計算機網(wǎng)絡基礎第3章路由及路由器

第3章路由與路由器第3章路由與路由器3.1路由技術3.2路由器3.3路由協(xié)議配置3.4訪問控制列表（自學）3.1路由技術什么是路由(routing)技術路由問題郵政舉例郵件的路徑選擇誰來完成路徑選擇工作如何選擇路徑網(wǎng)絡中的路由路徑選擇方式路由技術的基本概念路由問題：路徑選擇如何把這封信發(fā)往舊金山？北京上海東京舊金山可選路徑北京舊金山北京東京舊金山北京上海東京舊金山香港舊金山TWIMS誰來完成路徑選擇工作上海郵局東京郵局舊金山香港？舊金山由郵局組成的郵政系統(tǒng)完成路徑選擇的全過程由每個郵局進行具體的存儲轉發(fā)工作東京？TWIMS如何進行路徑選擇路徑選擇依據(jù)根據(jù)信宿地址確定下一個站點是誰路徑選擇方法查看郵局各自去往信宿的路由表去往舊金山TWIMS路由技術的概念為IP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)間尋找傳輸路徑采用間接尋徑方式將數(shù)據(jù)包逐站傳遞通過網(wǎng)間互連設備—路由器實現(xiàn)路由功能TWIMS路由技術的地位和作用實現(xiàn)異種網(wǎng)絡互連的關鍵技術完成OSI參考模型的第三層功能體現(xiàn)TCP/IP協(xié)議IP層的設計思想屏蔽下層與物理網(wǎng)絡相關的技術細節(jié)用統(tǒng)一的IP地址分層次尋址和尋徑根據(jù)網(wǎng)絡地址實現(xiàn)到達目的網(wǎng)絡的路徑選擇根據(jù)主機地址在目的網(wǎng)絡中選擇到達信宿的路徑TWIMS路由技術三個基本要素路由技術有三個基本要素，數(shù)據(jù)包要到達的目的地址、所有可能的路徑選擇和最佳的路由。路由包含兩個基本的動作：路徑選擇和交換功能。TWIMS選擇最佳傳輸路徑選擇最佳傳輸路徑什么是最佳？定義一種度量標準（Metric）如何得到最佳？根據(jù)度量標準確定一種路由算法根據(jù)算法收集路由信息，作出判斷將判斷結果填入路由表路由器之間交換網(wǎng)絡動態(tài)的路由信息TWIMS網(wǎng)絡的路徑選擇直接尋徑（源與宿在相同網(wǎng)絡）在物理網(wǎng)絡內(nèi)部確定主機—主機的數(shù)據(jù)傳輸路徑間接尋徑（源與宿在不同網(wǎng)絡）確定到達目的網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸路徑在目的網(wǎng)絡中用直接尋徑方法到達信宿TWIMS數(shù)據(jù)交換將IP包在網(wǎng)間傳送在IP層查看去往信宿的路由表，確定下一站點找不到下站的路由，丟棄數(shù)據(jù)報找到下站的路由，確定下站的物理地址在數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)封裝，送網(wǎng)下站數(shù)據(jù)交換特點數(shù)據(jù)包的目的IP地址始終保持不變幀的目的物理地址根據(jù)路徑判定結果逐站改變TWIMS數(shù)據(jù)交換電路交換報文交換分組交換TWIMS確定路由算法設計目標選擇類型定義最佳路徑的度量準則實現(xiàn)路由協(xié)議路由傳輸協(xié)議（RoutedProtocol）網(wǎng)間經(jīng)路由被傳輸?shù)膮f(xié)議：IP，OSI，Netware路由選擇協(xié)議（RoutingProtocol）實現(xiàn)路由選擇算法的協(xié)議：RIP，OSPF，BGP

路由協(xié)議的作用是用來建立以及維護路由表的，路由選擇算法是路由選擇協(xié)議用于決定達到目的網(wǎng)絡的最佳路徑的計算方法。路由選擇協(xié)議與算法

路由算法的設計目標清華大學移動數(shù)字圖書館TWIMS優(yōu)化：根據(jù)一定的優(yōu)化準則選擇最佳路徑的能力簡單：利用最少的物理資源、提供最有效的功能穩(wěn)定：經(jīng)受得住各種惡劣環(huán)境的考驗，故障率低收斂：跟隨路由更新信息變化重新計算，快速取 得全網(wǎng)一致的最佳路由靈活：快速、準確地適應各種網(wǎng)絡環(huán)境和變化選擇最佳路由的度量參數(shù)跳數(shù)：一個分組從源節(jié)點到達目的節(jié)點經(jīng)過的路由器的個數(shù)。一般來說，跳數(shù)越少的傳輸路徑越好；帶寬：鏈路的傳輸速率；延時：一個分組從源節(jié)點到達目的的節(jié)點所花費的時間；負載：單位時間內(nèi)通過路由器或線路的通信量；可靠性：傳輸過程中的誤碼率；開銷：傳輸過程中的耗費，耗費通常與所使用的鏈路帶寬相關。路由及路由表的相關概念路由表：在路由器中維護的路由條目，路由器根據(jù)路由表做路徑選擇。路由表的基本組成

Destination/MaskprotoPrefMetricNexthopInterface9.1.0.0/16RIP1004120.0.0.2Serial09.0.0.0/8OSPF105020.0.0.2Ethernet011.0.0.0/8Static600120.0.0.2Serial020.0.0.0/8Direct0020.0.0.1Ethernet020.0.0.3/32Direct00127.0.0.1LoopBack0路由分類路由分類—靜態(tài)路由與動態(tài)路由

靜態(tài)路由：手工設置，簡單；適于結構簡單的網(wǎng)絡。靜態(tài)路由172.16.2.2S1/2172.16.2.1BRAS1/2192.168.10.1202.99.8.1F1/0F1/0192.168.10.5202.99.8.3RAC192.168.10.0F1/0C172.16.2.0S1/2RBC202.99.8.0F1/0C172.16.2.0S1/2RA去往202.99.8.0？手工添加告訴路由器去往202.99.8.0走S1/2接口這條路S202.99.8.0S1/2RB去往192.168.10.0？手工添加告訴路由器去往192.168.10.0走S1/2接口這條路S192.168.10.0S1/2RB直連路由當在路由器上配置了接口的IP地址，并且接口狀態(tài)為up的時候，路由表中就出現(xiàn)直連路由項f0/0f0/1路由表網(wǎng)段接口

192.168.1.0/24f0/0

10.0.0.0/8f0/1192.168.1.1/2410.1.1.1/820.0.0.0/8對于不直連的網(wǎng)段，需要靜態(tài)路由或動態(tài)路由，將網(wǎng)段添加到路由表中默認路由當路由器在路由表中找不到目標網(wǎng)絡的路由條目時，路由器把請求轉發(fā)到默認路由接口StubNetwork-末節(jié)網(wǎng)絡192.168.2.1S0192.168.1.0B192.168.2.2NetworkAB不論去往哪里的非本網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包都轉發(fā)給路由器A的192.168.2.2接口路由分類動態(tài)路由動態(tài)路由：在大型網(wǎng)絡環(huán)境下，依靠路由協(xié)議（比如OSPF、RIP路由協(xié)議）學習到的路由，由路由器自動發(fā)現(xiàn)和修改路由。路由分類：內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議和外部網(wǎng)關協(xié)議清華大學移動數(shù)字圖書館TWIMS因特網(wǎng)采用分層次的路由選擇協(xié)議。因特網(wǎng)的規(guī)模非常大隱私，安全將整個Internet劃分為許多較小的自治系統(tǒng)AS（AutonomousSystem）。AS的重要特點：有權自主地決定在本系統(tǒng)內(nèi)應采用何種路由選擇協(xié)議。一個AS內(nèi)的所有網(wǎng)絡都屬于一個行政單位（例如，一個公司、一所大學，政府的一個部門，等等）來管轄。自治系統(tǒng)ASAS,IGP,EGP

用內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議（例如，RIP）自治系統(tǒng)B自治系統(tǒng)A用外部網(wǎng)關協(xié)議（例如，BGP-4）R1R2

用內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議（例如，OSPF）自治系統(tǒng)之間的路由選擇也叫做域間路由選擇(interdomainrouting)用外部網(wǎng)關協(xié)議EGP在自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由選擇叫做域內(nèi)路由選擇(intradomainrouting)用內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGP內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGP(InteriorGatewayProtocol)在一個AS內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多

RIP和OSPF協(xié)議。外部網(wǎng)關協(xié)議EGP(ExternalGatewayProtocol)若源站和目的站處在不同的AS中，當數(shù)據(jù)報傳到一個自治系統(tǒng)的邊界時，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個AS中。這樣的協(xié)議就是外部網(wǎng)關協(xié)議EGP在外部網(wǎng)關協(xié)議中目前使用最多的是BGP-4。AS,IGP,EGP距離矢量協(xié)議（如RIP等）鏈路狀態(tài)協(xié)議（如OSPF等）主要動態(tài)路由協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議-RIP路由信息協(xié)議RIP是內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。RIP是一種分布式的基于距離向量算法的路由選擇協(xié)議。RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡中的每一個路由器都要維護從它自己到其他每一個目的網(wǎng)絡的距離記錄內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議RIP“距離”的定義RIP協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hopcount)，每經(jīng)過一個路由器，跳數(shù)就加1從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為1從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加1這里的“距離”實際上指的是“最短距離”ABC10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S1E1RoutingTable10.2.0.010.3.0.011__RoutingTable10.3.0.0_110.4.0.0_1RoutingTable10.1.0.010.2.0.0__

11例：路由表的建立路由器在剛剛開始工作時，只知道到直接連接的網(wǎng)絡的距離（此距離定義為1）手動設置ABC10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S1E1RoutingTable10.1.0.010.2.0.0RoutingTable10.2.0.010.3.0.011__10.4.0.02CRoutingTable10.3.0.0_110.4.0.0_110.2.0.0B2__10.3.0.0B211例：路由表的建立以后，每一個路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。動態(tài)建立10.1.0.02AABC10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S1E1RoutingTable10.1.0.010.2.0.010.3.0.0RoutingTable10.2.0.010.3.0.010.4.0.010.1.0.01122__CARoutingTable10.3.0.0_110.4.0.0_110.2.0.0B210.1.0.0B2__B211例：路由表的建立經(jīng)過若干次更新后，所有的路由器最終都會知道到達本自治系統(tǒng)中任何一個網(wǎng)絡的最短距離和下一跳路由器的地址。動態(tài)建立10.4.0.02BRIP協(xié)議的三個要點僅和相鄰路由器交換信息。交換的信息是當前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的時間間隔交換路由信息，例如，每隔30秒。S1/3S1/2S1/2整個路由表路由器B路由器A路由器BS1/3整個路由表路由器ARIP協(xié)議的優(yōu)缺點RIP存在的一個問題是當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，要經(jīng)過比較長的時間才能將此信息傳送到所有的路由器。

RIP協(xié)議最大的優(yōu)點就是實現(xiàn)簡單，開銷較小。RIP限制了網(wǎng)絡的規(guī)模，它能使用的最大距離為15（16表示不可達）。路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，開銷也就增加。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議鏈路狀態(tài)（Link-State）鏈路狀態(tài)路由協(xié)議向全網(wǎng)擴散鏈路狀態(tài)信息鏈路狀態(tài)路由協(xié)議當網(wǎng)絡結構發(fā)生變化立即發(fā)送更新信息鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只發(fā)送需要更新的信息鏈路狀態(tài)OneRoute鏈路狀態(tài)路由協(xié)議LSDBLSA的RTALSA的RTBLSA的RTCLSA的RTD（二）每臺路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(一）網(wǎng)絡的拓樸結構CABD123CABD123CABD123CABD123（四）每臺路由器分別以自己為根節(jié)點計算最小生成樹（三）由鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫得到的帶權有向圖CABD1235RTCRTD3215RTBRTA1、每個運行OSPF的路由器發(fā)送HELLO報文到所有啟用OSPF的接口。如果在共享鏈路上兩個路由器發(fā)送的HELLO報文內(nèi)容一致，那么這兩個路由器將形成鄰居關系。2、從這些鄰居關系中，部分路由器形成鄰接關系。鄰接關系的建立由OSPF路由器交換HELLO報文和網(wǎng)絡類型來決定。3、形成鄰接關系的每個路由器都宣告自己的所有鏈路狀態(tài)。4、每個路由器都接受鄰居發(fā)送過來的LSA，記錄在自己的鏈路數(shù)據(jù)庫中，并將鏈路數(shù)據(jù)庫的一份拷貝發(fā)送給其它的鄰居。5、通過在一個區(qū)域中泛洪，使得給區(qū)域中的所有路由器同步自己數(shù)據(jù)庫。6、當數(shù)據(jù)庫同步之后，OSPF通過SPF算法，計算到目的地的最短路徑，并形成一個以自己為根的無自環(huán)的最短路徑樹。7、每個路由器根據(jù)這個最短路徑樹建立自己的路由轉發(fā)表。OSPF的運行過程OSPF協(xié)議特點沒有路由跳數(shù)的限制;使用組播更新變化的路由和網(wǎng)絡信息;路由收斂速度較快;以開銷（Cost）作為度量值;采用的SPF算法可以有效的避免環(huán)路;在互聯(lián)網(wǎng)上大量使用，是運用最廣泛的路由協(xié)議;3.2路由器路由器是一種連接多個網(wǎng)絡的互連設備，工作在OSI參考模型的第三層（網(wǎng)絡層），為不同網(wǎng)絡之間報文尋找傳輸路徑并轉發(fā)報文。路由設備的特性

:能解讀網(wǎng)絡層的信息具有兩個以上網(wǎng)絡接口具有路由表路由器的三大功能存儲功能存儲接口進來的數(shù)據(jù)報文，如MAC幀、SDH幀、語音壓縮報文等。處理功能對數(shù)據(jù)報文進行處理，如IP頭校驗、IP選項處理、轉發(fā)尋址、TTL處理、上層協(xié)議處理等。轉發(fā)功能處理完成的數(shù)據(jù)報文從接口轉發(fā)出去，數(shù)據(jù)報文分段、鏈路層地址映射、物理地址映射等。路由器有三類接口：局域網(wǎng)接口、廣域網(wǎng)接口和配置接口。路由器的接口路由器192.168.2.1F1/0S1/2192.168.1.5192.168.3.8F1/1192.168.1.1192.168.3.1路由器的每個接口都必須單獨占用一個網(wǎng)段路由表192.168.2.1F1/0S1/2192.168.1.5192.168.3.8F1/1192.168.1.1192.168.3.1路由器轉發(fā)數(shù)據(jù)報依靠查路由表目標網(wǎng)段出口C192.168.1.0Fastethernet1/0C192.168.2.0Serial1/2C192.168.3.0Fastethernet1/1路由器的每個接口單獨占用一個網(wǎng)段路由器工作原理路由器從接口收到數(shù)據(jù)包，讀取數(shù)據(jù)包里的目的IP地址根據(jù)目的IP地址信息查找路由表進行匹配匹配成功后，按照路由表中轉發(fā)信息進行轉發(fā)匹配失敗，將數(shù)據(jù)包丟棄，并向源發(fā)送方反回錯誤信息報文1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data主機1.1要發(fā)送數(shù)據(jù)到4.2路由表網(wǎng)段接口1.0E02.0S04.0S0路由表網(wǎng)段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理路由表網(wǎng)段接口1.0E02.0S04.0S01.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器接收到數(shù)據(jù)，查看數(shù)據(jù)包中的目標地址為4.2，查找路由表路由表網(wǎng)段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器1根據(jù)路由表轉發(fā)數(shù)據(jù)到S0口路由表網(wǎng)段接口1.0E02.0S04.0S0路由表網(wǎng)段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器2接收到數(shù)據(jù)包，查看數(shù)據(jù)包的目標地址，并查找路由表路由表網(wǎng)段接口1.0E02.0S04.0S0路由表網(wǎng)段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器2根據(jù)路由表轉發(fā)數(shù)據(jù)到E0口路由表網(wǎng)段接口1.0E02.0S04.0S0路由表網(wǎng)段接口1.0S02.0S04.0E0主機4.2接收到數(shù)據(jù)包路由器工作原理按性能檔次，路由器可分為高、中和低檔路由器。按結構，路由器可分為模塊化結構與非模塊化結構從功能上劃分，可將路由器分為核心層（骨干級）路由器，分布層（企業(yè)級）路由器和訪問層（接入級）路由器。路由器的分類帶外管理通過帶外對路由器進行管理(PC與路由器直接相連)帶內(nèi)管理通過Telnet對路由器進行遠程管理通過Web對路由器進行遠程管理通過SNMP工作站對路由器進行遠程管理3.3路由器協(xié)議的配置配置模式提示符進入命令用戶模式Router>特權模式Router#enable全局模式Router(config)#configureterminal線路配置模式Router(config-line)#vty04路由配置模式Router(config-router)#routerrip接口配置模式Router(config-if)#Interfacef1/1路由器配置模式路由器上配置telnet第一步:配置端口地址第二步：配置遠程登錄密碼第三步：配置特權模式密碼RouterA#configureterminal ！進入全局配置模式RouterA(config)#interfacefa1/0 ！進入路由器接口配置模式RouterA(config-if)#ipaddress192.168.0.1255.255.255.0 ！配置路由器管理接口IP地址RouterA(config-if)#noshutdown

！開啟路由器fa1/0接口路由器上配置telnet第一步:配置端口地址第二步：配置遠程登錄密碼第三步：配置特權模式密碼RouterA(config)#linevty04

！進入路由器線路配置模式(子接口命令，linevty04是最大允許5個人同時telnetRouter登陸)RouterA(config-line)#login ！配置遠程登錄RouterA(config-line)#passwordstar ！設置路由器遠程登錄密碼為starRouterA(config-line)#end

！退出線路配置模式路由器上配置telnet第一步:配置端口地址第二步：配置遠程登錄密碼第三步：配置特權模式密碼RouterA#configureterminal ！進入全局配置模式RouterA(config)#enablesecretstar ！設置路由器特權模式密碼為star 加密存放RouterA(config)#enablepasswordstar ！設置路由器特權模式密碼為star 明文存放路由器配置文件的管理查看配置文件showshowversion！查看版本及引導信息showrunning-config！查看運行配置showstartup-config

！查看用戶保存在NVRAM中的配置文件保存配置文件copy/writeRouter#copyrunning-configstartup-configRouter#writememoryRouter#write刪除配置文件deleteRouter#deleteflash:config.text！刪除初始配置文件路由信息Codes:C-connected，S–static，R–RIP，O-OSPFIA-OSPFinterarea，E1-OSPFexternaltype1E2-OSPFexternaltype2，*-candidatedefaultGatewayoflastresortis10.5.5.5tonetwork0.0.0.0 172.16.0.0/24issubnetted,1subnetsC 172.16.11.0isdirectlyconnected,serial1/2OE2172.22.0.0/16[110/20]via10.3.3.3,01:03:01,Serial1/2S*0.0.0.0/0[1/0]via10.5.5.5查看路由信息router#showiproute路由信息O --路由信息的來源(OSPF)172.16.8.0 --目標網(wǎng)絡（或子網(wǎng)）[110 --管理距離(路由的可信度)/20] --度量值(路由的可到達性)via172.16.7.9 --下一跳地址(下個路由器)00:00:23 --路由的存活的時間(時分秒)Serial1/2 --出站接口O172.16.8.0 [110/20]via172.16.7.9,00:00:23,Serial1/2靜態(tài)路由配置靜態(tài)路由配置命令iproute

iproute

[目的網(wǎng)絡地址][子網(wǎng)掩碼][轉發(fā)路由器的IP地址/本地接口]在路由器QuidwayA上配置：iproute129.1.0.0255.255.0.010.0.0.2或者iproute129.1.0.0255.255.0.0serial0/0129.1.0.0/1610.0.0.2E0/0QuidwayBS0/0QuidwayA10.0.0.1靜態(tài)路由配置示例轉發(fā)路由器的IP地址S0/0本地接口缺省路由配置缺省路由：router(config)#iproute0.0.0.00.0.0.0[轉發(fā)路由器的IP地址/本地接口]0.0.0.0/0可以匹配所有的IP地址，屬于最不精確的匹配缺省路由可以看作是靜態(tài)路由的一種特殊情況當所有已知路由信息都查不到數(shù)據(jù)包如何轉發(fā)時，按缺省路由的信息進行轉發(fā)routerB(config)#iproute0.0.0.00.0.0.0172.16.2.2Internet上大約99.99%的路由器上都存在一條缺省路由!172.16.2.1S0B互聯(lián)網(wǎng)RAB172.16.2.2172.16.1.0缺省路由【例】設一個集團單位，有三個子單位分布在一個城市的不同地理位置，建設企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，需要將三個單位互連在一起。假設子單位之間通過租用專線互連。實現(xiàn)子網(wǎng)間的通信RouterARouterBRouterC公司IP子網(wǎng)地址路由器路由器端口名稱內(nèi)口E0外口S0外口S1A192.168.1.0/24RouteA192.168.1.254/2410.0.2.1/24接C10.0.0.2/24接BB192.168.2.0/24RouteB192.168.2.254/2410.0.0.1/2接A10.0.1.2/24接CC192.168.3.0/24RouteC192.168.3.254/2410.0.1.1/24接B10.0.2.2/24接A網(wǎng)絡IP規(guī)劃1.為路由器每個接口配置IP地址主機與Router通過快速以太網(wǎng)口相連RouteA#configterminalRouteA(config)#interfaceFastEthernet0/0RouteA(config-if)#ipaddress192.168.1.254255.255.255.0RouteA(config-if)#noshutdownRouteA(config-if)#Ctrl+z1.為路由器每個接口配置IP地址Router與Router通過串口相連1.為路由器每個接口配置IP地址RouteA(config)#interface

Serial1/0RouteA(config-if)#ipaddress10.0.2.1255.255.255.0RouteA(config-if)#bandwidth1024RouteA(config-if)#description1MLinetoRouteCRouteA(config-if)#noshutdownRouteA(config-if)#Ctrl+zRouteA(config)#interface

Serial1/1RouteA(config-if)#ipaddress10.0.0.2255.255.255.0RouteA(config-if)#bandwidth1024RouteA(config-if)#description1M