路由器概述课件.ppt
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1、路由器概述,重点,路由器的功能、工作原理、根据不同的分类标准进行分类,难点,根据不同的分类标准对路由器进行分类,Version 3.0,广域网“云”,访问服务器,ISDN 交换机,数据服务单元/通道服务单元,Web服务器,常用图例,桥,交换机,路由器,以太网,串行线,快速以太网,DSU/CSU,文件服务器,个人电脑,调制解调器,虚拟局域网(颜色可能不同),集线器,网络云或广播域,电路交换线,多层 交换机,网络 交换机,core_sw_a,ISDN,专线/帧中继,连接典型网络,图例快速以太网/以太网ISDN专线,核心服务器,物理层,数据链路层(MAC子层),物理层实现多种多样有些物理层实现方式支
2、持多种物理介质,Ethernet,100baseTX,10BaseT,802.3,10Base5,10Base2,100baseFX,802.3 说明了10mb以太网规范,802.3u 说明了100mb(快速)以太网规范,100baseT4,10BaseF,DIX 标准,LAN的物理层实现,典型网络中的以太网定位,Access Layer,Distribution Layer,Core Layer,10BaseT以太网定位,快速以太网定位,访问层,分布层,核心层,提供端接用户设备与访问层交换机之间的连接.,一般不会本层使用.,为高性能PC和工作站提供对服务器的高速(100-Mbps)访问.,提
3、供访问层与分布层之间的连接.提供从分布层到核心层的连接.提供从服务器群到核心层的连接.,提供交换机间的互连.,一般不会在本层使用.,10Base5,100BaseTX,10BaseT,100BaseFX,使用介质,最大段长,拓扑类型,连接器,50-欧姆 同轴电缆(粗),500 米,总线,100米,星形,星形,点到点,EIA/TIA 3,4,5 类双绞线2 对,EIA/TIA 5 类双绞线2 对,62.5/125 微米多模光纤,AUI,ISO 8877(RJ-45),双工型介质接口连接器(MIC)ST,ISO 8877(RJ-45),400米,100米,以太网介质比较,区分不同的连接类型,AUI
4、 连接器是DB15,ISO 8877(RJ-45)连接器和插孔比电话连接器RJ-11和插孔略大,光纤连接器接口,UTP设备,RJ-45 连接器,1,8,8,线对4 R4,1,2,3,4,5,6,7,线对T 代表发送R 代表接收,线对2 T2,线对2 R2,线对3 T3,线对1 R1,线对1 T1,线对3 R3,线对4 T4,针,UTP实现直连线,两端的线序相同,针 线1RD+2RD-3TD+4NC5NC6TD-7NC8NC,直连10BaseT/100BaseT,针 线1TD+2TD-3RD+4NC5NC6RD-7NC8NC,服务器/路由器,1,8,直连线,8,1,集线器/交换机,UTP实现交叉
5、线,部分线序交叉,8,1,交叉连接10BaseT/100BaseT,针 线1RD+2RD-3TD+4NC5NC6TD-7NC8NC,针 线1RD+2RD-3TD+4NC5NC6TD-7NC8NC,交叉线,1,8,1,8,8,1,集线器/交换机,集线器/交换机,棕白,棕,蓝,绿,绿白,橙白,蓝白,橙,棕白,橙白,蓝白,棕,绿,橙,绿白,蓝,设备的连接方式,同种设备用交叉线异种设备用直连线Router/PC可以看作同种设备Switch/Hub可以看作同种设备,直通电缆和交叉电缆,交换机,集线器,路由器,PC机,直通电缆,交叉电缆,UTP直连线与交叉线对比,两个端口均标有或均没标有“X”时用交叉线.
6、,有且仅有一个端口标记有“X”时使用直连线.,1x,2x,3x,4x,1x,2x,3x,4x,1x,2x,3x,4x,连接典型网,决定使用10mb或100mb的物理介质指明需要使用什么线类确认面板上的端口,查看是否标记“X”指明需要使用交叉线或直连线,100 Mbps5类交叉线,10 Mbps3,4,5类交叉线,100 Mbps 5类直连线,10 Mbps3,4,5类直连线,10 Mbps3,4,5类直连线,4.1 路由器简介,路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”,以使它们能够相互“读”懂对方的数据,从而构成一个更大的网络。路由器是互联网络的
7、枢纽、“交通警察”。目前路由器已经广泛应用于各行各业,各种不同档次的产品已经成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。,4.1 路由器简介,路由是通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。一般来说,在路由过程中,信息至少会经过一个或多个中间节点。通常,人们会把路由和交换进行对比,这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实,路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层(数据链路层),而路由发生在第三层,即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息,所以两者实现各自功能的方式是不同的。,
8、4.1 路由器简介,早在40多年之间就已经出现了对路由技术的讨论,但是直到80年代路由技术才逐渐进入商业化的应用。路由技术之所以在问世之初没有被广泛使用主要是因为80年代之前的网络结构都非常简单,路由技术没有用武之地。直到最近十几年,大规模的互联网络才逐渐流行起来,为路由技术的发展提供了良好的基础和平台。,4.1 路由器简介,路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择(routing),这也是路由器名称的由来(router,转发者)。作为不同网络之间互相连接的枢纽,路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互连网络 Internet的主体脉络,也可以说,路
9、由器构成了Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一,它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。,4.1 路由器简介,因此,在园区网、地区网、乃至整个Internet 研究领域中,路由器技术始终处于核心地位,其发展历程和方向,成为整个Internet研究的一个缩影。在当前我国网络基础建设和信息建设方兴未艾之际,探讨路由器在互连网络中的作用、地位及其发展方向,对于国内的网络技术研究、网络建设,以及明确网络市场上对于路由器和网络互连的各种似是而非的概念,都具有重要的意义。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。,4.1.1 路
10、由器的主要功能,1.连接网络(1)连接异构网络,即连接不同类型或不同结构的网络。,连接异构网络,4.1.1 路由器的主要功能,连接网络(2)连接远程网络路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。,4.1.1 路由器的主要功能,2.隔离广播路由器不转发广播消息,而把广播消息限制在各自的网络内部。发送到其他网络的数据茵先被送到路由器,再由路由器转发出去。IP路由器只转发IP分组,把其余的部分挡在网内(包括广播),从而保持各个网络具有相对的独立性,这样可以组成具有许多网络(子网)互连的大型的网络。由于是在网络层的互连,路由器可方便地连接不同类型
11、的网络,只要网络层运行的是IP协议,通过路由器就可互连起来。,4.1.1 路由器的主要功能,2.隔离广播路由器有多个端口,用于连接多个IP子网。每个端口的IP地址的网络号要求与所连接的IP子网的网络号相同。不同的端口为不同的网络号,对应不同的IP子网,这样才能使各子网中的主机通过自己子网的IP地址把要求出去的IP分组送到路由器上。,4.1.1 路由器的主要功能,3.路由选择,4.1.1 路由器的主要功能,4.网络安全路由器在工作中还担当着保护内部用户和数据安全的重要责任。主要体现在以下几种方式:(1)地址转换:利用地址转换功能可以将内部的计算机IP地址隐藏在网络内部,能很好地避免来自外部的恶意
12、攻击,但又不影响内部计算机对外网的访问。(2)访问列表:利用访问控制列表可以决定在路由器的接口之间可以通过的数据数据种类或时间等,限制外网的不良信息进入到内网形成的干扰。,一、路由器的功能和作用,路由器是网络中进行网间连接的关键设备,是互连网络的枢纽,路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互连网络 Internet 的主体骨架。在园区网、地区网、乃至整个 Internet 研究领域中,路由器技术始终处于核心地位,其发展历程和方向,成为整个 Internet 研究的一个缩影。路由器之所以在互连网络中处于关键地位,是因为它处于网络层,一方面能够跨越不同的物理网络类型(DDN、FDDI、以太网等
13、等),另一方面在逻辑上将整个互连网络分割成逻辑上独立的网络单位,使网络具有一定的逻辑结构。,路由器的基本功能是,把数据(IP 报文)传送到正确的网络,包括:1、IP 数据报的转发,包括数据报的寻径和传送;2、子网隔离,抑制广播风暴;3、维护路由表,并与其它路由器交换路由信息,这是 IP 报文转发的基础;4、IP 数据报的差错处理及简单的拥塞控制;5、实现对 IP 数据报的过滤和记帐。,对于不同规模的网络,路由器作用的侧重点有所不同:在主干网上,路由器的主要作用是路由选择 在地区网中,路由器的主要作用是网络连接和路由选择 在园区网内部,路由器的主要作用是分隔子网,4.1.2 路由器的工作原理,1
14、.路由选择2.数据转发当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时,它将直接把IP分组送到网络上,对方就能收到。而要送给不同IP子网上的主机时,它要选择一个能到达目的子网上的路由器,把IP分组送给该路由器,由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器,主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关(default gateway)”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数,它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。,4.1.2 路由器的工作原理,路由器转发IP分组时,只根据IP分组目的IP地址的网络号部分,选择合适的端口,把IP分组送出去。同主机一样,路
15、由器也要判定端口所接的是否是目的子网,如果是,就直接把分组通过端口送到网络上,否则,也要选择下一个路由器来传送分组。路由器也有它的缺省网关,用来传送不知道往哪儿送的IP分组。这样,通过路由器把知道如何传送的IP分组正确转发出去,不知道的IP分组送给“缺省网关”路由器,这样一级级地传送,IP分组最终将送到目的地,送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了。,4.1.2 路由器的工作原理,路由动作包括两项基本内容:寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路径,由路由选择算法来实现。由于涉及到不同的路由选择协议和路由选择算法,要相对复杂一些。为了判定最佳路径,路由选择算法必须启动并维护包含路由信息的路由表,
16、其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中,根据路由表可将目的网络与下一站(nexthop)的关系告诉路由器。路由器间互通信息进行路由更新,更新维护路由表使之正确反映网络的拓扑变化,并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就是路由选择协议(routing protocol),例如路由信息协议(RIP)、开放式最短路径优先协议(OSPF)和边界网关协议(BGP)等。,4.1.2 路由器的工作原理,转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找,判明是否知道如何将分组发送到下一个站点(路由器或主机),如果路由器不知道如何发送分组,通常将该
17、分组丢弃;否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点,如果目的网络直接与路由器相连,路由器就把分组直接送到相应的端口上。这就是路由转发协议(routed protocol)。,4.1.2 路由器的工作原理,路由器转发的过程:1.接收到IP包后,解释并处理该数据包的链路层协议报头,完成对数据的完整性进行验证,如CRC校验、帧长度检查等。2.根据数据帧中IP包头的目的IP地址,路由器在路由表中查找下一跳的IP地址。同时IP数据包头的TTL域开始减数,并重新计算校验和。3.封装上相应的链路包头,将IP包经由选择的端口转送出去。,2、路由器的工作原理,路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包
18、寻找一条最佳传输路径,并将该数据包有效地传送到目的站点。由此可见,选择最佳路径的策略即路由算法是路由器工作的关键。为了完成这项工作,在路由器中保存着各种传输路径的相关数据路由表(Routing Table),供路由选择时使用。路径表中保存着目的网络号、出口端、路由器个数(跳数)和下一个路由器的端口地址(下一跳)等内容。路由表既可以由系统管理员固定设置好,即静态路由表;也可以由系统动态修改,即动态路由表。,举例:,A、B、C、D四个网络通过路由器连接在一起,路由器又是如何发挥其路由、数据转发的作用的?现假设网络A中一个用户A1要向C网络中的C3用户发送一个请求信号,信号传递的步骤如下:,第1步,
19、用户A1将目的用户C3的IP地址连同数据信息以数据报的形式通过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的所有节点,当路由器A5端口侦听到后分析得知所发目的节点不是本网段的,需要路由转发,就把数据帧接收下来。第2步,路由器A5端口收到用户A1的数据报后,先从报头中取出目的用户C3的IP地址,并根据路由表计算出发往用户C3的最佳路径,从分析得知到C3的网络ID号与路由器的C5网络ID号相同,所以由路由器的A5端口直接发向路由器的C5端口应是信号传递的最佳途径。,第3步,路由器的C5端口再次取出目的用户C3的IP地址,找出C3的IP地址中的主机ID号,如果在网络中有交换机则可先发给交换机,由交换机
20、根据MAC地址表找出具体的网络节点位置,如果没有交换机设备则根据其IP地址中的主机ID直接把数据报发送给用户C3,一个完整的数据通信转发过程也完成了。对于更复杂的网络,路由器的C5端口会将数据报转发给下一个路由器的端口,如此逐个转发,最终到达目的主机所在的网络。,4.1.3 路由器在网络中的应用,1.网络远程连接2.远程网络访问3.实现VLAN通讯4.Internet连接共享,4.2 路由器的分类与适用,路由器的分类方向:按性能划分按结构划分按网络位置划分按功能划分按传输性能划分按网络类型划分,4.2.1 路由器的按性能划分,根据路由器的端口数量和类型、包处理能力和端口种类可分为:高端路由器(
21、用于大型网络的核心,以适应复杂的网络环境);中低端路由器(用于小型网络的Internet接入或企业网远程接入)。行业规则:背板交换能力40Gbps为高端,25Gbps为低端,居中的为中端。,4.2.1 路由器的按性能划分,Cisco 2800低端路由器,Cisco 3600中端路由器,Cisco 12800高端路由器,4.2.1 路由器的按结构划分,根据路由器的端口扩充能力可分为:模块化路由器(可使用各种类型的模块灵活配置,增加端口种类和数量,以适应企业的业务需求,价格较高);非模块化路由器(只提供固定的端口类型和数量,价格偏低)。,4.2.1 路由器的按结构划分,Cisco 3800模块化路
22、由器,Cisco SOHO 90固定配置路由器,4.2.3 路由器按所处位置划分,根据路由器在网络中所处的位置可分为:核心路由器(有快速的包交换机能力与高速接口,稳定性好,一般用于电信级大规模企业,);分发路由器(用于大中型和ISP连接,要求就是接口数量多。)接入路由器(用于网络边缘,如企业的分部和总部之间、企业和ISP之间)。,4.2.4 路由器按其通用性划分,根据路由器的通用性可分为:通用路由器;专用路由器(功能不一定齐全,但更侧重于某一方面如网吧专用路由器、ADSL路由器)。,4.2.5 路由器按传输性能划分,根据路由器的传输性能可分为:线速路由器(即以媒体传输速度转发);非线速路由器。
23、,4.2.6 路由器按网络类型划分,根据路由器所连的网络类型可分为:有线路由器;无线路由器(传输介质这电磁波)。,4.3 路由器的参数,3.3.1 路由器的基本参数,接口类型CPU内存背板能力端口吞吐量丢包率转发时延,路由表能力网络协议可靠性安全性可管理性其他功能,4.3 路由器的参数,3.3.1 路由器的基本参数,接口类型常见的接口类型:通用串行接口(RS232、V.35和X.21类型的 DTE/DCE接口)10Mbps、10/100Mbps、1000Mbps以太网接口SFP接口ATM接口VOIP语音接口,4.3 路由器的参数,3.3.1 路由器的基本参数,类型丰富的业务板,Intel IX
24、P 2350网络处理器,IDT RV5000网络处理器,3.内存,4.3 路由器的参数,3.3.1 路由器的基本参数,路由器的存储器:ROM、Flash与NVRAMROMFlashNVRAMRAM,1.只读内存(ROM),只读内存(ROM)在交换机、路由器中的功能与计算机中的ROM相似,主要用于系统初始化等功能。ROM中主要包含:(1)系统加电自检代码(POST),用于检测路由器中各硬件部分是否完好;(2)系统引导区代码(BootStrap),用于启动路由器并载入IOS操作系统;(3)备份的IOS操作系统,以便在原有IOS操作系统被删除或破坏时使用。通常,这个IOS比现运行IOS的版本低一些,
25、但却足以使路由器启动和工作。,2.闪存(Flash),闪存(Flash)是可读可写的存储器,在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。Flash中存放着当前使用中的IOS。事实上,如果Flash容量足够大,甚至可以存放多个操作系统,这在进行IOS升级时十分有用。当不知道新版IOS是否稳定时,可在升级后仍保留旧版IOS,当出现问题时可迅速退回到旧版操作系统,从而避免长时间的网路故障。,3.非易失性RAM(NVRAM),非易失性RAM(Nonvolatile RAM)是可读可写的存储器,在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。由于NVRAM仅用于保存启动配置文件(Startup-Config),故其容量
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