路由器的原理与配置.ppt
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1、路由器的原理与配置,主讲人 向春枝,一、路由器的基本原理,1、路由的定义:路由就是跨越互联网,把信息从源端送到目的端。,R,R,R,R,R,R,R,R,H,H,H,H,H,H,LAN,LAN,LAN,2、路由器的功能:网络层属于OSI中的第三层,从它的名字可以看出,它解决的是网络与网络之间,即网际的通信问题,而不是同一网段内部的事。网络层的主要功能即是提供路由,即选择到达目标主机的最佳路径,并沿该路径传送数据包。除此之外,网络层还要能够消除网络拥挤,具有流量控制和拥挤控制的能力。路由器是一种典型的网络层设备。,路由器,路由器,它与前面所介绍的集线器和交换机不同,它不是应用于同一网段的设备,而是
2、应用于不同网段或不同网络之间的设备,属网际设备。路由器之所以能在不同网络之间起到“翻译”的作用,是因为它不再是一个纯硬件设备,而是具有相当丰富路由协议的软、硬结构设备,如RIP协议、OSPF协议、EIGRP、IPV6协议等。这些路由协议就是用来实现不同网段或网络之间的相互“理解”。(1)协议转换:能对网络层及其以下各层的协议进行转换。(2)路由选择:当分组从互联的网络到达路由器时,路由器能根据分组的目的地址按某种路由策略,选择最佳路由,将分组转发出去,并能随网络拓扑的变化,自动调整路由表。,(3)能支持多种协议的路由选择:路由器与协议有关,不同的路由器有不同的路由器协议,支持不同的网络层协议。
3、如果互联的局域网采用了两种不同的协议,例如,一种是TCP/IP协议,另一种是SPX/IPX协议(即Netware的传输层/网络层协议),由于这两种协议有许多不同之处,分布在互联网中的TCP/IP(或SPX/IPX)主机上,只能通过TCP/IP(或SPX/IPX)路由器与其他互联网中的TCP/IP(或SPX/IPX)主机通信,但不能与同一局域网中的SPX/IPX(或TCP/IP)主机通信。多协议路由器能支持多种协议,如IP,IPX及X.25协议,能为不同类型的协议建立和维护不同的路由表。这样不仅能连接同一类型的网络,还能用它连接不同类型的网络。(4)流量控制:路由器不仅具有缓冲区,而且还能控制收
4、发双方数据流量,使两者更加匹配。,(5)分段和组装:当多个网络通过路由器互联时,各网络传输的数据分组的大小可能不相同,这就需要路由器对分组进行分段或组装。即路由器能将接收的大分组分段并封装成小分组后转发,或将接收的小分组组装成大分组后转发。如果路由器没有分段组装功能,那么整个互联网就只能按照所允许的某个最短分组进行传输,大大降低了其他网络的效能。(6)网络管理:路由器是连接多种网络的汇集点,网间分组都要通过它,在这里对网络中的分组、设备进行监视和管理是比较方便的。因此,高档路由器都配置了网络管理功能,以便提高网络的运行效率、可靠性和可维护行。,3、路由器的工作流程:Internet是由众多相对
5、独立的子网连接起来的互联网络,各子网内部又由许多主机组成。子网内部主机间的通信按照链路层协议进行;子网之间的通信则要通过路由器实现。传统上路由器工作于网络7层协议的第三层,其主要任务是接收来自一个网络接口的分组,根据其中所含的目的地址,决定转发到哪一个下一个目的地址(可能是路由器也可能就是目的主机),并决定从哪个网络接口转发出去。这是路由器的最基本功能分组转发功能。为了维护和使用路由器,路由器还需要有配置或者说控制功能。简单地说,路由器的主要工作是:(1)路径判断,使用一定的路由算法选择合适路径;(2)转发。,在收到任何一个数据包后,首先将该数据包的第二层信息去掉(拆包),查看第三层信息;然后
6、,根据路由表确定数据包的路由;再检查安全访问表;若被通过,则再进行第二层信息封装(打包);最后将该数据包转发。如果在路由表中查不到对应网络层地址的网络。则路由器向源地址的站点返回一个信息,并把这个数据包丢掉。1接收帧,并分解IP数据包 2IP包头合法性验证 3IP数据包选项处理 4IP数据包本地提交和转发 5转发寻径 6转发验证 7TTL处理 8数据包分段 9链路层寻址,TTL域用于限制数据报的生存时间,是一个8比特长,以秒为单位的域。数据包经过每个路由器都至少把此值减少1,TTL=0,则该数据被丢弃,且当目的地址不是一个组播地址时,路由器应当发给源站点一个ICMP超时控制报文。,4、路由器组
7、网特点:使用路由器进行网络互联具有一系列的特点,具体如下:(1)、网络的互连:路由器面向网络层的数据包真正实现网络(子网)间互连,多协议路由器不仅可以实现不同类型局域网的互连,并且可以时间局域网与广域网的互连以及关于网的互连。进行地址映射、数据转换、路由选择、协议转换。(2)、网络的隔离:路由器不仅可以根据局域网的地址和协议类型,而且可以根据网络号、主机号的网络,地址、地址掩码、数据类型(如高层协议是文件传输协议、远程登录协议,还是电子邮件)来监控、拦截和过滤信息;而网桥只能根据局域网的MAC地址和第三层协议类型来隔离信息。这种隔离能力不仅能避免广播风暴提高网络性能,更重要的是提高网络的安全和
8、保密性。(3)、流量控制:路由器可以有很强的流量控制能力,可以采用优化的路由算法来均衡网络负载,从而有效地控制拥塞,避免因拥塞而使网络性能下降。,5、路由表: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。故选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。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。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。1静态路由表:由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态(static)路由表,一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设
9、定的,它不会随未来网络结构的改变而改变。,2动态路由表:动态(Dynamic)路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议(Routing Protocol)提供的功能,自动学习和记忆网络运行情况,在需要时自动计算数据传输的最佳路径。二、路由协议及路由算法(一)、路由协议(Routing Protocol)路由协议是路由器之间实现路由信息共享的一种机制,它允许路由器之间相互交换和维护各自的路由表。当一台路由器的路由表由于某种原因发生变化时,它需要及时地将这一变化通知与之相连接的其他路由器,以保证数据的正确传递。路由协议不承担网络上终端用户之间的数据传输任务。,
10、典型的路由选择方式有两种:静态路由和动态路由。(二)、静态路由和动态路由的概念 1、静态路由 静态路由是指由网络管理员手工配置的路由信息。当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时,网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。静态路由信息在缺省情况下是私有的,即它不会传递给其他的路由器。当然,你也可以通过对路由器进行设置使之成为共享的。静态路由一般适用于比较简单的网络环境,因为在这样的环境中,网络管理员易于清楚地了解网络的拓扑结构,便于设置正确的路由信息。下面是两个适合使用静态路由的实例。,在左图中,假设Network 1之外的其他网络需要访问Network1时必须经过路由器A和路由器B,
11、则可以在路由器A中设置一条指向路由器B的静态路由信息,这样做的好处在于可以减少路由器A和路由器B之间WAN链路上的数据传输量,因为使用静态路由后,路由器A和B之间没有必要进行路由信息的交换。,静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预,否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映,一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中,静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时,以静态路由为准。,而在大型和复杂的网络环境中,往往不宜采用静态路由,一方面因为网络管理员难以全面地了解整个网络的拓扑结构;另一方面,当网络
12、的拓扑结构和链路状态发生变化时,需要大范围地调整路由器中的静态路由信息,这一工作的难度和复杂程度是可想而知的。2、动态路由动态路由使路由器能够自动地建立起自己的路由表,并且能够根据情况的变化适时地进行调整。动态路由机制的运做依赖路由器的两个基本功能:(1)对路由表的维护(2)路由器之间适时的路由信息交换,该参数可以通过路径的某一特性进行计算,也可以在综合多个特性的基础上进行计算,几个比较常用的特征是:路径所包含的路由器结点数、网络传输费用、带宽、延迟、负载、可靠性、最大传输单元。,路由器之间的路由信息交换是基于路由协议实现的。通过左图可以直观地看到路由信息交换的过程。交换路由信息的最终目的在于
13、通过路由表找到一条数据交换的“最佳”路径。每一种路由算法都有其衡量“最佳”的一套原则。大多数算法使用一个量化的参数来衡量路径的优劣,一般说来,参数值越小,路径越好。,(三)、路由协议的实现算法:路由协议的实现算法就是进行衡量最佳路径的原则。动态路由需要路由协议来增加和删除路由表项,其增添和删除是自动的。(1)路由协议分类:A、内部网关协议和外部网关协议根据路由选择协议是运行在一个自治系统的内部还是运行在自治系统之间以连接不同的自治系统,路由选择协议可以分为内部网关协议和外部网关协议。自治系统(Autonomous System,AS)是指使用同一公共路由选择策略和在同一公共管理下的网络集合,如
14、一个ISP的网络。,内部网关协议(Interior Gateway Protocols,IGP)用于在自治系统内部交换路由选择信息的路由选择协议,如RIP和OSPF。外部网关协议(Exterior Gateway Protocols,EGP)用于在自治系统之间交换路由选择信息的路由选择协议。如BGP。B、距离矢量路由协议与链路状态路由协议距离矢量(Distance-vector)路由协议采用距离矢量路由选择算法,它确定到网络中任一链路的方向与距离,如RIP。相邻路由器之间周期性地相互交换各自的路由表备份。当网络拓扑结构发生变化时,路由器之间也将及时地相互通知有关变更信息。在这种算法中,路由器不
15、可能获知整个网络确切的拓扑结构。,每一个路由器从与之直接相邻的路由器那儿获得对方的路由表。例如,路由器B从路由器A和C那里获得路由信息后,根据其所得到的信息对自己的路由表进行加工,然后将加工后的路由表再传送给路由器A和C。路由器通过这种方法不断地积累路由信息,直到最终收敛为止。值得一提的是,在这种算法中,路由器不可能获知整个网络确切的拓扑结构。,A、路由表的建立与更新 在图中,有三个路由器:A、B和C。路由器A的两个网络接口E0和S0分别连接在10.1.0.0和10.2.0.0网段上;路由器B的两个网络接口S0和S1分别连接在10.2.0.0和10.3.0.0网段上;路由器C的网络接口S0和E
16、0分别连接在10.3.0.0和10.4.0.0网段上。,概括地说来,距离向量算法要求每一个路由器把它的整个路由表发送给与它直接连接的其他路由器。路由表中的每一条记录都包括目标逻辑地址、相应的网络接口和该条路由的向量距离。当一个路由器从它的邻居那儿收到更新信息时,它将更新信息与本身的路由表相比较,如果它能从邻居那儿找到一条它以前不曾知道的新的路由或是找到一条比当前路由更好的路由时,路由器会对路由表进行更新:将从该路由器到邻居之间的向量距离与更新信息中的向量距离相加作为新路由的向量距离。所谓收敛,是指直接或间接交换路由信息的一组路由器在网络的拓扑结构方面或者说在网络的路由信息方面达成一致。路由协议
17、必须通过某种算法使各路由器尽快达到收敛状态。要实现收敛,必须解决路由器之间的路由环路(Routing Loops)问题。,链路状态(Link-state)路由协议创建整个网络的准确拓扑,以计算路由器到其他路由器的最短路径,如OSPF,IS-IS等。与向量距离算法不同的是,这种算法需要每一个路由器都保存一份最新的关于整个网络的网络拓扑结构数据库,因此路由器不仅清楚地知道从本路由器出发能否到达某一指定网络,而且在能到达的情况下,还能选择出最短的路径以及使用该路径将经过哪些路由器。链路状态算法使用LSP(链路状态数据包,Link-State Packets),网络拓扑数据库,SPF路径选择算法,SP
18、F树,最终计算出从该路由器到其他目标网络的最短路径,这些路径就构成了路由表。在算法中,需要给每个路由器一个唯一的名字或标识。每个路由器都将LSP(链路状态数据包)发送给网络上其他的路由器,LSP的内容包括该,路由器通过哪些网络与哪些路由器直接连接,以及相应连接的传输代价。以上图所示的网络为例,路由器B向外发送的LSP包括((B,A,10.2.0.0),(B,C,10.3.0.0),表示B通过10.2.0.0与A连接,通过10.3.0.0与C连接(2)、常见的路由选择协议.RIP协议RIP(Routing Information Protocol,路由信息协议)是一种古老的基于距离矢量算法的路由
19、协议,属于内部网关协议,最初由Xeron公司在70年代开发。路由器收集所有可到达目的地的不同路径,并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息,除到达目的地的,最佳路径外,任何其它信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样,正确的路由信息逐渐扩散到了全网。但由于单纯地以跳数作为选路的依据不能充分描述路径特性,可能会导致所选的路径不是最优。例如:在(100Mbps的光纤链路,路由器,10Mbps的以太网)和(9600bps的串行链路)进行比较时,RIP选择后者,因为其跳数小。RIP使用非常广泛,它简单、较可靠,便于配置。但是RIP只适用于中小型的网络
20、中,因为它允许的最大站点数为15,任何超过15个站点的目的地均被标记为不可达。而且RIP每隔30s一次的路由信息广播也是造成网络的广播风暴的重要原因之一。RIP具有版本1(RIPv1)和版本2(RIPv2)两个版本,版本2(RIPv2)增加了鉴别、自动路由汇总和支持变长子网掩码(VLSM)等功能。,.OSPF协议80年代中期,RIP已不能适应大规模异构网络的互连,0SPF随之产生。它是网间工程任务组织(1ETF)的内部网关协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议。0SPF是一种基于链路状态的路由协议,需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包
21、括所有接口信息、所有的量度和其它一些变量。利用0SPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息,并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。而基于距离向量的路由协议仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息。,与RIP不同,OSPF将一个自治域再划分为区,相应地即有两种类型的路由选择方式:当源和目的地在同一区时,采用区内路由选择;当源和目的地在不同区时,则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销,并增加了网络的稳定性。当一个区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其它区路由器的正常工作,这也给网络的管理、维护带来方便。BGP和BGP-4路由协议 BGP是为TCPIP互联网设计的外部网关协议,用于多个自治
22、域之间。它既不是基于纯粹的链路状态算法,也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其它自治域的BGP交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。,BGP更新信息包括网络号自治域路径的成对信息。自治域路径包括到达某个特定网络须经过的自治域串,这些更新信息通过TCP传送出去,以保证传输的可靠性。为了满足Internet日益扩大的需要,BGP还在不断地发展。在最新的BGp4中,还可以将相似路由合并为一条路由。三、Cisco路由器及IOS基本知识(一)Cisco路由器基本知识:1.1 CISCO常用路由器的型号、规格Cisco公司的路由器产品大致可分为如下几类:,低档路由器:适用小型办
23、公室的cisco 1600系列中档路由器:Cisco 2500、Cisco 2600、Cisco 3600系列高档路由器:Cisco 4000以上系列路由器,电信级产品我们(非电信)一般接触到的产品以中低档路由器为主。16和25系列路由器是固定端口的(16系列有一个广域卡扩展槽),即有多少个广域口、有多少个局域口是固定的,而象26系列、36系列、4000以上系列路由器,都是模块化的,用户可以任意选购模块或扩展卡,自由组合出所需要的局域及广域口数。,由于路由器通常要接广域线路,所以就涉及到一个选用怎样的广域接口的问题。常见的接口有V.35、RS-232等接口,在选用路由器时要注意选择相应的产品和
24、线缆。CISCO的产品是通过线缆来进行端口区分的。即:通常路由器上的广域接口是一种CISCO的接口(不同型号接口类型有所不同),通过一根电缆,一头接在CISCO路由器上,而另一头的接口形式有的是V.35,有的是RS232。1.2 路由器常用物理端口介绍局域口ethernet:1)AUI口:即粗缆口,一般需要外接转换器(AUI-RJ45),连接10M以太网。2)RJ45口:有10M和10/100M两种。,广域口:1)高速同步口:最大支持2M速率。2)同步/异步串口:该端口可以用软件设置为同步或异步工作方式。在同步工作方式下,最大支持128K,在异步方式下,最大支持115.2K。3)ISDN口:可
25、以连接ISDN网络(2B+D)。4)其它AUX口:该端口为异步口,最大支持38.4K速率,主要用于远程配置或拨号备份。Console口:主要连接终端或运行终端仿真程序的计算机,在本地配置路由器。,1.3 路由器内存体系结构介绍CISCO路由器的软件部分就是IOS,即网络操作系统,通过IOS,实现丰富的网络功能。软件运行是需要内存的,CISCO路由器一般由四种存贮器组成:第一种是ROM:一般开机时按CTRL_BREAK便可进入,相当于PC的BIOS,路由器运行时首先要运行ROM中的程序,该程序主要进行加电自检,对路由器的硬件进行检测,其次含引导程序及IOS的一个最小子集。ROM为一种只读存储器,
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