址

直接投遞

IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸與處理過程（2）

路由器R1的路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡(luò)下一站地址

直接投遞

直接投遞

路由器R2的路由表路由器R3的路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡(luò)下一站地址子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡(luò)下一站地址

直接投遞直接投遞

直接投遞直接投遞

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)

主機(jī)A

IP:10.1.0.66

掩碼：

子網(wǎng):10.1.0.0

IP:10.1.0.1

一掩碼:255.255.0.0

IP:10.1.0.22

掩碼:255.255.0.0______IP：10.2.0.1

一掩碼:

R1

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報(bào)

子網(wǎng):10.2.0.0

IP:10.3.0.2目的MAC地址=R3目的IP=10.3.0.88

掩碼:255.255.0.0

IP：10.2.0.2

掩碼:255.255.0.0IP數(shù)據(jù)報(bào)

目的［PRO.3.0.88

1

.0.0

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報(bào)

目的MA選址=B目的IP=10.3.0.88

88

.0.0

IF數(shù)據(jù)報(bào)

目的加=10.3.0.88

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)

IF數(shù)據(jù)報(bào)

).66目的IP=10.3.0.88

i5.0.0

以太幀頭IF數(shù)據(jù)報(bào)

目的MAC地址=R2目的IP=10.3.0.88

11

i5.0.0IP數(shù)據(jù)報(bào)

目的IF=10.3.0.88

T電um；400.Z3Q.U.Uir:IU.z.0.1

掩碼:

R1

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報(bào)

子網(wǎng):10.2.0.0

IP:10.3.0.2目的MAC地址=R3目的IP=10.3.0.88

掩碼:255.255.0.0

IP：10.2.0.2

掩碼:255.255.0.0

R3

IP：10.3.0.1

掩碼:255.255.0.0

子網(wǎng)：io.3.ao

IP:10.3.0.88

掩碼：255.255.0.0

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)

主機(jī)A

IP:10.1.0.66

掩碼：

子網(wǎng):10.1.0.0

IP:10.1.0.1

掩碼:255.255.0.0

IP:10.1.0.2

掩碼:255.255.0.0IP：10.2.0.1

掩碼:

R1

子網(wǎng):10.2.0.0

IP:10.3.0.2

掩碼:255.255.0.0

IP:10.2.0.2

掩碼:255.255.0.0

IP：10.3.0.1

掩碼:255.255.0.0

子網(wǎng)：io.3.ao

IP:10.3.0.88

掩碼：255.255.0.。

路由選擇表的生成和維護(hù)

■路由選擇表：是關(guān)于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息并為網(wǎng)間所有的路

由器共享。路由選擇表的信息包括哪些鏈路是可操作的哪些鏈路

是高容量的等等，共享的具體信息內(nèi)容由所采用的路由信息協(xié)議

決定。

■維護(hù)路由選擇表功能：就是利用路由信息協(xié)議，隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?/p>

變換不斷地自動更新路由選擇表的內(nèi)容

■路由表的生成方式

□手工方式

□自動方式

■螂血乩肝裝的生成和維護(hù)

■任何路由器啟動時，都必須獲取一個初始的路由選擇表。不同的

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，獲取初始路由選擇表的方式可能不同?？偟膩碚f,

有三種方式

□路由器啟動時，從外存讀入一個完整的路由選擇表，長駐內(nèi)

存使用；系統(tǒng)關(guān)閉時，再將當(dāng)前路由選擇表（可能經(jīng)過維護(hù)

更新）寫回外存，供下次使用

□路由器啟動時，只提供一個空表，通過執(zhí)行顯示命令（比如

批處理文件中的命令）來填充

□路由器啟動時，從與本路由器直接相連的各網(wǎng)絡(luò)的地址中推

導(dǎo)出一組初始路由，當(dāng)然，通過初始路由只能訪問相連網(wǎng)絡(luò)

上的主機(jī)

■由此可見，無論哪種情況，初始路由選擇表總是不完善的，需要

在運(yùn)行過程中不斷地加以補(bǔ)充和調(diào)整，這就是路由選擇表的維護(hù)

2.1.2路由器的結(jié)構(gòu)

■硬件組成

□CPU（處理器）

□交換結(jié)構(gòu)（SwitchingFabric）

□RAM（存儲正在運(yùn)行的配置文件）

□FLASH（負(fù)責(zé)保存OS的映像和路由器的微碼）

□NVRAM（保存配置件）

□ROM（加載OS）

□網(wǎng)絡(luò)接口（完成路由器與其它設(shè)備的數(shù)據(jù)交換）

□控制臺端口（CON口）

口輔助端口（AUX口）

內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)

輸入端口、輸出端口、交換開關(guān)、路由處理器、存儲器

網(wǎng)絡(luò)接口

■LAN接口：一個或多個Ethernet

■WAN接口：一個或多個Sync/AsyncSerial

■撥號類接口：BRLPRI等

■擴(kuò)展槽(端口(port)、子槽(subslot)、槽(slot)、

機(jī)框(chassis)四級)

路由器的結(jié)構(gòu)

?軟件結(jié)構(gòu)

■^BOOTROM:主要功能是路由器加電后完成

有關(guān)初始化工作，并向內(nèi)存中加入操作系統(tǒng)代

碼

fCOMWARE:H3c路由器上運(yùn)行的軟件平臺

（IOS之于Cisco）

少備份文件

少配置文件

RE體系結(jié)物

HTTPFTP

RIP0SPFBGPIP語音業(yè)務(wù)VPN

2.1.3路由器供類

三類交換網(wǎng)絡(luò)

AIX

+i_iriLimi>?i二inim|

.口圜■n

；i川nil

p口

memorybus

A

,口口llllHII

B

crossbar

導(dǎo)■Iz

按路由器所處自治系統(tǒng)位置分為三類:

(1)內(nèi)部路由器internalrouters:連接的網(wǎng)絡(luò)都在一個區(qū)域內(nèi)

(2)區(qū)域邊界路由器ABRareaborderrouters:指連接兩個或多個區(qū)域

(3)自治系統(tǒng)邊界路由器ASBRASboundaryrouters:指連接多個自治系統(tǒng)的

路由器

(4)主干路由器(backbonerouters):網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸數(shù)據(jù)的主要通路

上使用的路由器

一臺路由器即可以是ABR又可以是ASBR

其它分類:

■從功能上分類：高端、中低端路由器

■從結(jié)構(gòu)上分類：模塊化、非模塊化結(jié)構(gòu)（固定配置）

■技術(shù)和應(yīng)用特點(diǎn)：骨干級、企業(yè)級、接入

■按所處網(wǎng)絡(luò)位置劃分：路由器可分為核心路由器與接入路

由器。

■近程路由器和遠(yuǎn)程路由器

■靜態(tài)路由器和動態(tài)路由器

■單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器

2.2路由選擇算法

2.2.1路由中的基本概念

■路由就是指通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點(diǎn)移動到目標(biāo)地點(diǎn)的活動。

一般來說，在路由過程中，信息至少會經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點(diǎn)。

?路由表或稱路由擇域信息庫（RIB）是一個存儲在

路由器或者聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)中的類數(shù)據(jù)庫。路由表存儲

著指向特定網(wǎng)絡(luò)地址的路徑。路由表中含有網(wǎng)絡(luò)周

邊的拓?fù)湫畔?。路由表建立的主要目?biāo)是為了實(shí)現(xiàn)

藍(lán)由協(xié)雙知靜態(tài)露由選擇。

■靜態(tài)（static）路由表：事先設(shè)置固定不變的路徑表。

■動態(tài)（dynamic）路由表：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?fù)載的改變等情況自動調(diào)整

的路徑表。

?最小費(fèi)用路由

■最小費(fèi)用路由是指網(wǎng)絡(luò)中一條路徑是最短的或是最經(jīng)濟(jì)的。

■路徑最短可以用跳步數(shù)計(jì)數(shù)，每經(jīng)過一個路由為一跳，而不管這條路徑

的實(shí)際長度為多少，都被認(rèn)為是等長的。

■另一種方法是將一個權(quán)值賦予某條鏈路，權(quán)值也稱為鏈路的符號長度。

2.2.1路由中的基本概念

路由表

目的網(wǎng)子網(wǎng)掩碼躍點(diǎn)數(shù)網(wǎng)關(guān)接口

5510

default4541

8540

Controller

10x20004...005345000000UAN<PPP/SLIP>Interface

ActiveRoutes：

NetworkDestinationiNetmaskGatewayInterfaceMetric

0.0.0.00.0.0.04421

0.0.0.00.0.0.054541

12?.0.0.11

4430

45520

55554420

5554541

545512?.0,0.150

5555545450

4420

54541

5555441

255?255.255.2555554541

DefaultGateway：54

persistentRoutes：

None

:XDocumentsandSettings\fidministKator>

2.21路由中的基本概念

端口地址

端口1端口2端口3端口4

路由選擇是通過路由算法確定到達(dá)目的地址（目

的端網(wǎng)絡(luò)地址的最佳路徑,路由選擇實(shí)現(xiàn)的算法

是:路由器通過路由選擇算法，建立并維護(hù)一個路

由表,在路由表中包含了目的地址和下一跳路由

器地址等多種路由信息,路由表中的路由信息指

明每一臺路由器應(yīng)該把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給誰,它的下

一跳路由器地址是什么.路由器根據(jù)路由表提供

的下一跳路由器地址川等數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路

由器,常見路由選擇算法有距離矢量路由選擇算

法和鏈路狀態(tài)路由算法

2.2.2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刷新自

己的路由表

向量?距離算法(1)

1.路由器啟動時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0

2.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

向量?距離算法(2)

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Rj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還小：Ri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”力口1取代之

路由器啟動時初始化路由表舉例

目的網(wǎng)絡(luò)路徑離

直接0

直接0

a）路由器R1附近的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋌）路由器R1的初始路由表

按照向量一距離路由選擇算法更新路由表舉例

Ri原路由表Rj廣播的路由信息員刷新后的路由表

目的網(wǎng)絡(luò)路徑距離目的網(wǎng)絡(luò)距離目的網(wǎng)絡(luò)路徑距離

直接04直接0

Rii74此5

Rj32片3

R1434

Rj55Ri4

Rin10R6

Rj6Rm10

向量一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)

223鏈路一狀態(tài)路由選擇

鏈路狀態(tài)路由選擇算法又稱最短路徑優(yōu)先算法

鏈路狀態(tài)指的是路由器連接的網(wǎng)絡(luò)以及連接在這個網(wǎng)

絡(luò)上的路由器狀態(tài),就是相鄰路由器的工作狀態(tài)

223鏈路一狀態(tài)路由選擇

算法的基本思想互聯(lián)網(wǎng)上的每個路由器周期性地向

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

自己到達(dá)各個網(wǎng)絡(luò)的最短路徑

■1經(jīng)典Dijkstra算法的主要思想

Dijkstra算法的基本思路是：假設(shè)每個點(diǎn)都有一對標(biāo)號p）,其中

4是從起源點(diǎn)s到點(diǎn)j的最短路徑的長度汕頂點(diǎn)到其本身的被殖解徑是零

跑（沒有弧的路），其長度等于零）；p則是從s到j(luò)的最短路徑中j點(diǎn)的前一點(diǎn)。

求薜從起源點(diǎn)s到點(diǎn)伊勺最短路徑算法的基本過程如下：

11初給花。起源點(diǎn)設(shè)置為：①d=0,之為空;②所有其他點(diǎn):

Pp?;@琮田起源點(diǎn)s,記k=s,其他所看點(diǎn)硬為未標(biāo)記的。

2）檢驗(yàn)從所有已標(biāo)記的點(diǎn)k到其直接連接的未標(biāo)記的點(diǎn)j的距離，并

設(shè)置：dpmin[dd+l]

式小一,P,k」ki.............

,%是從點(diǎn)k至D的直接連接距離。

3）選取下一格點(diǎn)。從曲有未標(biāo)記的結(jié)點(diǎn)中，選取可中最小的一個i：

dj=min[與所有未標(biāo)記的點(diǎn)j]

點(diǎn)i就被選為最短路徑中的一點(diǎn)，并設(shè)為已標(biāo)記的。

4）找到點(diǎn)i的前一點(diǎn)。從已標(biāo)記的點(diǎn)中找到直接連接到點(diǎn)i的點(diǎn)j*,作

為前一點(diǎn),設(shè)亶：

??力

1=J

5）標(biāo)記點(diǎn)i。如果所有點(diǎn)已標(biāo)記，則算法完全推出，否則，記k=i,轉(zhuǎn)

到2）需繼續(xù)。

DIJKSTRA'SALGORITHM

鏈路一狀態(tài)路由選擇算法的基本思想舉例

鏈路■狀態(tài)算法特點(diǎn)

1.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

2,適用環(huán)境

規(guī)模龐大、環(huán)境復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)

鏈路?狀態(tài)算法特點(diǎn)

3.主要缺陷

要求較高的路由器處理能力

一定的帶寬需求

4.主要解決方法

分層

指派路由器

向量一距離算法與鏈路■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

依賴于整個互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

利用整個互聯(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

2.3路由協(xié)議

2.3.1自治系統(tǒng)的引入

不把互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)看作多個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，而是當(dāng)作一個獨(dú)立

■自治系統(tǒng)的組織，所有該網(wǎng)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)處于這個組織的控制之下。

主干網(wǎng)

自治系統(tǒng)AS

■自治系統(tǒng)就是一種路由域。

■每個自治系統(tǒng)都有一個唯一的自治系統(tǒng)編號，這個

編號是由互聯(lián)網(wǎng)授權(quán)的管理機(jī)構(gòu)分配的。它的基本

思想就是希望通過不同的編號來區(qū)分不同的自治系

統(tǒng)。

■自治系統(tǒng)的編號范圍是1~65535,其中1到65411是

注冊的互聯(lián)網(wǎng)編號，65412~65535是專用網(wǎng)絡(luò)編號。

■一個大型的自治系統(tǒng)常?？梢詣澐殖蓭讉€較小的路

由域。

■因特網(wǎng)就是由多個自治系統(tǒng)構(gòu)成的大型互連網(wǎng)絡(luò)。

每個自治系統(tǒng)被看做是一個進(jìn)行自我管理的網(wǎng)絡(luò)，

一個自治系統(tǒng)只負(fù)責(zé)管理自己內(nèi)部的路由。

■每個自治系統(tǒng)中包含了處于一個機(jī)構(gòu)管理

之下的若干網(wǎng)絡(luò)和路由器。一個大的自治

系統(tǒng)通常又可分為幾個較小的路由域。這

些區(qū)域可以配置一至多個邊界路由器。

■路由域是由多臺路由器所連接的網(wǎng)域。它

屬于一種管理實(shí)體，它的范圍是指它所涉

及的網(wǎng)絡(luò)民子網(wǎng)的數(shù)量。

■建立路由域的目的在于確定路由信息分發(fā)

的邊界，并最終實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)包數(shù)量的限制。

ASI主干（區(qū)域0）AS2

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議

■在自治系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行的路由協(xié)議統(tǒng)稱為內(nèi)部網(wǎng)

關(guān)注議。

■在外部路由器上運(yùn)行的路由協(xié)議稱為外部網(wǎng)關(guān)

協(xié)議(EGP,Externalgatewayprotocol)o

■當(dāng)前因特網(wǎng)上運(yùn)行的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要是邊界

網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP,Bordergateway

protocol)o

IGP&EG"XEGP)

自治系統(tǒng)AS100自治系統(tǒng)AS200

BGP

-

內(nèi)部路由協(xié)議(IGP)

■RIP

■0SPF

■IS-IS

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議

IGP-EGP—f—IGP-

（例如，RIP）（例如，BGP-4）1（例如，OSPF）

IGP可以進(jìn)一步分為距離向量路由協(xié)議(DistanceVector,

DV)、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議(linkstate,LS)和混合路由協(xié)

議。距離向量路由協(xié)議主要有RIP(RoutingInformation

Protocol)、IGRP(InteriorGatewayRoutingProtocol)、

IS—IS(IntermediateSystem—to—IntermediateSystem);

鏈路狀態(tài)路由協(xié)議主要有OSPF(OpenShortestPathFirst)

而混合路由協(xié)議有EIGRP(EnhancedIGRP)。

2.3.2路由信息協(xié)議RIP

路由信息協(xié)議RIP(RoutingInformation

Protocols)是使用最廣泛的距離向量協(xié)議，

它是由施樂公司(Xerox)在70年代開發(fā)的，

專門為小型互連網(wǎng)而設(shè)計(jì)。

■經(jīng)過多年的應(yīng)用之后，被因特網(wǎng)協(xié)議組采納，

在1988年正式標(biāo)準(zhǔn)化為RFC1058。1993年又

推出RIP協(xié)議的第二版RIPv2,1994年標(biāo)準(zhǔn)化

為RFC1723.

路由信息協(xié)議RIP是一個基于距離向量的分布式路由選擇協(xié)

議,是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP),用于一個自治系統(tǒng)(AS)內(nèi)

的路由信息的傳遞。RIP協(xié)議是基于距離矢量算法(Distance

VectorAlgorithms)的,它使用“跳數(shù)”，即metric來衡量

至［達(dá)目標(biāo)地址的路由距離。

RIP協(xié)議有兩種版本：第一版(RIPvl)和第二版(RIPv2)。

RIPvl的功能非常有限，因?yàn)樗恢С諧IDR(無類域間路由選擇

)地址解析。這就意味著這個協(xié)議只是一個有類域協(xié)議，你不

能把24掩碼網(wǎng)絡(luò)分成更小的單位。另外，RIPvl還使用廣播發(fā)

送信息。這就意味著主機(jī)不能忽略RIP廣播。

RIPv2數(shù)據(jù)包有自己的報(bào)頭，同許多其它協(xié)議一樣。RIP協(xié)

議是在UDP協(xié)議之上的.每一個RIP數(shù)據(jù)包都包含一個指令、一

個版本編號和一個路由域。然后后面是最多25條路由信息(一

個數(shù)據(jù)包內(nèi))。

RIP的路由度量

■RIP是基于D?V的動態(tài)路由協(xié)議，其度量方法是跳

距（跳躍計(jì)數(shù)，hopcount）o每經(jīng)過一臺路由器，

路徑的跳數(shù)加一。

■如果到相同目標(biāo)有二個不等速或不同帶寬的路由

器，但跳躍計(jì)數(shù)相同，則RIP認(rèn)為兩個路由是等距

離的。

■RIP算法會優(yōu)先選擇跳數(shù)少的路徑。RIP支持的最

大跳數(shù)是15,跳數(shù)為16的網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為不可達(dá)。

RIP的路由更新機(jī)制

■RIP通過廣播UDP報(bào)文來交換路由信息，它使

用的UDP端口號是520。

■RFC(RequestForComments)規(guī)定：缺

省情況下，RIP的路由更新時間是30秒，路由

無效的時間是180秒；路由刪除的時間是300

秒。

■注意：Cisco路由器規(guī)定的路由刪除的時間是

240秒。

■RIP支持水平分割、路由中毒和觸發(fā)更新。

路由環(huán)路問題

RTE/^ROUTER

RTBRTC

ROUTERX

ROUTER

RTA

方案一：定義一個最大值

方案二：水平分割

方案三：路由中毒

方案四：抑制時間

方案五：觸發(fā)更新

RIP第二版本的增強(qiáng)特性

■RIPv2支持驗(yàn)證、密鑰管理、路由聚合、無類

域間路由(CIDR)和變長子網(wǎng)掩碼(VLSMs):

■原始RIP由于沒有掩碼，不能使用可變長子網(wǎng)

掩碼和路由聚合特征,因此不能分割地址空間

以最大效率應(yīng)用有限的IP地址。

■RIPv2把和路由相關(guān)的子網(wǎng)掩碼包含在路由更

新報(bào)文中，實(shí)現(xiàn)了VLSMs和CIDR。

■RIPv2還增加了驗(yàn)證機(jī)制和報(bào)文組播等特性。

4字節(jié)

地址類別路由標(biāo)記

4字節(jié)網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼

命令版本必為

0下一跳路由器地址

距離(1-16)

首部路由部分

路由信息

RIP報(bào)文(20字節(jié)/路由)

可重復(fù)出現(xiàn)

IPUDP最多25個

首部首部

——UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)

IP數(shù)據(jù)報(bào)----------

■RIP只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

■RIP每隔30秒一次的路由信息廣播可能造成網(wǎng)絡(luò)的廣

播風(fēng)暴。

■收斂速度慢是RIP協(xié)議的主要問題。

■RIP協(xié)議的一個基本問題是它固定的路由度量。當(dāng)選

擇路徑時它忽略了鏈路的速度、延遲、負(fù)載等因素。

■RIP協(xié)議的另一個明顯不足是缺乏負(fù)載均衡能力。在

具有多條可用鏈路的情況下，RIP會選擇首先知道的

一b條鏈路轉(zhuǎn)發(fā)所有報(bào)文。

233開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF

20世紀(jì)80年代中期，為了適應(yīng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

的互連，開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF隨之產(chǎn)

生。

■它是IETF的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組為IP網(wǎng)絡(luò)而開

發(fā)的一種路由協(xié)議。

■最初的OSPF規(guī)范在RFC1131中發(fā)布。1991年

在RFC1247中又推出OSPF版本2。最新的版

本是RFC2328。

OSPF協(xié)議的基本特點(diǎn)

■OSPF是OpenShortestPathFirst的英文縮寫。

■“開放”是針對當(dāng)時某些廠家的“私有”路由協(xié)

議而言，表明是公開發(fā)表的協(xié)議。正是因?yàn)?/p>

OSPF協(xié)議開放性，才造成OSPF今天強(qiáng)大的生

命力和廣泛的用途。

■“最短路徑優(yōu)先”是因?yàn)槭褂昧薉ijkstra提出

的最短路徑算法SPF

■OSPF只是一個協(xié)議的名字，它并不表示其他的

路由選擇協(xié)議不是“最短路徑優(yōu)先”。

■是分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。

OSPF的鏈路狀態(tài)通告機(jī)制

■OSPF是基于鏈路狀態(tài)L?S的路由協(xié)議。它通過傳遞鏈路狀態(tài)

通告LSA來得到網(wǎng)絡(luò)信息，維護(hù)一張網(wǎng)絡(luò)有向拓?fù)鋱D，利用

最短路徑優(yōu)先算法（SPF算法）得到路由袤。

■路由表的變化基于網(wǎng)絡(luò)中路由器物理連接的狀態(tài)與速度，鏈

路狀態(tài)一旦變化立即被廣播到網(wǎng)絡(luò)中的每一個路由器。

■LSA每30分鐘被交換一次，除非網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有變化。例如,

如果接口變化，信息立刻通過網(wǎng)絡(luò)廣播；如果有多余路徑，

將重新計(jì)算SPF樹。

■OSPF可以通過計(jì)算來防止環(huán)路。子網(wǎng)掩碼也在LSA中同時

被傳輸，支持VLSM和路由聚合的特征。

鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫

■由于各路由器之間頻繁地交換鏈路狀態(tài)信息，

因此所有的路由器最終都能建立一個鏈路狀態(tài)

數(shù)據(jù)庫。

■這個數(shù)據(jù)庫實(shí)際上就是全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，它

在全網(wǎng)范圍內(nèi)是一致的（這稱為鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)

庫的同步）。

■OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫能較快地進(jìn)行更新，

使各個路由器能及時更新其路由表。OSPF的

更新過程收斂得快是其重要優(yōu)點(diǎn)。

三個要點(diǎn)

■向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息，這里

使用的方法是泛洪法。

■洪泛法（Flooding）這是最簡單的向前傳送

組播路由算法，并不構(gòu)造所謂的分布樹。

■發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由

器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部

分信息。

■只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才用泛

洪法向所有路由器發(fā)送此信息。

勺泛洪法

OSPF的算法的收斂速度

■OSPF直接運(yùn)行在IP協(xié)議上，它的協(xié)議號是

89O

■IP服務(wù)類型為0,優(yōu)先級為網(wǎng)絡(luò)控制，并使

用組播地址來表示所有SPF路由器。

這樣，可以使它的鏈路狀態(tài)通告在IP協(xié)議中

投遞時獲得較高的優(yōu)先級，進(jìn)而加快算法的

收斂速度。

OSPF直接用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送

■OSPF不用UDP而是直接用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送，

可見OSPF的位置在網(wǎng)絡(luò)層。

■OSPF構(gòu)成的數(shù)據(jù)報(bào)很短。這樣做可減少路由

信息的通信量。

■數(shù)據(jù)報(bào)很短的另一好處是可以不必將長的數(shù)據(jù)

報(bào)分片傳送。分片傳送的數(shù)據(jù)報(bào)只要丟失一個,

就無法組裝成原來的數(shù)據(jù)報(bào)，而整個數(shù)據(jù)報(bào)就

必須重傳。

OSPF的區(qū)域(area)

■為了使OSPF能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，

OSPF將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的

范圍，叫作區(qū)域。

■每一個區(qū)域都有一個32bit的區(qū)域標(biāo)識符(用

點(diǎn)分十進(jìn)制表示)。

■區(qū)域也不能太大，在一個區(qū)域內(nèi)的路由器最好

不超過200個。

至其他自治系統(tǒng)

區(qū)域0.0.0?2

劃分區(qū)域

■劃分區(qū)域的好處就是將利用洪泛法交換鏈路狀

態(tài)信息的范圍局限于每一個區(qū)域而不是整個的

自治系統(tǒng)，這就減少了整個網(wǎng)絡(luò)上的通信量。

■在一個區(qū)域內(nèi)部的路由器只知道本區(qū)域的完整

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，而不知道其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那?/p>

況。

■OSPF使用層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分。在上層的區(qū)

域叫作主干區(qū)域(backbonearea)。主干區(qū)域

的標(biāo)識符規(guī)定為0?0.0?0。主干區(qū)域的作用是用

來連通其他在下層的區(qū)域。

由器類型

■根據(jù)一個路由器在相應(yīng)的區(qū)域之內(nèi)的作用，OSPF

網(wǎng)絡(luò)中的路由器可分為：

■主干路由器

■內(nèi)部路由器

■區(qū)域邊界路由器(ABR,AreaBorderRouter)

■自治系統(tǒng)邊界路由器(ASBR)4種類型。

主干路由器

至其他自治系統(tǒng)

內(nèi)部路由器

至其他自治系統(tǒng)

區(qū)域邊界路由器

區(qū)域0.0?

區(qū)域0.0.0?2

OSPF分組

081631

版本類型分組長度

路由器標(biāo)識符

區(qū)域標(biāo)識符

檢驗(yàn)和鑒別類型

鑒別

鑒別

F—24字節(jié)一

OSPF分組首部類型1至類型5的OSPF分組

IP數(shù)據(jù)報(bào)首部OSPF分組

IP數(shù)據(jù)報(bào)

PF制分組

■類型1,問候(Hello)分組。

■類型2,數(shù)據(jù)庫才苗述(DatabaseDescription)分組。

■類型3,鏈路狀態(tài)請求(LinkStateRequest)分組。

■類型4,鏈路狀態(tài)更新(LinkStateUpdate)分組，

用泛洪法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。

■類型5,鏈路狀態(tài)確認(rèn)(LinkStateAcknowledgment)分組。

OSPF協(xié)議計(jì)算路由過程

（一）網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（二）每臺路由器的鏈（三）由鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫得

路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫到的帶權(quán)有向圖

3333

（四）每臺路由器分別以自己為根節(jié)點(diǎn)計(jì)算最小生成樹

HELLO協(xié)議

□HELLO協(xié)議：是基于路由的網(wǎng)絡(luò)時延。最初NSFNET中用了HELLO協(xié)

議，目前已不用。

□HELLO協(xié)議提供兩種功能：

-使各機(jī)器的時鐘得到同步。

-每個機(jī)器都能計(jì)算出到目的主機(jī)的最小時延路由。

□HELLO協(xié)議的原理：參加交換HELLO報(bào)文每一個機(jī)器都有一個相鄰

機(jī)器時鐘的最佳估算值表。一個機(jī)器在發(fā)送分組時，要加上一個時

間戳，寫入當(dāng)前的時鐘值。當(dāng)從相鄰路由器發(fā)來的分組到達(dá)時，機(jī)

器計(jì)算分組在鏈路上的時延：從對相鄰機(jī)器時鐘的估算值減去分組

中時間戳上的時鐘值。所有的機(jī)器要周期性地向相鄰機(jī)器發(fā)出輪詢

,以重新建立時鐘的估算值。

□HELLO協(xié)議有的局限性：Heilo不能快速更新，否則會導(dǎo)致選路的

振蕩；使用HELLO協(xié)議的范圍不能超過256個機(jī)器;每個機(jī)器所使用的

路由表需要由人工來配置。

OSPF的基本操作

問候

確定q達(dá)性

iL數(shù)據(jù)庫描述

數(shù)據(jù)庫描述

Nil北乙洋AAEit--

達(dá)到數(shù)據(jù)庫的同步'數(shù)據(jù)庫描述

數(shù)據(jù)庫描述

w-

t鏈路狀態(tài)請求_

■

新情況下的同步鏈路狀態(tài)更新

鏈路狀態(tài)確認(rèn)

j

IF.

指定的路由器

■多點(diǎn)接入的局域網(wǎng)采用了指定的路由器

(designatedrouter)的方法，使廣播的信息量

大大減少。

■指定的路由器代表該局域網(wǎng)上所有的鏈路向連

接到該網(wǎng)絡(luò)上的各路由器發(fā)送狀態(tài)信息。

OSPF支持三種網(wǎng)絡(luò)連接

1.兩個路由器之間的點(diǎn)對點(diǎn)連接

2.具有廣播功能的局域網(wǎng)

3.無廣播功能的廣域網(wǎng)

■支持大型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，提供了一個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間通過同一

種協(xié)議交換網(wǎng)絡(luò)信息的途徑，并且不容易出現(xiàn)錯誤的路由。

■支持路由驗(yàn)證，只有互相通過路由驗(yàn)證的路由器之間才能交

換路由信息；并且可以對不同的區(qū)域定義不同的驗(yàn)證方式，

從而提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

■支持費(fèi)用相同的多條鏈路上的負(fù)載均衡。

■路由信息不受跳數(shù)的限制，減少了因分級路由帶來的子網(wǎng)分

離問題。

■支持VLSM和CIDR,有利于網(wǎng)絡(luò)地址的有效管理。

■使用區(qū)域?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層，減少了協(xié)議對CPU處理時間和內(nèi)

存的需求。

OSPF的其他特點(diǎn)

■OSPF對不同的鏈路可根據(jù)IP分組的不同服務(wù)類

型而設(shè)置成不同的代價。因此，OSPF對于不同

類型的業(yè)務(wù)可計(jì)算出不同的路由。

■每一個鏈路狀態(tài)都帶上一個32bit的序號，序號

越大狀態(tài)就越新。序號的增長速度不超過每5秒1

次。

■OSPF還規(guī)定每隔一段時間，如30分鐘，要刷新一

次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。

■由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器

的連通狀態(tài)，因而與整個互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模并無直接關(guān)

系。因此當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時，OSPF協(xié)議要比距

離向量協(xié)議RIP好得多。

■OSPF沒有“壞消息傳播得慢”的問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，

其響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的時間小于100mSo

734邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP

■邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP是為TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的一種外

部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）,在多個自治系統(tǒng)或域間執(zhí)行

路由、與其它BGP系統(tǒng)交換路由和可達(dá)性信息。

BGP的早期版本由RFC1105、RFC1163和

RFC1267描述。RFC1654描述了第一個BGP4規(guī)范。

BGP4的當(dāng)前版本由RFC1771描述。

■BGP的出現(xiàn)，引起了Internet的重大變革，它把多