五：路由器原理及路由协议1路由器基本功能、作用(一) 路由器的一个基本功能是连接多个独立的网络或 子网LAN 1LAN 2LAN 32路由器基本功能、作用(二) 路由器的另一个基本功把数据(IP报文)传送到 正确的网络，细分则 包括： IP 数据报的转发，包括数据报的寻径和传送。 子网隔离，抑制广播风暴。 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。 IP 数据报的差错处理及简单的拥塞控制。 实现对 IP 数据报表的过滤 3路由器基本功能、作用(三) 对于不同规模网络，路由器作用的侧重点有所不同主干网地区网地区网园区网园区网 主干网：路由选择，主干网上的路由器必须知道 到达所有下层网络的路径，这需要维护庞大的路 由表，并对连接状态变化作出尽可能迅速的反应树型体系的互联4路由器基本功能、作用(四) 地区网：路由器主要作用是网络连接和路由选择 ， 即连接下层各个基层网络单位园区网，同时 负责 下层网络之间的数据转发。 园区网：路由器主要作用是分隔子网，各个子网 在 逻辑上独立，而路由器是唯一能够分隔它们的 设备 ，它负责子网之间报文转发和广播隔离，同 时在边 界上的路由器与上层网络连接。5IP子网nIP子网：同一个网络中的主机IP地址，其网络 号必须是相同的 ，为同一个IP子网n主机通信只能在具有相同网络号的IP地址之 间进行，要与其它IP子网的主机进行通信， 则必须经过同一网络上的某个路由器或网关 （gateway）出去。n不同网络号的IP地址不能直接通信，即使它 们接在一起，也不能通信6n路由器有多个端口，用于连接多个IP子 网。n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。n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。7路由器互连网络172.16.1.0172.16.2.0172.16.3.0172.16.4.0172.16.3.1172.16.3.2172.16.3.3172.16.1.1172.16.1.2172.16.1.3172.16.2.1172.16.2.2172.16.2.38路由原理(一)n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。n而要送给不同IP于网上的主机时，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。n“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。9路由原理(二)n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。n同主机一样，路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。n 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10路由器的基本功能 n寻径n转发11寻径n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。n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，其中路由信 息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。n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（ nex thop ）的关系告诉路由器。12路由选择协议n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）n包括：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。13转发n转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。n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）n如果路由器不知道如何发送分组，通常将该 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n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。n 以上为路由转发协议（routed protocol） 。14路由转发协议和路由选择协议n路由转发协议和路由选择协议是相互配 合又相互独立的概念n前者使用后者维护的路由表，n同时后者要利用前者提供的功能来发布 路由协议数据分组。15路由选择协议(简称路由协议）n典型的路由选择方式有两种：n静态路由n动态路由n缺省路由n路由器查找路由的顺序为静态路由，动 态路由，如果以上路由表中都没有合适 的路由，则通过缺省路由将数据包传输 出去16静态路由n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。n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。n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。n当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态 路由为准。17静态路由配置n在全局设置模式下nip route 目地子网地址 子网掩码 相邻路由器 相邻端口地址或者本地物理端口号18Static Route ExampleStub Networkip route 172.16.1.0 255.255.255.0 172.16.2.1172.16.2.1SO172.16.1.0B172.16.2.2Network AB10.0.0.0Ip route 172.16.1.0 255. 255. 255.0 s019缺省路由n没有目的地的路由，则将包送到缺省路 由上.n在全局设置模式下nip route 0.0.0 0.0.0.0 .0 相邻路由器的 相邻端口地址或本地物理端口号20Default Routes ExampleStub Networkip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.2.2172.16.2.1SO172.16.1.0B172.16.2.2Network AB10.0.0.021动态路由n动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递 路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的 过程。n它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新 信息表明发生了网络变化，路由选择软件就会重 新计算路由，并发出新的路由更新信息。n这些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动 其路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映 网络拓扑变化。n动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网 络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用 网络带宽和CPU资源。22动态路由(简述)n使用一些通用协议交换路由信息。n路由信息在网络结构变化时周期地更新 。23n路由器之间的路由信息交换是基于路由 协议实现的。 n交换路由信息的最终目的在于通过路由 表找到一条数据交换的“最佳”路径。24路由算法n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.n 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.25路由算法参考参数n路径所包含的路由器结点数（hop count）n网络传输费用（cost）n带宽（bandwidth）n延迟（delay）n负载（load）n可靠性（reliability）n最大传输单元MTU（maximum transmission unit）26路由算法n主要应用的路由算法有：n距离向量算法n链路状态算法 n混合算法（结合上两种算法）27距离向量算法（distance vector algorithm）n距离向量算法，即路由器根据距离选择 路由. n相邻路由器之间周期性地相互交换各自 的路由表备份。n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。28Distance VectorPass periodic copies of routing table to neighbor routers and accumulate distance vectorsC CD DB BA AC CB BA AD DRouting TableRouting TableRouting TableRouting TableDistanceHow far VectorIn which direction29n上图中，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。30Learning RoutesRouters discover the best path to destinations from each neighborA AB BC C10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S0E0Routing Table10.1.0.0E0S0S0S01210.4.0.010.3.0.010.2.0.000Routing Table10.2.0.0S0S1S1S01110.1.0.010.4.0.010.3.0.000Routing Table10.3.0.0S0E0S0S01210.1.0.010.2.0.010.4.0.00031距离向量算法(总结)n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。n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。n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，n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32收敛所谓收敛，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。 路由协议必须通过某种算法使各路由器 尽快达到收敛状态。33链路状态算法（Link-State Routing）n链路状态算法，有时也称为最短路径优先算 法（SPF-Shortest PathFirst）。n链路状态路由算法的基本思想是：网络中各 个节点不必交换通往目的站点的距离，而是 维护一张网络拓扑图，在网络拓扑结构发生 变化时及时更新拓扑图就行。n使用链路状态算法的路由协议有NLSP，OSPF 和IS-IS。34链路状态算法的基本工作过程n（1）发现它的邻居节点，并知道其网络 地址；n（2）测量到它各邻居节点的延迟或开销 ；n（3）组装一个分组以告之它刚知道的所 有信息；n（4）将这个分组发送给所有其他路由器 ；n（5）使用Dijkstra算法（又称SPF算法） 计算到每个其他路由器的最短路径。35路由协议分类n在一个AS内的路由协议称为内部网关协 议（interior gateway protocol），nAS之间的路由协议称为外部网关协议（ exterior gateway protocol）36AS-路由域nInternet是以一组自治系统AS（Autonomous System）的方式组织的。AS-是指一组通过 统一的路由政策或路由协议互相交换路由信 息的网络n 每个自治系统可以选择该自治系统中各个路 由器之间的选路协议。这种协议我们称之为 内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol ） n外部网关协议EGP（Exterier Gateway Protoc