計算機網(wǎng)絡技術基礎08.ppt

1、第8章 路由器與路由選擇,吳英 南開大學信息技術科學學院,路由選擇和路由器,路由選擇：選擇一條路徑發(fā)送數(shù)據(jù)報的過程 路由器：進行路由選擇的計算機 IP互聯(lián)網(wǎng)：運行IP協(xié)議，由路由器將多個網(wǎng)絡相互聯(lián)接而形成 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：各個路由器獨立對待每個IP數(shù)據(jù)報 路由器為每個IP數(shù)據(jù)報選擇它所認為的最佳路徑,什么設備具備路由選擇功能？,路由器 主要任務就是路由選擇 多宿主主機 具有多個物理連接 發(fā)送IP數(shù)據(jù)報前，需要決定發(fā)送到哪個物理連接更好 普通主機 具有單個物理連接 通過網(wǎng)絡與多個路由器相連時，發(fā)送IP數(shù)據(jù)報前需要決定發(fā)送給哪個路由器更優(yōu),？,？,？,？,？,

2、？,？,表驅(qū)動IP選路的基本思想,在需要路由選擇的設備中保存一張IP路由表 IP路由表存儲著有關可能的目的地址及怎樣到達目的地址的信息 在轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報時，查詢IP路由表，決定把數(shù)據(jù)報發(fā)往何處,路由表中的目的地址如何表示？,大型互聯(lián)網(wǎng)中有可能存在成千上萬臺主機 路由表中不可能包括所有目的主機的地址信息 內(nèi)存資源占用巨大 路由表搜索時間很長 隱藏主機信息 IP地址：網(wǎng)絡號（netid）和主機號（hostid） IP路由表中保存相關的目的網(wǎng)絡信息,標準的路由表,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目的地的完整路徑 標準的IP路由表包含許多（N,

3、R）對序偶 N：目的網(wǎng)絡IP地址（使用目的主機IP地址的較少） R：到N路徑上的“下一個”路由器的IP地址,標準的路由表舉例,基本的下一站路由選擇算法,無類別域間路由,是標準路由選擇算法的擴充 路由表：（M，N，R）三元組 M：掩碼；N：目的地址；R：到N路徑上“下一個”路由器的IP地址 路由方法：取出IP數(shù)據(jù)報中的目的IP地址，與路由表的“掩碼”逐位相“與”，結果再與表目中“目的地址”比較。如果相同，說明選路成功，數(shù)據(jù)報沿“下一站地址”轉(zhuǎn)發(fā)出去,無類別域間路由舉例,路由表中的特殊路由,默認路由 如果路由表沒有明確指明一條到達目的網(wǎng)絡的路由信息，就將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到默認路由指定的路由器 目的：縮短

4、路由表的長度、減少路由計算時間 特定主機路由 對單個主機（而不是網(wǎng)絡）指定一條特別的路徑 目的：增強安全性、進行網(wǎng)絡連通性調(diào)試和判斷路由表的正確性,統(tǒng)一路由選擇算法中的路由表,特定主機路由表項 掩碼：255.255.255.255，目的地址：目的主機IP地址 默認路由表項 掩碼：0.0.0.0，目的地址：0.0.0.0 標準網(wǎng)絡路由表項 A類 掩碼：255.0.0.0，目的地址：目的網(wǎng)絡IP地址 B類 掩碼：255.255.0.0，目的地址：目的網(wǎng)絡IP地址 C類 掩碼：255.255.255.0，目的地址：目的網(wǎng)絡IP地址 無類別域間路由：掩碼、目的地址,統(tǒng)一的路由選擇算法,CIDR路由聚合

5、（1),CIDR路由聚合（2),最長匹配原則（1),最長匹配原則（2),遵循最長匹配原則的路由算法,IP數(shù)據(jù)報傳輸與處理過程（1）,IP數(shù)據(jù)報傳輸與處理過程（2）,IP數(shù)據(jù)報傳輸與處理過程（3）,例：主機A發(fā)送IP數(shù)據(jù)報（1）,例：主機A發(fā)送IP數(shù)據(jù)報（2）,例：主機A發(fā)送IP數(shù)據(jù)報（3）,例：主機A發(fā)送IP數(shù)據(jù)報（4）,路由表的建立與刷新,靜態(tài)路由 人工指定的路由 動態(tài)路由 路由器通過自己學習得到的路由,靜態(tài)路由,靜態(tài)路由是由人工建立和管理的 靜態(tài)路由不會自動發(fā)生變化 靜態(tài)路由必須手工更新以反映互聯(lián)網(wǎng)拓撲結構或連接方式變化,靜態(tài)路由的特點,優(yōu)勢 安全可靠、簡單直觀，避免了動態(tài)路由選擇的開銷

6、適用環(huán)境 不太復雜的互聯(lián)網(wǎng)結構 劣勢 不適用于復雜的互聯(lián)網(wǎng)結構：建立和維護工作量大，容易出現(xiàn)路由環(huán) 互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)故障，靜態(tài)路由不會自動做出更改,動態(tài)路由,動態(tài)路由可以通過自身學習，自動修改和刷新路由表 動態(tài)路由要求路由器之間不斷地交換路由信息 優(yōu)勢：更多的自主性和靈活性 適用環(huán)境：拓撲結構復雜、網(wǎng)絡規(guī)模龐大的互聯(lián)網(wǎng) 自動排除錯誤路徑 自動選擇性能更優(yōu)的路徑,路徑度量值metric,metric：表征路徑優(yōu)劣的數(shù)值 metric越小，說明路徑越好 metric的計算可以基于路徑的一個特征，也可以基于路徑的多個特征 跳數(shù)（hop count）：IP數(shù)據(jù)報到達目的地必須經(jīng)過的路由器個數(shù) 帶寬（band

7、width）：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間 負載（load）：網(wǎng)絡中（如路由器中或鏈路中）信息流的活動數(shù)量 可靠性（reliability）：數(shù)據(jù)傳輸過程中的差錯率 開銷（cost）：一個變化的數(shù)值，通?？梢愿鶕?jù)帶寬、建設費用、維護費用、使用費用等因素由網(wǎng)絡管理員指定,動態(tài)路由的劣勢,交換路由信息需要占用網(wǎng)絡的帶寬 路由表的動態(tài)修改和刷新需要占用路由器的內(nèi)存和CPU處理時間，消耗路由器的資源,路由選擇協(xié)議,使用動態(tài)路由的基本條件 路由器運行相同路由選擇協(xié)議，執(zhí)行相同路由選擇算法 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

8、徑優(yōu)先協(xié)議OSPF：利用鏈路-狀態(tài)算法 路由收斂（convergence） 含義：互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都運行著相同的、精確的、足以反映當前互聯(lián)網(wǎng)拓撲結構的路由信息 快速收斂是路由選擇協(xié)議最希望具有的特征,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的網(wǎng)絡以及到達該網(wǎng)絡的距離 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,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)絡路徑 初始路由表中各路徑的距離均為0 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 路由器收到

9、其他路由器廣播的路由信息后，刷新自己的路由表（假設Ri收到Rj的路由信息報文）： Rj列出的某表目Ri中沒有：Ri須增加相應表目，其“目的網(wǎng)絡”是Rj表目中的“目的網(wǎng)絡”，其“距離”為Rj表目中的距離加1，而“路徑”則為Rj 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”不變，“距離”為Rj表目中的距離加1，“路徑”為Rj。 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中相應路徑須刪除 Rj去往某目的地的距離發(fā)生變化：Ri中相應表目的“距離”須修改，以Rj中的“距離”加1取代之,路由器啟動時初始化路由表

10、舉例,例：按向量-距離路由選擇算法更新路由表,向量-距離路由選擇算法的特點,優(yōu)點：算法簡單、易于實現(xiàn) 缺點： 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：與自己路由表大小相似 適用環(huán)境 路由變化不劇烈的中小型互聯(lián)網(wǎng),RIP協(xié)議,RIP協(xié)議是向量-距離路由選擇算法在局域網(wǎng)上的直接實現(xiàn) RIP協(xié)議規(guī)定路由器之間交換路由信息的時間、交換信息的格式、錯誤的處理等內(nèi)容 相鄰的路由器之間每30秒交換一次路由信息 路由信息來源于本地路由表 路由器到達目的網(wǎng)絡的距離以“跳數(shù)”計算,RIP協(xié)議的實現(xiàn)問題,相同開銷路由：先見為主 過時路由：使用計時器（超時時間一

11、般為180秒，相當于6個RIP刷新周期）,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,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 帶觸發(fā)刷新的毒性逆轉(zhuǎn)對策,RIP協(xié)議與子網(wǎng)路由,RFC頒布第一個版本之前，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 RIP Version 1：使用標準的IP地址，不支持子網(wǎng)路由 RIP Version 2

12、：支持子網(wǎng)路由、支持身份驗證、支持多播,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)拓撲結構圖 利用畫出的拓撲結構圖和最短路徑優(yōu)先算法，計算自己到達各個網(wǎng)絡的最短路徑,例：鏈路-狀態(tài)路由選擇算法,OSPF路由選擇協(xié)議,OSPF路由選擇協(xié)議以鏈路-狀態(tài)算法為基礎 主要優(yōu)勢 收斂速度快 支持服務類型選路 提供負載均衡和身份認證 適用環(huán)境 規(guī)模龐大、環(huán)境復雜的互聯(lián)網(wǎng),OSPF的主要缺陷和解決方法,主要缺陷 要求較高的路由器處理能力 一定的帶寬需求 主要解決方法 分層 指派路由器,向量-距

13、離與鏈路-狀態(tài)算法的差異,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)的拓撲結構 通過相鄰的路由器了解到達每個網(wǎng)絡的可能路徑 鏈路-狀態(tài)路由選擇算法 依賴于整個互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結構圖 利用整個互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結構圖得到SPF樹，進而由SPF樹生成路由表,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個網(wǎng)絡 單路徑表示互聯(lián)網(wǎng)上任意兩個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸只能通過一條路徑進行 靜態(tài)表示互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結構不隨時間而變化,部署和選擇路由協(xié)議 - RIP路由,適合小型到中型、多路徑、動態(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個網(wǎng)絡 多路徑表明在

14、互聯(lián)網(wǎng)的任意兩個節(jié)點之間有多個路徑可以傳輸數(shù)據(jù) 動態(tài)表示互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結構隨時會更改（通常是由于網(wǎng)絡和路由器的改變造成的）,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、動態(tài)IP互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境 大型到特大型互聯(lián)網(wǎng)應該包含50個以上的網(wǎng)絡 多路徑表明在互聯(lián)網(wǎng)的任意兩個節(jié)點之間有多個路徑可以傳播數(shù)據(jù) 動態(tài)表示互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結構隨時會更改（通常是由于網(wǎng)絡和路由器的改變造成的）,路由配置 - 實驗環(huán)境的選擇,路由器方案 雙網(wǎng)卡計算機方案 單網(wǎng)卡多IP地址方案,路由器方案,雙網(wǎng)卡計算機方案,單網(wǎng)卡多IP地址方案,靜態(tài)路由的配置,注意：不管是實際應用的互聯(lián)網(wǎng)還是實驗性的互聯(lián)網(wǎng)，在進行路由 配置

15、之前都應該繪制一張互聯(lián)網(wǎng)拓撲結構圖,配置主機的IP地址和默認路由,配置主機的IP地址和默認路由,主機的“本地連接屬性”窗口,主機的“Internet協(xié)議（TCP/IP）屬性”對話框,配置路由設備的IP地址,配置路由設備的IP地址,路由器的“本地連接屬性”窗口,完成兩個IP地址添加后的“高級TCP/IP設置”對話框,路由器的“Internet協(xié)議（TCP/IP）屬性”對話框,路由器的“高級TCP/IP設置”對話框,路由器的“TCP/IP地址”添加對話框,Windows 2003的route命令,用route命令配置路由設備的靜態(tài)路由,允許路由設備轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報（1）,實際應用環(huán)境下，應使用專用的路由器作為互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)設備 不推薦利用通用計算機作為路由設備使用 在缺省狀