路由基本原理要点课件

IP路由基本原理2023/1/4IP路由基本原理2022/12/30ContentsIP路由的基本概念和选路原则ContentsIP路由的基本概念和选路原则学习完此课程，您将会：了解和掌握IP路由的基本概念影响IP路由选路的原则等价路由的概念链路聚合的概念和配置目标Page3学习完此课程，您将会：目标Page3第1章IP路由的基本概念和原理第2章IP选路的基本原则和等价路由第3章路由协议内容介绍Page4第1章IP路由的基本概念和原理内容介绍Page4理解route、routing、routerIP路由是基于目的地址查找IP路由表，找到报文转发的出接口以及对应的下一跳路由器，然后将报文转发给下一跳路由器，直到到达最终的目的地。这里的路由实际指单播路由，将报文逐跳逐跳送到目的地。当然每个转发报文的设备都需要决定是否进行转发、以及选择最近的路径到达目的地。在IP路由中，有几个概念十分重要：1、route：指目的地址，就是例子中的“最终目的地”。达到目的地址经过的设备上都需要知道该目的地址，即route。如果有多个目的地址，就有多个route。2、routing：指决定到达每个下一跳的最短路径和转发出接口，以及决策，即寻路和决策。在每台设备上都需要运行一些算法来实现routing，这些算法就是路由协议，路由协议有静态路由协议（需要人工配置），动态路由协议（设备根据一些规则自动找到最短的路径和转发出口）。3、router：指使用专门的存储介质保存这些route，并使用专用的操作系统来实现routing，并使用专门的通信芯片和硬件提供各种接口来转发报文的设备可以将IP路由想象成“开车去往某个地方”，需要经过很多关口，到达每个关口有几条路径可以选择；为了节省油钱，当然是选择最近的路径到达每个关口；出了每个关口之后，需要再次决定选择哪个路口达到另外一个关口，直到达到最终的目的地。Page5理解route、routing、routerIP路由是基于目路由通告和转发路由通告和转发是两个相反的过程。路由通告是指路由器将自己直连的网段通告给其它的路由器设备，是目的地址的发起者或者源。路由转发是指路由器根据目的地址将报文转发给发起者或者源。E0:IP3E0:IP4PC1:N1PC2:N2E1E1下面的例子来PC1访问PC2说明路由通告和转发的区别：RTARTB通告直连的网段N1N3接受网段N2,形成路由表DAOUTINTERFCENHN1E0IP3通告直连的网段N2DAOUTINTERFCENHN2E0IP4通告过程和路由表形成转发：PC1和PC2相互访问过程PC1访问PC2，RTA查找路由表N2找到出接口和下一跳PC2访问PC1，RTA查找路由表N1找到出接口和下一跳接受网段N1,形成路由表路由器的路由的过程：通告直连的网段－>路由表形成->转发Page6路由通告和转发路由通告和转发是两个相反的过程。E0:IP3E路由器的硬件架构网络接口网络接口网络接口CPU网络接口CPU网络接口网络接口CPU接口CPU接口CPU接口CPU接口ASIC交换网接口ASICASIC接口ASIC接口CPU接口NP交换网接口NPNP接口NP接口CPU第一代第二代第三代第四代第五代基于NP的交换式路由器基于ASIC的交换式路由器基于分布式CPU转发总线式路由器模块化集中转发路由器固定接口集中转发路由器Page7路由器的硬件架构网络接口网络接口网络接口CPU网络接口CPU华为路由器介绍QuidwayR3680E/3640E核心路由器/通用交换路由器中低端路由器QuidwayR2630E/2631E/2620/2621QuidwayR1760QuidwayNE80QuidwayNE16EQuidwayNE08EQuidwayNE05骨干路由器QuidwayR1603/1604QuidwayR2501E/2509E/2511E/4001EQuidwayNE5000QuidwayNE40-8QuidwayNE40-4QuidwayNE40-2Page8华为路由器介绍QuidwayR3680E/3640E核心路由表[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/Mask proto pref Metric Nexthop Interface/0 Static 60 0 Serial0/8 RIP 100 3 Serial0/8 OSPF 10 50 Ethernet0/16 RIP 100 4 Serial0/8 Direct 0 0 Ethernet0/32 Direct 0 0 LoopBack0路由表记录了所有的路由、出接口、下一跳、路由的开销、优先级，以及通过什么路由协议学习到。Page9路由表[Quidway]displayiprouting第1章IP路由的基本概念和原理第2章IP选路的基本原则和等价路由第3章路由协议内容介绍Page10第1章IP路由的基本概念和原理内容介绍Page10路由开销Cost路由开销是指从源到目的地经过所有链路的开销的总和。不同的路由协议使用不同的计算方法来计算路由的开销。对于RIP协议使用跳数来计算开销，跳数等于经过路由器的数量。对于RIP最大的cost为15跳。对应IGRP和EIGRP协议，cisco的私用协议，使用链路的bandwidth,delay,reliability,load等接口参数来计算。默认使用bandwidth、delay来计算。

IGRP=107/BW(min)+delay(sum)(BW,delay表示到目的地经过的所有路由器出接口的带宽,）

EIGRP=256*IGRP对于OSPF协议使用：108/BW(BW表示链路带宽）。Cost的开销等于到目的地址经过的所有路由器出接口的总和。路由转发时，总是选择开销最小的路径。以OSPF为例来说明cost的计算：AB3333332222223A访问B有两条路径：一条路径的cost值为:2+2+2+3=9另外一条路径cost为：3+3+3+3=12最后结果，A到B的数据流从下面的路径。Page11路由开销Cost路由开销是指从源到目的地经过所有链路的开销等价路由ECMP等价路由ECMP(equalcostmulti-path):就是在目的地有多个相同开销的路径，在路由表中同一条路由有两个不同的下一跳存在。去往该目的地址的报文在这两条路径上分担。AB2222222222223如图，从A到B有两条路径，RTA通过计算到目的地址B的开销，发现两条路径有相等的cost值，所有RTA的路由表中到同一个目的地址（B）存在两个下一跳:分别为RTC和RTD，这样成为等价路由。在报文转发的时候，RTA会选择报文分担在这两条路径上。RTARTBRTCRTDPage12等价路由ECMP等价路由ECMP(equalcostm等价路由ECMP（续）在等价路径上，有几种报文的转发方式：1、逐包转发逐包的方式是：去往一个目的地的逐包的在等价路径上转发。下图中，RTA转发A到B的第一个包时选择下面的路径，转发第二个包时选择上面的路径；后续的报文也是如此。AB2222222222223RTARTBRTCRTD①②2、perdestination转发对于在同一个网络但是不同目的地址的报文在等价路径上转发。AB:2222222222223RTARTBRTCRTDCBC:Page13等价路由ECMP（续）在等价路径上，有几种报文的转发方式：等价路由ECMP(续）3、perflow转发基于流的转发，一个流基本有五元素来确定（源IP地址、源MAC、目的IP地址、目的MAC、端口）。如下图，对于访问不同的服务器，流量将在两条路径上负载分担；但是如果其中每个服务的流量大，将导致两条路径上的负载分担不均匀。AB2222222222223RTARTBRTCRTDWEBSERVERCFTPSERVERPage14等价路由ECMP(续）3、perflow转发AB2222几种等价路由转发方式的比较等价路由转发方式优点缺点Perpacket流量能够均匀的负载分担1、对于同一个流的报文，都需要进行路由查找，目的是选择等价路由上不同出接口，导致报文的转发效率低。2、可能导致同一个报文在不同的路径上。Perdestination第一个报文上到CPU查找，后续的报文直接转发，转发性能有所提高。1、由于基于具体的目的地址，可能导致一条路径上的流量很大。2、第一个报文也需要查找路由表。Perflow1、快速转发，不需要在CPU中查找路由表，直接通过接口硬件Fib表项转发，转发性能高。2、能够比较的负载分担1、五元组使用Hash算法，来计算等价的路径，计算复杂，可能导致某条路径上承载了大量的流量。Page15几种等价路由转发方式的比较等价路由转发方式优点缺点Perp路由协议的优先级不同的路由协议，使用不同的优先级。当一条路由从不同路由协议学习到的时候，优先级高的路由协议将被优先。路由协议优先级（华为）管理级别（cisco）Direct00OSPF10110IS-IS20115STATIC601RIP100120OSPFASE/OSPFNSSA150110IBGP256200EBGP25620UNKNOWN255Page16路由协议的优先级不同的路由协议，使用不同的优先级。路由协议优路由的选路原则路由的选路原则：1、优先：最长匹配原则。在路由表中存在同一个网络地址，但带有不同的子网掩码；根据选路原则，掩码最长的优先转发。例如在路由表中存在以下几条路由（/16,/24,/30），那么去往目的地的报文，优先选择/30在路由表中对应的出接口、下一跳来选择转发路径。2、其次：路由协议优先级如果同一条路由从多个不同的路由协议学习到，优先级级别低的路由协议优先考虑。比如路由/30从ospf,bgp分别学习到，根据优先级低的原则，报文将优先选择从ospf路由协议学习的路径进行转发。3、cost

同样的路由，报文优先选择cost值小的路径。Page17路由的选路原则路由的选路原则：Page17第1章IP路由的基本概念和原理第2章IP选路的基本原则和等价路由第3章路由协议内容介绍Page18第1章IP路由的基本概念和原理内容介绍Page18静态路由和默认路由静态路由静态路由是特性的路由协议，不能动态宣告，需要手工配置。从路由表的结构和路由转发可知，如果想要访问某个目的地址，必须有目的网络、出接口、下一跳、优先级等。所以静态路由配置也需要这样的条件。缺点是：需要手工配置，不能动态感知网络的情况。如下图，如果A想访问B，配置在RTA和RTB上配置静态路由：A:/24B:/24RTARTB/30.1.2Iproute-staticIproute-staticIproute-static默认路由：默认路由为网络和掩码全0的路由，它表示如果报文不能匹配路由表中任何目的网络，将选择默认路由；如果没有默认路由，报文将丢弃。（一台主机，如果配置网关，将生成一条默认路由。）配置的方法和静态路由一致。很多动态协议也可以生成默认路由。Page19静态路由和默认路由静态路由A:/24B:10路由环路路由环路：路由环路的产生是报文转发到一台路由器之后，该路由器将报文转发回来。这样报文一直存在，直到IP报文的TTL值为0。A:/24B:/24RTARTB/30.1.2Iproute-staticIproute-static如上图，如果A主机的链路出现了故障，此时B主机不知道，依然发送报文到A，RTB将报文送下一跳RTA，而RTA上有一条默认路由（直连路由down了），报文将送回给RTB，RTB再给RTA；造成报文在RTA和RTB之间环回，直到TTL值为0，路由器将丢弃该报文。危害：环路造成的浪费大量的带宽和路由器的进程。所以一个好的路由协议必须自动防止出现网络环路的情况发生Page20路由环路路由环路：A:/24B:10.1.1动态路由协议根据不同的算法，有几种路由协议：1、距离矢量算法(D-V)D：distance表示cost值，即跳数。

V：vector表示下一跳的信息。该算法的特点是：周期性发布整张路由表给邻居。运行该算法的路由协议有（RIPV1/V2,IGRP,EIGRP).2、链路状态算法（linkstatus）－路由器之间形成邻接关系之后，开始通过各自的链路状态信息通告(LSA)给邻居，链路状态为接口地址、掩码。－通过扩散各个路由器形成一张相同的链路状态表。

－根据链路状态表，使用SFP算法来计算出以本路由器为根节点的一条无环路的最短的生成树。－形成路由表转发报文。该算法的特点是：周期性发布更新的路由给邻居，天然无环的路由协议。运行该算法的路由协议有(OSPF,IS-IS)3、路径矢量算法路径：路由经过所有的AS号的长短。矢量：表示下一跳的信息

运行该算法的路由协议为BGP。动态路由协议分IGP,EGP;IGP(internalgatewayprotocol),内部网关协议，通常允许一个AS中，EGP（externalgatewayprotocol),外部网关协议，允许在不同的AS之间。（AS自治系统）Page21动态路由协议根据不同的算法，有几种路由协议：动态路由协议分I问题如果在路由表中存在/32和/29的两条路由，在路由转发报文到的时候，会选择哪条路由决定选路？路由环路会给网络带来什么不利？如何避免？Page22问题如果在路由表中存在/32和/路由基本原理要点课件IP路由基本原理2023/1/4IP路由基本原理2022/12/30ContentsIP路由的基本概念和选路原则ContentsIP路由的基本概念和选路原则学习完此课程，您将会：了解和掌握IP路由的基本概念影响IP路由选路的原则等价路由的概念链路聚合的概念和配置目标Page26学习完此课程，您将会：目标Page3第1章IP路由的基本概念和原理第2章IP选路的基本原则和等价路由第3章路由协议内容介绍Page27第1章IP路由的基本概念和原理内容介绍Page4理解route、routing、routerIP路由是基于目的地址查找IP路由表，找到报文转发的出接口以及对应的下一跳路由器，然后将报文转发给下一跳路由器，直到到达最终的目的地。这里的路由实际指单播路由，将报文逐跳逐跳送到目的地。当然每个转发报文的设备都需要决定是否进行转发、以及选择最近的路径到达目的地。在IP路由中，有几个概念十分重要：1、route：指目的地址，就是例子中的“最终目的地”。达到目的地址经过的设备上都需要知道该目的地址，即route。如果有多个目的地址，就有多个route。2、routing：指决定到达每个下一跳的最短路径和转发出接口，以及决策，即寻路和决策。在每台设备上都需要运行一些算法来实现routing，这些算法就是路由协议，路由协议有静态路由协议（需要人工配置），动态路由协议（设备根据一些规则自动找到最短的路径和转发出口）。3、router：指使用专门的存储介质保存这些route，并使用专用的操作系统来实现routing，并使用专门的通信芯片和硬件提供各种接口来转发报文的设备可以将IP路由想象成“开车去往某个地方”，需要经过很多关口，到达每个关口有几条路径可以选择；为了节省油钱，当然是选择最近的路径到达每个关口；出了每个关口之后，需要再次决定选择哪个路口达到另外一个关口，直到达到最终的目的地。Page28理解route、routing、routerIP路由是基于目路由通告和转发路由通告和转发是两个相反的过程。路由通告是指路由器将自己直连的网段通告给其它的路由器设备，是目的地址的发起者或者源。路由转发是指路由器根据目的地址将报文转发给发起者或者源。E0:IP3E0:IP4PC1:N1PC2:N2E1E1下面的例子来PC1访问PC2说明路由通告和转发的区别：RTARTB通告直连的网段N1N3接受网段N2,形成路由表DAOUTINTERFCENHN1E0IP3通告直连的网段N2DAOUTINTERFCENHN2E0IP4通告过程和路由表形成转发：PC1和PC2相互访问过程PC1访问PC2，RTA查找路由表N2找到出接口和下一跳PC2访问PC1，RTA查找路由表N1找到出接口和下一跳接受网段N1,形成路由表路由器的路由的过程：通告直连的网段－>路由表形成->转发Page29路由通告和转发路由通告和转发是两个相反的过程。E0:IP3E路由器的硬件架构网络接口网络接口网络接口CPU网络接口CPU网络接口网络接口CPU接口CPU接口CPU接口CPU接口ASIC交换网接口ASICASIC接口ASIC接口CPU接口NP交换网接口NPNP接口NP接口CPU第一代第二代第三代第四代第五代基于NP的交换式路由器基于ASIC的交换式路由器基于分布式CPU转发总线式路由器模块化集中转发路由器固定接口集中转发路由器Page30路由器的硬件架构网络接口网络接口网络接口CPU网络接口CPU华为路由器介绍QuidwayR3680E/3640E核心路由器/通用交换路由器中低端路由器QuidwayR2630E/2631E/2620/2621QuidwayR1760QuidwayNE80QuidwayNE16EQuidwayNE08EQuidwayNE05骨干路由器QuidwayR1603/1604QuidwayR2501E/2509E/2511E/4001EQuidwayNE5000QuidwayNE40-8QuidwayNE40-4QuidwayNE40-2Page31华为路由器介绍QuidwayR3680E/3640E核心路由表[Quidway]displayiprouting-tableRoutingTables:Destination/Mask proto pref Metric Nexthop Interface/0 Static 60 0 Serial0/8 RIP 100 3 Serial0/8 OSPF 10 50 Ethernet0/16 RIP 100 4 Serial0/8 Direct 0 0 Ethernet0/32 Direct 0 0 LoopBack0路由表记录了所有的路由、出接口、下一跳、路由的开销、优先级，以及通过什么路由协议学习到。Page32路由表[Quidway]displayiprouting第1章IP路由的基本概念和原理第2章IP选路的基本原则和等价路由第3章路由协议内容介绍Page33第1章IP路由的基本概念和原理内容介绍Page10路由开销Cost路由开销是指从源到目的地经过所有链路的开销的总和。不同的路由协议使用不同的计算方法来计算路由的开销。对于RIP协议使用跳数来计算开销，跳数等于经过路由器的数量。对于RIP最大的cost为15跳。对应IGRP和EIGRP协议，cisco的私用协议，使用链路的bandwidth,delay,reliability,load等接口参数来计算。默认使用bandwidth、delay来计算。

IGRP=107/BW(min)+delay(sum)(BW,delay表示到目的地经过的所有路由器出接口的带宽,）

EIGRP=256*IGRP对于OSPF协议使用：108/BW(BW表示链路带宽）。Cost的开销等于到目的地址经过的所有路由器出接口的总和。路由转发时，总是选择开销最小的路径。以OSPF为例来说明cost的计算：AB3333332222223A访问B有两条路径：一条路径的cost值为:2+2+2+3=9另外一条路径cost为：3+3+3+3=12最后结果，A到B的数据流从下面的路径。Page34路由开销Cost路由开销是指从源到目的地经过所有链路的开销等价路由ECMP等价路由ECMP(equalcostmulti-path):就是在目的地有多个相同开销的路径，在路由表中同一条路由有两个不同的下一跳存在。去往该目的地址的报文在这两条路径上分担。AB2222222222223如图，从A到B有两条路径，RTA通过计算到目的地址B的开销，发现两条路径有相等的cost值，所有RTA的路由表中到同一个目的地址（B）存在两个下一跳:分别为RTC和RTD，这样成为等价路由。在报文转发的时候，RTA会选择报文分担在这两条路径上。RTARTBRTCRTDPage35等价路由ECMP等价路由ECMP(equalcostm等价路由ECMP（续）在等价路径上，有几种报文的转发方式：1、逐包转发逐包的方式是：去往一个目的地的逐包的在等价路径上转发。下图中，RTA转发A到B的第一个包时选择下面的路径，转发第二个包时选择上面的路径；后续的报文也是如此。AB2222222222223RTARTBRTCRTD①②2、perdestination转发对于在同一个网络但是不同目的地址的报文在等价路径上转发。AB:2222222222223RTARTBRTCRTDCBC:Page36等价路由ECMP（续）在等价路径上，有几种报文的转发方式：等价路由ECMP(续）3、perflow转发基于流的转发，一个流基本有五元素来确定（源IP地址、源MAC、目的IP地址、目的MAC、端口）。如下图，对于访问不同的服务器，流量将在两条路径上负载分担；但是如果其中每个服务的流量大，将导致两条路径上的负载分担不均匀。AB2222222222223RTARTBRTCRTDWEBSERVERCFTPSERVERPage37等价路由ECMP(续）3、perflow转发AB2222几种等价路由转发方式的比较等价路由转发方式优点缺点Perpacket流量能够均匀的负载分担1、对于同一个流的报文，都需要进行路由查找，目的是选择等价路由上不同出接口，导致报文的转发效率低。2、可能导致同一个报文在不同的路径上。Perdestination第一个报文上到CPU查找，后续的报文直接转发，转发性能有所提高。1、由于基于具体的目的地址，可能导致一条路径上的流量很大。2、第一个报文也需要查找路由表。Perflow1、快速转发，不需要在CPU中查找路由表，直接通过接口硬件Fib表项转发，转发性能高。2、能够比较的负载分担1、五元组使用Hash算法，来计算等价的路径，计算复杂，可能导致某条路径上承载了大量的流量。Page38几种等价路由转发方式的比较等价路由转发方式优点缺点Perp路由协议的优先级不同的路由协议，使用不同的优先级。当一条路由从不同路由协议学习到的时候，优先级高的路由协议将被优先。路由协议优先级（华为）管理级别（cisco）Direct00OSPF10110IS-IS20115STATIC601RIP100120OSPFASE/OSPFNSSA150110IBGP256200EBGP25620UNKNOWN255Page39路由协议的优先级不同的路由协议，使用不同的优先级。路由协议优路由的选路原则路由的选路原则：1、优先：最长匹配原则。在路由表中存在同一个网络地址，但带有不同的子网掩码；根据选路原则，掩码最长的优先转发。例如在路由表中存在以下几条路由（/16,/24,/30），那么去往目的地的报文，优先选择/30在路由表中对应的出接口、下一跳来选择转发路径。2、其次：路由协议优先级如果同一条路由从多个不同的路由协议学习到，优先级级别低的路由协议优先考虑。比如路由/30从ospf,bgp分别学习到，根据优先级低的原则，报文将优先选择从ospf路由协议学习的路径进行转发。3、cost

同样的路由，报文优先选择cost值小的路径。Page40路由的选路原则路由的选路原则：Page17第1章IP路由的基本概念和原理第2章IP选路的基本原则和等价路由第3章路由协议内容介绍Page41第1章IP路由的基本概念和原理内容介绍Page18静态路由和默认路由静态路由静态路由是特性的路由协议，不能动态宣告，需要手工配置。从路由表的结构和路由转发可知，如果想要访问某个目的地址，必须有目的网络、出接口、下一跳、优先级等。所以静态路由配置也需要这样的条件。缺点是：需要手工配置，不能动态感知网络的情况。如下图，如果A想访问B，配置在RTA和RTB上配置静态路由：A:/24B:/24RTARTB/30.1.2