主讲教师：彭祺主讲教师：彭祺江西工业职业技术学院江西工业职业技术学院 第五章 路由协议（理论课时长：（理论课时长：8 8节）节）【教学目的】：通过本章的学习，使学生知道路由协议的分类、内部网关协议的分类、OSPF分区基础；掌握距离向量类路由协议的工作原理、距离向量类路由协议的主要问题及解决措施、链路状态路由协议的工作原理；领会距离向量类路由协议（RIP）的实验配置和链路状态路由协议（OSPF）的具体实验配置。【重点难点】重点：距离向量类路由协议工作原理、链路状态路由协议工作原理、RIP路由协议配置、OSPF路由协议配置。难点：距离向量路由协议的最大问题及解决措施。第五章：路由协议第五章：路由协议【教学内容】路由协议分类内部网关路由协议分类读懂路由表距离向量类路由协议工作原理距离向量类路由协议的最大问题及解决措施链路状态路由协议的工作原理OSPF路由分区基础距离向量类路由协议与链路状态路由协议的对比距离向量类（RIP）路由协议的实验配置链路状态类（OSPF）路由协议的实验配置第五章：路由协议第五章：路由协议【教学方法】教学方式：多媒体教学教学方法：案例分析+视频教学通过对比分析让学生彻底掌握距离向量类路由协议与链路状态类路由协议的区别与联系。利用视频教学资料，让学生在业余时间观看，以尽一步使学生掌握距离向量类路由协议和链路状态类路由协议的具体配置。通过上机实验让学生在boson模拟器的支持下完成RIP路由协议和OSPF路由协议的实验配置。第五章：路由协议第五章：路由协议第一部分：路由协议概述第一部分：路由协议概述一、路由协议分类一、路由协议分类（1）内部网关协议（IGP）：内部网关协议指运行在一个自治系统内部的路由协议（自治系统为一个公共管理部门下的一组网络设备）（2）外部网关协议（EGP）：外部网关协议指运行在各个自治系统之间的路由协议。二、内部网关协议分类二、内部网关协议分类（1）距离向量类路由协议（rip协议和igrp协议）（2）链路状态类路由协议（ospf协议和is-is协议）（3）混合路由协议（eigrp协议）第一部分：路由协议概述第一部分：路由协议概述 由于历史的原因，当前的 INTERNET 网被组成一系列的自治系统（一个自治系统往往对应一个组织实体，比如一个公司或大学），各自治系统通过一个核心路由器连到主干网上，每个自治系统都有自己的路由技术。IGP用来在自治系统内容交换路由信息，而EGP主要在自治系统之间交换路由信息。第一部分：路由协议概述第一部分：路由协议概述三、路由收敛三、路由收敛 路由收敛是指路由域中所有路由器对当前的网络结构和路由转发达成一致的状态。收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化到网络上所有的相关路由器都得知这一变化,并且相应地做出改变所需要的时间。第一部分：路由协议概述第一部分：路由协议概述四、管理距离：四、管理距离： 管理距离是指一种路由协议的路由可信度。每一种路由协议按可靠性从高到低，依次分配一个信任等级，这个信任等级就叫默认管理距离路由协议路由协议管理距离管理距离直连接口0静态路由1外部BGP20内部EIGRP90IGRP100OSPF110IS-IS115RIP120外部EIGRP170内部BGP200第一部分：路由协议概述第一部分：路由协议概述五、度量值：五、度量值： 度量值是一种路由协议计算到目的网络的最佳路径的方法。当一个路由器有多条到达某一目的网络的路径时，路由协议必须判断其中的哪一条是最佳的并把它放到路由表中，或判断两条是否同样可取并被用于实现负载平衡。路由协议给每条路径计算出一个数，这个数就称为：度量值。 （1）RIP 是距离向量协议，采用到目的网络的跳数作为度量值，配置简单 （2）OSPF 是链路状态协议，采用带宽作为度量值第一部分：路由协议概述第一部分：路由协议概述六、读懂路由表六、读懂路由表: : 路由协议的最终目的是生成路由表，下面为某一个路由器的路由表信息。 一、距离向量类路由协议的工作原理一、距离向量类路由协议的工作原理 距离向量路由协议是基于 Bellman Ford 算法，这种算法的工作方式是定期广播路由器自己的路由表的拷贝。采用该种路由协议的路由器只能从邻居那里得到的知识来重新构造它们的路由表。它是为小型网络环境设计的。在大型网络环境下，这类协议在学习路由及保持路由将产生较大的流量，占用过多的带宽。 每隔30秒，距离向量路由协议就要向相邻站点发送整个路由选择表，使相邻站点的路由选择表得到更新。距离向量路由协议使用跳数作为度量值，来计算到达目的地要经过的路由器数。第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议二、距离向量类路由广播过程图示二、距离向量类路由广播过程图示第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议三、距离向量类路由广播过程简介三、距离向量类路由广播过程简介（1）RouterA把连接到 1.0.0.0 网络的路由距离设为0（2）RouterA把它广播给RouterB，RouterB从RouterA接收到 1.0.0.0 的路由后，会把距离加1（3）RouterB又把到 1.0.0.0 网络的路由广播给RouterC，RouterC又会把距离加1 由于路由器是从其他邻居路由器那是得到的知识来构造它们的路由表，所以也叫散布路由第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议四、距离向量路由协议的环路错误四、距离向量路由协议的环路错误 距离向量路由协议最主要的问题是可能产生环路。产生环路的根本原因在于：（1）路由器不是通过亲自计算来得到目标网络的最佳路径，而是将接收的目标网络的路由的跳数简单加1来实现。（2）网络拓朴变化时，路由器不是立即更新，而是每隔30秒进行定期更新（更新缓慢）。五、距离向量路由协议环路错误演示五、距离向量路由协议环路错误演示 （1）网络 4.0.0.0 出现故障不通，此时 RouterC将更改它的路由表信息（但由于定期更新时间还未到，它不会向其邻居路由器RouterB发送路由更新信息）第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议（2）在RouterC已经更改其路由表信息，还未向邻居路由器广播其路由表时，其邻居路由器RouterB却开始向将自己的路由表广播给RouterC，结果RouterC被错误地告知网络 4.0.0.0 可以到达，其跳数为2。 第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议（3）此时RouterC的定期广播时间到了，它开始向邻居路由器广播其路由表信息，RouterB收到RouterC的路由表信息后，将到达4.0.0.0 网络的跳数加1，为3。第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议（4）由于各路由器广播时间的不一致（不是立即广播，而是定期广播，导致路由收敛慢），使得到达目的网络4.0.0.0 的路由表述产生环路错误。 第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议六、避免环路的相关措施六、避免环路的相关措施（1 1）水平分割：路由器不向路径到来的方向回传此路径。）水平分割：路由器不向路径到来的方向回传此路径。 第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议（2 2）规定最大跳数规定最大跳数 距离向量路由协议定义了一个最大跳数（15跳），当达到目的网络的跳数超过这一最大跳数时，将认为目的网络不可到达。该措施限制了网络规模，即同一网络内最多只允许16个路由器（假设各路由器串行连接）。（3 3）抑制计时器）抑制计时器 一条路由信息无效之后，一段时间内这条路由都处于抑制状态，即在一定时间内不再接收关于同一目的地址的路由更新。该技术的思路是等待足够的时间以便确信所有的路由器都收到坏消息（路由无效信息），并且不会错误地接受内容过时的报文。第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议（4 4）触发更新）触发更新 路由器通常都是以一定的间隔周期向邻居路由器发送路由表更新。触发更新则是路由器在感知网络变化后立即向其邻居路由器发送更新信息，收到更新信息的所有路由器也立即生成更新信息通知它们各自的邻居路由器，依次地，这个更新过程会没着相应路由所涉及链路所在的网络部分扩散下去。触发更新只是在概率上降低了自环发生的可能性（不能完全解决）。（5 5）带毒性逆转的水平分割）带毒性逆转的水平分割 路由器从某些接口学习到的路由有可能从该接口反发送出去，只是这些被路由已经具有毒性，即跳数都被加到了16跳。 第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议环路避免总结：环路避免总结： （1）这些特性是共同作用的,其中水平分割是解决路由环路的核心方法。通过水平分割可以避免产生计数到无限大现象，阻止路由环路的产生。 （2）触发更新、毒性逆转可以使失败路由尽快的传播到整个网络，也起到了避免路由环路产生，加速网络收敛的作用。 （3）抑制定时器是针对存在冗余路径的网络中，单纯的水平分割不能够阻止计数到无限大产生路由环路的问题，还需要抑制计时器来阻止路由环回。第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议七、七、RIPRIP距离向量路由简介距离向量路由简介（1）有类别路由（简称有类路由） 有类别路由协议在路由更新广播中不携带相关网络的子网掩码信息；有类路由协议在网络边界按标准的网络类别（A类、B类、C类）发生自动总结；有类路由协议自动假设网络中同一个标准网络的各子网总是连续的；有类路由协议包括：RIP v1、IGRP。（2）无类别路由（简称无类别路由） 无类路由协议在路由更新广播中含有相关网络的子网掩码信息；无类路由协议还支持变长子网掩码；无类路由协议可以手动控制是否在一个网络边界进行的总结；无类路由包括：RIP v2、EIGRP、OSPF、IS-IS。第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议八、八、RIP Version 1RIP Version 1子网连续配置问题子网连续配置问题 同一标准网络（B类网络，160.16.0.0）中的不同子网（分别指 160.16.6.0、160.16.8.0、160.16.10.0、160.16.12.0）在组建网络时并不连续，而是被分割。 第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议（1）路由器B向路由器A广播RIP更新时不携带相关网络的子网掩码，因此路由器A认为到达目标网络 160.16.0.0 （使用标准子网掩码判定目标网络地址）的数据包可以从接口 e 0/0发出且跳数为1跳。（2）路由器C向路由器A广播RIP更新时不携带相关网络的子网掩码，因此路由器A认为到达目标网络 160.16.0.0 （使用标准子网掩码判定目标网络地址）的数据包可以从接口 e 0/1发出且跳数为1跳。（3）此时到达同一个目标网络有两条路径，且两条路径的开销完全相同，因此路由器会在其中选择一条正确的路径，而忽略另一条路径。（忽略任何一条都会导致错误）；等清除路由表内容后，路由器又会作为上述选择，很有可能会选择另一条路径。 第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议八、八、RIPRIP的主要特性的主要特性（1）RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）是一种有类别的、距离向量路由协议，RIP不能在路由更新报文中携带子网掩码，RIP的默认管理距离为120。（2）RIP使用非常简单的度量值跳数（Hops），仅考虑到达目的网络要经过的路由器个数，不考虑路径的带宽和其他因素。 （3）RIP是距离向量路由协议，RIP缺省定义的最大跳数为15跳，如果一条路径的跳数为16就意味着网络是无限远，也就是网络不可到达了。（4）RIP可以通过多条相等开销（即跳数相同）的路径进行负载均衡，默认配置时，RIP在4条等开销路径上完成负载均衡。第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议九、九、RIPRIP的缺陷的缺陷 （1）过于简单，以跳数为依据计算度量值，经常得出非最优路由 （2）度量值以16为限，不适合大的网络 （3）安全性差，接受来自任何设备的路由更新 （4）不支持无类IP地址和VLSM（VariableLengthSubnetMask，变长子网掩码） （5）收敛缓慢，时间经常大于5分钟 （6）消耗带宽很大 RIP只适用于小系统中，当系统变大后受到无限计算问题的困扰，且往往收敛的很慢。现已被OSPF所取代。第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议十、十、RIPRIP配置实验配置实验RouterA(config)# router ripRouterA(config-router)# network 192.168.1.0RouterA(config-router)# network 192.168.2.0RouterA(config-router)# exit第二部分：距离向量路由协议第二部分：距离向量路由协议RouterB(config)# router ripRouterB(config-router)# network 192.168.1.0RouterB(config-router)# network 192.168.3.0RouterB(config-router)# network 192.168.4.0RouterB(config-router)# exitRouterC(config)# router ripRouterC(config-router)# network 192.168.3.0RouterC(config-router)# network 192.168.5.0RouterC(config-router)# network 192.168.6.0RouterC(config-router)# exitRouterD(config)# router ripRouterD(config-router)# network 192.168.5.0RouterD(config-router)# network 192.168.8.0RouterD(config-router)# exit第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议一、链路状态路由协议工作原理一、链路状态路由协议工作原理 链路状态（Link State ，LS）路由协议也被称为最短路径优先，是由 E.W.Dijkstra 发明的，它需要维护一个复杂的网络拓朴信息数据库。（1）每个路由器都从与它直接相连的网络开始，彼此交换链路状态通告信息（Link State Advertisement，LSA）。（2）然后每个路由器并行构造出一个拓朴结构数据库。这个数据库由所有的LSA组成。（3）根据最短路径算法（Shortest Path First，SPF）构造出一棵SFP树，树的根是路由器本身。（4）SPF算法计算从根到达目的网络的最短路径，最终这些路径被放入路由表中。 第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议二、链路状态路由协议与距离向量路由协议对比二、链路状态路由协议与距离向量路由协议对比（1）距离向量路由协议从邻居路由器的路由表中得到网络的拓朴结构，它只知道邻居路由器而不知道整个网络的拓朴；链路状态路由协议通过收集所有LSA数据包，获得了整个网络的拓朴结构。（2）当路由信息从一台路由器传递到另一台路由器时，距离向量路由协议通过增加其所接收的路由信息的度量值来确定最佳路径；对于链路状态路由协议来说，各个路由器独立计算从自己到达目的网络的最佳路径。（3）距离向量路由协议定期发送自己的路由表来反映拓朴结构的变化，这些变化以路由器到路由器的方式传送，收敛速度较慢；而链路状态路由协议以触发更新的方式来反映网络拓朴的变化，仅将链路状态的变化部分传送给其他路由器，不仅减少LSA的数据包，也减少收敛的时间，但路由器开机时会有较多的LSA。第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议三、三、OSPFOSPF基础基础 OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）是一个链路状态路由协议。当OSPF检测到网络发生变化时，产生链路状态通告（LSA），LSA用组播的方式扩散到所有的近邻路由器，邻近路由器收到LSA后，用它来更新自己的链路状态数据库（Link State Database，LSDB），同时还把LSA扩散到别的路由器。这样LSA被所有的路由器接受，并且用来更新链路状态数据库。 有了链路状态数据库后，路由器运行 Dijkstra 发明的最短路径算法（Shortest Path First），构建一棵SPF树。该算法中路由器把自己当作根，计算出从根到达SPF树上每一节点的最低开销路径，最低开销路径最终被放到路由表中。在OSPF中，每个路由器都独立地运行OSPF算法，但是最终的结果对所有的路由器来说应该是一致的。 第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议四、四、OSPFOSPF中的三个表中的三个表 在OSPF中有三个表：近邻表、拓朴结构表、路由表。 （1）近邻表也称近邻数据库，用于存放近邻的信息，近邻是指在同一条链路上共享路由信息的路由器，近邻要属于相同的物理网段，OSPF通过发送和接收一种简单的Hello协议包发现近邻，并不是所有的在同一物理网络上的路由器就是近邻。 （2）拓朴结构表也就是链路状态数据库，它存放整个网络的路由器的信息以及它们是如何连接到网络上的。链路状态数据库是路由器通过收集LSA建立起来的。 （3）路由表是路由器最终用来转发数据包的表，是OSPF算法运算得到的。第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议五、五、OSPFOSPF分区分区 当一个网络规模变大时，每个路由器需要维护很大的链路状态数据库，同时每当网络中一个小地方的拓朴发生变化时会导致SPF算法的频繁运行，路由器也需要处理更多的LSA。 为解决上述问题，OSPF可以把网络进一步分割成不同的区，路由器分布在不同的区域，这样可以减少SPF每次运行的运算量，也可以减少SPF算法的运行次数。 同一区域的路由器有本区域的详细链路状态数据库，并且是一致的。对于其他区域链路和路由器的信息，路由器只有汇总信息，这样就减少了链路状态数据库的大小。 第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议 当链路失败后，LSA会在本地区域内传播，其他区域的路由器并不能接收到这些信息，在区域边界的路由器会把链路状态的变化汇总，在有必要的情况下，扩散到别的区域，这样路由器接收到的LSA也就少了。 在OSPF中区域之间的通信要经过一个特定的区域区域0，也叫主区域。第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议六、六、OSPFOSPF配置命令配置命令 （1）启动OSPF协议进程： Router(config)# router ospf （2）定义路由器直连网络： Router(config-router)# network area （3）OSPF协议通过Router ospf命令来启动，OSPF协议进程号（Process-id）是只与当前路由器有关的一个数值，与网络中的其他路由器没有任何关系。一个路由器可以运行一个OSPF进程，也可以运行多个OSPF进程，每一个OSPF进程维护一个数据库，所以尽可能只运行一个OSPF进程，减轻路由器的负荷。第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议 Network 命令定义路由器所处的网络，指定路由器端口所处的网络域。 掩码定义了网络的大小，其数值与端口的掩码相反，例如 0.0.0.255 掩码定义了前三个字节为网络号，标识此网络的大小。 网络域标识号(area-id)标识此端口所属的网络域，其取值一般为整数，也可以以IP地址的形式表达，例如 Area 0 也可以表示为 0.0.0.0。第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议七、七、OSPFOSPF配置实例配置实例 第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议（1）路由器A的OSPF路由配置RouterA# configure terminalRouterA(config)# router ospf 100RouterA(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0RouterA(config-router)# network 192.168.2.0.0.0.0.255 area 0RouterA(config-router)# exit（2）路由器B的OSPF路由配置RouterB# configure terminalRouterB(config)# router ospf 100RouterB(config-router)# network 192.168.1.0.0.0.0.255 area 0RouterB(config-router)# network 192.168.3.0.0.0.0.255 area 0RouterB(config-router)# network 192.168.4.0.0.0.0.255 area 0RouterB(config-router)# exit第三部分：链路状态路由协议第三部分：链路状态路由协议（3）路由器C的OSPF路由配置RouterC# configure terminalRouterC(config)# router ospf 100RouterC(config-router)# network 192.168.3.0 0.0.0.255 area 0RouterC(config-router)# network 192.168.5.0 0.0.0.255 area 0RouterC(config-router)# network 192.168.6.0 0.0.0.255 area 0RouterC(config-router)# exit（4）路由器D的OSPF路由配置RouterD# configure terminalRouterD(config)# router ospf 100RouterD(config-router)# network 192.168.5.0 0.0.0.255 area 0RouterD(config-router)# network 192.168.8.0 0.0.0.255 area 0RouterD(config-router)# exit