路由器与ip广域网

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1、路由器与IP广域网,赵国锋,提纲,路由器工作原理 广域网IP包转发流程 路由协议 ARP地址解析 小结,网络层协议,作用：互连两个或多个独立的相同类型或不同类型的网络 局域网与广域网的互连，局域网与局域网的互连,路由器,功能： 1、改进网络分段（每个网段的结点数是有限的） 2、不同局域网之间的路由能力 3、连接WAN的路由能力,路由器的体系结构,路由器执行OSI网络层及其下层的协议转换， 可用于连接两个或多个仅在低三层有差异的网络。,路由器进行网络互联,路由器总是有多个LAN和WAN端口，每个端口所联的网段是一个独立的网络或子网号。,WAN,192.11.1.0,192.11.2.0,192.

2、11.3.0,192.11.4.0,192.11.5.0,掩码：255.255.255.0,路由器能对其互联的两个异构形网络的帧格式进行转换。,F.R,主机A,主机B,TokenRing,Ethernet,routerA,routerB,路由器进行网络互联,1、路由器和交换机类似，都是接收协议数据单元PDU，检查头部字段，并依据头部中的地址信息查找匹配一张表，然后进行转发。 2、实际上，交换机只检查数据链路帧的帧头，并不查看和修改帧携带的网络层分组头部； 3、路由器则检查网络层分组头部，并根据其中的地址信息作出决定，当它把分组下传到数据链路层时，它不知道也不关心它是通过以太网还是令牌环网进行传

3、送。,路由器与交换机,(1) 寻址能力：通过路由器互连的网络具有公共的网络地址，以使路由器可以区分各个结点所在的通信子网。寻址根据每个路由器中的路由表。,路由器的工作,(2) 路由选择：路由表中指明了从源站点到目的站点的下一跳。路由协议是生成路由表的方法，分为静态路由协议和动态路由协议。 目前使用的路由协议主要由Internet(因特网)工程任务组(IETF)定义： 开放式最短路径优先协议(OSPF：RFC 1247)、 边界网关协议(BGP：RFC 1163)、 内部网关路由协议(IGRP)等。,(3) 分段/合段：路由器可对分组进行分段/合段，使得互连能力不受通信子网分组长度的影响。,(4

4、) 存储-转发、分组格式转换和处理：路由器严格地执行“存储-转发“的原则，即先接收和存储分组，在完成必要的分组分析和格式转换之后，转发分组至特定的子网。 (5) 分组过虑：路由器通常分析整个分组，因此可以过滤掉网络中的错误信息，减少出错分组的无谓传输。 路由器仅仅转发特定地址的分组，可避免二层转发时可能产生的“广播风暴”。 但存储转发、以及大量的分组格式转换和处理，效率会受到影响。,路由器的工作,路由器的数据流程,路由器A,路由器B,IP寻径,IP寻径,IP数据报,逻辑网 IP层,加帧头,去帧头,帧传输和直接寻径,数据链路层,物理层,IP 地址实际上是对路由结点上的网络连接的标识,与某个局域网

5、相连 接的计算机或路由 器的IP地址中的网 络号必须一样,用转发器或网桥连接起来的局域网仍有相同的 网络号。,由一段连线构 成的特殊网络 （当指明了IP 地址时）,IP广域网节点工作流程,工作流程：查找路由表-下一站IP地址-送交下一层网络接口软件-将下一站IP地址转换成硬件地址并放入MAC帧首部-根据硬件地址找到下一站路由器。 注意：中间节点的IP地址不出现在IP数据报中，路由器只根据目的地址选路；但中间节点的MAC地址要出现在MAC帧中。,路由器内存结构,RAM NVRAM Flash ROM,Console Auxiliar,Interfaces,路由器内存体系结构,ROM：为只读存储器

6、，相当于PC的BIOS。存放引导程序和IOS的一个最小子集。系统掉电，程序不会丢失。 Flash：包含压缩的IOS和微代码，是一种可擦写，可编程的ROM，系统掉电，程序不会丢失。 NVRAM（No-Voliate RAM）：存放路由器的配置文件。系统掉电，程序不会丢失。 RAM：动态内存，是路由器工作时的内存。系统掉电后，内容丢失。,命令执行,IOS操作系统,驻留程序,配置文件,路由表,Buffer,首先运行ROM的程序，进行系统自检和引导，然后读Flash内的IOS，装入DRAM中，并从NVRAM中读入路由器的配置，计算并生成路由表。,路由器的启动,开机初始化时形成初步路由表。 通过与相邻路

7、由器交换路由信息刷新完善路由表。,广域网路由器的配置实例,路由器1： # interface ethernet 0 # ip address 202.119.24.1 255.255.255.0 # exit # interface serial 0 # ip address 202.118.2.1 255.255.255.0 # encapsulation x25 # x25 address 22211133 # x25 htc 16 # x25 map ip 202.118.2.2 33334444 # exit,# router static # ip route 202.119.12.

8、0 255.255.255.0 202.118.2.2 # exit,相同类型的局域网互连，划分子网段， 三层交换，避免“广播风暴”。 不同类型的局域网互连， （局域网广域网） ， 实现三层的数据报文的转换 路由器通过软件实现其功能，速度较慢，数据报文延迟较大，高性能的路由器比较昂贵。,路由器的特点,二层/三层交换（L2/L3交换）,一般的以太网交换器，实现OSI二层交换帧不作任何修改，仅仅查一下交换转发表。,根据MAC地址进行交换，IP包作为数据。,三层交换：通过IP地址来确定是那个子网的结点，帧可能会发生变化，经路由器后变成新的帧。,三层交换（L3交换）,通过IP地址来确定是哪个子网的结点

9、，数据帧可能要发生变化，经路由器后变成新的帧。,路由表中的各项目是怎样生成的？,理想的路由选择算法： 算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信业务量和网络拓扑的变化。 算法应具有稳定性。 算法应是公平的。 算法应是最佳的。,使用合适的路由选择算法产生路由表！,最短路径算法 Dijkstra Algorithm算法 Bellman-Ford 算法 静态路由：是指一旦一个节点决定了它的路由表，将不依据时间而变化。 动态路由 集中式 分布式 混合式,路由算法,路由算法举例,路由选择协议,因特网就把路由选择协议划分为两大类，即： 内部网关协议IGP (Interior Gat

10、eway Protocol)。具体的协议有多种，如RIP和OSPF等。 外部网关协议EGP(External Gateway Protocol)。目前使用的协议就是BGP-4。 自治系统之间的路由选择也称为域间路由选择(interdomain routing)，而在自治系统内部的路由选择称为域内路由选择(intradomain routing)。,路由协议示意图,路由信息协议RIP (Routing Information Protocol)是内部网关协议IGP中使用得最广泛的一个，其最大优点就是简单。 RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，拓朴图中每一条链路上的权值都为1。 RIP

11、的主要问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。,内部网关协议RIP,RIP周期性的或者在网络拓扑改变时发送路由更新信息。 当路由器收到包含某表项的更新的路由更新信息时，就更新其路由表：该路径的metric值加上1，发送者记为下一跳。 RIP路由器只维护到目的的最短路径（具有最小metric值的路径）。 更新了自己的路由表后，路由器立刻发送路由更新的距离向量信息给相邻路由器。,RIP的工作,RIP的问题,OSPF的三个要点： （1）向本自治系统中所有路由器发送信息。 （2）发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。 （3

12、）只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。,内部网关协议OSPF,OSPF的工作,内部网关协议(如RIP或OSPF)主要是设法使数据报在一个自治系统中尽可能有效地从源站传送到目的站。在一个自治系统内部并不需要考虑其他方面的策略。然而BGP使用的环境却不同。这是因为： 第一，因特网的规模太大，使得域间路由选择非常困难。,外部网关协议BGP,第二，由于各自治系统是运行自己选定的内部路由选择协议，使用自己指明的路径度量，因此，当一条路径通过几个不同的自治系统时，要想对这样的路径计算出有意义的费用是不可能的。要寻找最佳路由是很不现实的。 第三，域间路由选择必须考虑有关策略。,

13、外部网关协议BGP,IP地址与硬件地址,从分层的角度看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址。 IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。在网络层及以上使用的是IP地址，而数据链路层及以下使用的是硬件地址。因而在数据链路层看不见数据报的IP地址。,主机IP地址与硬件地址的区别,主机H1的疑问：怎样生成这个MAC帧？,我知道：源IP地址（自己的）， 目的IP地址（对方的） 源MAC地址（自己的）， 下一跳的IP地址（查路由表） 不知道：目的MAC地址（下一跳）?,地址映射-地址解析协议 （ARP： Address Resolution

14、 Protocol）,ARP协议的工作过程,当一个网络设备需要和另一个网络设备通信时，它首先把目标设备的IP地址与自己的子网掩码进行“与”操作，以判断目标设备与自己是否位于同一网段内。 如果目标设备在同一网段内，源设备以第二层广播的形式（目标MAC地址为全1）发送ARP请求报文，在ARP请求报文中包含了源设备与目标设备的IP地址。同一网段中的所有其他设备都可以收到并分析这个ARP请求报文。 如果某设备发现报文中的目标IP地址与自己的IP地址相同，则它向源设备发回ARP响应报文，通过该报文使源设备获得目标设备的MAC地址信息,ARP协议的工作过程,如果目标设备与源设备不在同一网段，则源设备首先把

15、IP分组发向自己的缺省网关（Default Gateway），由缺省网关对该分组进行转发。如果源设备没有缺省网关的MAC信息，则它同样通过ARP协议获取缺省网关的MAC地址信息。 为了减少广播量，网络设备在缓存中保存IP与MAC地址的映射信息ARP表。在一次ARP的请求与响应过程中，通信双方都把对方的MAC地址与IP地址的对应关系保存在各自的ARP表中，以在后续的通信中使用。 ARP表使用老化机制，删除在一段时间内没有使用过的IP与MAC地址的映射关系。,ARP 协议的工作,RARP 协议,RARP 的协议：根据自己的硬件地址自己的IP地址 （主机主要是无盘工作站） 工作过程,X,Y,A,B,IP= ? PA= ddd,RARP 服务器,主机,主机,小结,交换机用于局域网的互联，路由器用于广域网的互联。 路由器在本质上就是一台装着几块网卡的计算机。 IP地址的功能是寻路，MAC地址才是真正的转发数据包。 局域网内用ARP协议实现IP和MAC地址间的对应关系解析。,