第六章路由协议

Chapter6

Delivery,Forwarding,andRoutingofIPPackets面向连接和无连接服务直接交付和间接交付路由选择的方法静态和动态路由选择路由选择模块和路由表的设计ArchitectureoftheInternetInformation:IPpacketNode:routerChannel:physicalnetworkSelectthepathTransmitIPpacketsRRRRRRDeliveryandRoutingDelivery（交付，递交）对分组的物理转发Routing（路由选择，选路）为分组寻找路径Routedprotocol:沿选定的路径交付分组Routingprotocol:寻找到达目的的最佳路径

Route1Route2SourceDestinationIP协议Route，路由路径Routing，路由路由选择选路路由选择技术寻找一条将IP分组从源站传输到目的站的最佳路径的技术，而传输路径往往由一系列路由器组成。6.1Connection-orientedvs.ConnectionlessServicesService（服务）Networkapplication：业务OSI/RM：下层为上层提供的一组操作Thischapter（TCP/IP）：通信协议面向连接无连接通信过程建立连接交付分组终止连接交付分组路由选择仅在建立连接时选路每个分组独立选路传输路径相同可以不同DiscussionIP分组传输环境多个网络多个路由器多条可能的路由IP通信——

无连接通信多种网络都能满足的通信方式允许多种选路策略（如：带宽、延时）尽最大努力交付，best-effortdelivery差异：通信能力、分组长度、延时独立选路Net1Net26.2Directvs.IndirectDeliveryDirectdelivery（直接交付）分组目的与分组的发送接口在同一IP网络中Indirectdelivery（间接交付）分组目的与分组的发送接口在不同IP网络中SD1D2directdeliveryindirectdeliverydirectdeliveryDelivery交付方式的判断分组目的IP与其发送接口是否在同一IP网络中？目的IP&发送口掩码==发送口IP&发送口掩码相等：直接交付不等：间接交付交付操作——

地址映射：IP地址物理地址直接交付：目的IP地址目的物理地址间接交付：下一跳IP地址目的物理地址目的物理地址：标识本地链路上的通信对象？ARPNet1Net2Net3IPA

IP11

IP12

IP21

IP22

IPB

NextHop（下一跳）SrcIP=IPA，DstIP=IPB1stdelivery：2nddelivery：3thdelivery：indirect，Next-hopIP=IP11

indirect，Next-hopIP=IP21

direct，DstIP=IPB

主机A的默认网关IndirectDeliveryConfigurationoftheHostWindows使用TCP/IP与网外通信时使用的间接交付地址，一般设置为可与外网进行通信的路由器。命令：winipcfg（ipconfig）Discussion一次交付过程0或多个间接交付+1个直接交付（最后的交付）分组:（源IP地址，目的IP地址）保持不变帧:（源物理地址，目的物理地址）逐跳改变Net1Net2Net3AB11122122（IPA,IPB）（PhA,Ph11）（IPA,IPB）（Ph12,Ph21）（IPA,IPB）（Ph22,PhB）思考下图所示的以太网中，哪几对主机间能进行IP通信？哪几对不能进行IP通信？为什么？SolutionIP网内：直接交付目的IP地址IP网间：间接交付下一跳IP地址（路由器）能通信：AB，CD不能通信：IP网间（无路由器进行IP网间路由）/24/24/24/24ABCD路由选择的方法基本思想不是收到IP分组后才为其选路，而是预先获得到所有目的地的路由（RoutingProtocol）IP报文按预定的路由转发（RoutedProtocol）预定路由：路由表（routetable）转发表（forwardingtable）主机和路由器都用路由表实现报文的发送、转发RouteTable思想使用尽可能少的信息实现选路信息可能的目的目的网络，而非目的主机如何达到目的下一跳路由，而非全部路由节约路由表的存储空间，提高查表效率简化路由表，每个路由器独立选路ExampleDst.NetworkNext-hopAddressIPMaskN1Mask1－N2Mask2I12N3Mask3I12N4Mask4I13Dst.NetworkNext-hopAddressIPMaskN1Mask1I21N2Mask2－N3Mask3－N4Mask4I21I11I12I13I21I22I42I41I31I32Net1N1,Mask1Net2N2,Mask2Net4N4,Mask4Net3N3,Mask36.3Forwarding(转发)Forwardingmeanstoplacethepacketinitsroutetoitsdestination.Forwardingrequiresahostoraroutertohavearoutingtable.ForwardingTechniquesNext-HopMethodNetwork-SpecificMethodHost-SpecificMethodDefaultMethod1、Next-HopMethodTheroutingtableholdsonlytheaddressofthenexthopinsteadofinformationaboutthecompleteroute.Theentriesofaroutingtablemustbeconsistentwitheachother.2、Network-SpecificMethodInsteadofhavinganentryforeverydestinationhostconnectedtothesamephysicalnetwork,ithaveonlyoneentrythatdefinestheaddressofthedestinationnetworkitself.DiscussionNetwork-specificrouting路由表的大小只与网络的个数有关，与每个网络的大小（包含的主机数多少）无关Next-hoprouting路由器独立选路，从Net1到Net2的路径可能与从Net2到Net1的路径不是同一条只有最后一个路由器才知道目的主机是否存在Net1Net2ADBCENet1ABCNet2Net1ADENet23、Host-specificroutingArouteforaspecifichostFeatureHostmask:all1sFunctionRoutecheckSecurityManagementNet2I2,Mask2Net3I3,Mask3I22I31Net1I1,Mask1I32I21I12I11IAIBMaskIPI12Mask3I3－Mask1I1Next-hopAddressDst.NetworkI11/32IBNet3HostB4、DefaultroutingUseadefaultrouteifnoentryfordestinationnetworkintheroutingtableFeatureDestinationnetworkaddress=Destinationnetworkmask=FunctionMaketheroutingtablesmallerAlotofroutinginformationishiddenMaskIPI－Mask2I2－Mask1I1Next-hopAddressDst.NetworkExampleHostRouterRestoftheInternetNet1I1,Mask1Net2I2,Mask2I13I12I21I11DefaultRouterMaskIP地址II12Mask2I2－Mask1I1Next-hopAddressDst.NetworkMaskIPI22/0－Mask2I1Next-hopAddressDst.Network－Mask3I2MaskIPI21/0－Mask2I2Next-hopAddressDst.Network－Mask3I3Routingloop(默认路由环路)主机和路由器的默认路由设置Net1I1,Mask1Net2I2,Mask2I31I11I21I22Net4Net3I3,Mask3Net4I4,Mask4Routingloop6.4Staticvs.DynamicRoutingStaticrouting（静态路由选择）ArouteisformedandupdatedmanuallyAdvantages:lowprocessoroverhead,nobandwidthutilization,secure,andpredictabilityDisadvantages:highmaintenance,noadaptabilityDynamicrouting（动态路由选择）ArouteisdiscoveredandupdatedbyoneofthedynamicroutingprotocolsAdvantages:highadaptability,lowmaintenanceDisadvantages:highprocessoroverhead,highbandwidthutilization静态和动态路由选择静态路由选择管理员手工设备管理员手工更新不能保证路由的一致性和及时性管理性强没有路由开销小型、变化缓慢网络动态路由选择路由协议自动发现路由协议自动更新保证路由的一致性和及时性管理性较弱产生一定的路由开销大型、变化网络路由表的构成过程初始化阶段——路由发现推导初始路由直连网络直连路由无法推导部分手工设置静态路由路由器间交换选路信息动态路由维护阶段——路由更新（网络拓扑改变时）手工、静态更新路由协议自动、动态更新6.5RoutingTableandRoutingModulePolicy:DirectdeliveryDefaultrouteNetwork-specificdeliveryHost-specificdelivery最长匹配（longestmatch）RoutingmoduleThemoduleextractsthedestinationaddressofthepacket.Thedestinationaddressandthemaskareusedtoextractthesubnetaddress.Thetableissearchedusingthesubnetaddresstofindthenext-hopaddressandtheinterfacenumber.Ifnomatchisfound,thedefaultisused.Thenext-hopaddressandtheinterfacenumberaregiventoARP.RoutingTableForwardingtable（转发表）Next-hopaddressDirectdelivery:destinationaddressIndirectdelivery:next-hopaddressMaskDestinationaddressNext-hopaddressFlagsReferencecountUseInter-face………………………………UG…………4…………20……m2……FlagsFlagsareon/offswitchesthatsignifyeitherpresenceorabsenceU(up):indicatestherouterisupandrunning.Ifthisflagisnotpresent,itmeansthattherouterisdown.Thepacketcannotbeforwardedandisdiscarded.G(gateway):meansthedestinationisinanothernetwork.H(host-specific)D(addedbyredirection):indicatesthattheroutinginformationforthisdestinationhasbeenaddedtothehostroutingtablebyaredirectionmessagefromICMP.M(modifiedbyredirection):indicatesthattheroutinginformationforthisdestinationhasbeenmodifiedbyaredirectionmessagefromICMP.Referencecount.Thisfieldgivesthenumberofusersthatareusingthisrouteatthemoment.Use.Thisfieldshowsthenumberofpacketstransmittedthroughthisrouterforthecorrespondingdestination.路由选择算法用IP分组中的目的IP地址查找路由表，使用匹配表项的下一跳地址完成分组交付匹配条件dIP&Mask(i)=Net(i)查找方法顺序查找，直至找到第一个匹配表项关键：路由表表项的排列顺序直连路由主机路由网络路由默认路由longestmatchThisprinciplestatesthattheroutingtableissortedfromthelongestmasktotheshortestmaskIftherearethreemasks,/27,/26,and/24,themask/27mustbethefirstentryand/24mustbelastExample:aHost’sRoutingTableRoutingprocess从被转发的IP分组首部提取目的IP地址；判断直接交付路由表项；判断特定主机路由表项；判断特定网络路由表项；判断默认路由表项；报告转发分组出错。Example1/260/284/28RARCRB6/3000/30e0e0e0s1s0s0s0RoutingTableofRouterRARA#

showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet0显示的顺序Questions在RA的路由表中查找到达以下目的的路径505根据拓扑和RA的路由表，按转发分组时的查表顺序写出RB和RC的路由表，格式如下：目的网络地址/掩码下一跳地址发送接口Solution：RA#showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet0查路由表：直连路由非直连路由（最长匹配）Solution：5RA#showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet0查路由表：直连路由非直连路由（最长匹配）Solution：05RA#showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet0没有匹配项，路由选择失败，发送ICMP差错报文Solution：RB’sRoutingTable目的网络地址/掩码下一跳地址发送接口6/30—s04/28—e000/308s00/288s0/268s0查表的顺序Example2路由器R1的路由表如下：Mask Destination NextHop Interface -- m0 -- m2 -- m1 m1 m1 m m0根据以上路由表画出网络拓扑图。SolutionMask Destination NextHop Interface -- m0 -- m2 -- m1 m1 m1 m m0/16/16因特网的其余部分/16m1/16m2/16m0R/166.6ClasslessAddressing:CIDRClasslessInter-DomainRouting无类别域间路由Aroutingtechnology,notaroutingprotocolRFC1518，RFC1519Function:reducethesizeoftheroutingtableHierarchicalandgeographicalroutingRouteaggregation（路由聚合）CIDR基本思想适当分配多个合适的IP地址，使得这些地址能够进行聚合，减少这些地址在路由表中的表项数。RouteAggregation/24/24/24/24R1R2R2R3IR1IR2IR1IR24：00000105：0000010254：1111111001014&254=45&254=4/23IR2IR1R1Network/MaskNext-hop/24IR2/24IR2聚合推论在R1上都通过同样的下一站路径，可以有多种组网结构如果把掩码再向左缩小1bit，则该表项能实现对.4、.5、.6、.7四个网络的寻址，条件是这四个网络的路径都通过同样的下一站。默认路由项是容纳所有网络的路由如果把连续的IP地址块合理地组织，可以在路由器中有效的合并选路项数。把下面7个C类网络地址进行地址聚合/24/24/24/24/24/24/24聚合步骤把点分十进制表示的网络地址转换成二进制形式提取地址中相同部分（网络部分），对剩余的不同部分按位数年的全排列进行划分，得到多块地址对每一块地址聚合成一个地址。掩码值的计算：其中地址的相同部分其掩中对应的位为1，其余位都为0点分十进制地址二进制（第3字节）聚合的地址块/2410101000/22/2410101001/2410101010/2410101011/2410101100/23/2410101101/2410101111/24聚合应用合理的IP地址规划有效减少关键路由器选路表项，充分发挥路由器的转发性能隐藏网络结构自主管理网络边界使用路由器（即R2）与外界相连，在不改变原有IP地址范围的条件下，网络内部任意划分子网、改变拓扑结构等，都不会影响外部的路由器（即R1）选路表项。自主管理网络R1R26.7StructureofarouterComponents:inputports,outputports,theroutingprocessor,andtheswitchingfabric.SwitchingfabricInputportsPort1Port1PortNRoutingprocessorOutputportsPort1Port1PortNInputports:performthephysicalanddatalinklayerfunctionsoftherouter.Thebitsareconstructedfromthereceivedsignal.Thepacketisdecapsulatedfromtheframe.Errorsaredetectedandcorrected.DatalinklayerprocessorQueuePhysicallayerprocessorInputportOutputports:performthesamefunctionsastheinputport,butinthereverseorder.Firsttheoutgoingpacketsarequeued,thenthepacketisencapsulatedinaframe,andfinallythephysicallayerfunctionsareappliedtotheframetocreatethesignaltobesenttotheline.DatalinklayerprocessorQueuePhysicallayerprocessorOutputportRoutingprocessorItperformsthefunctionsofthenetworklayer.Theroutingprocessorsearchestheroutingtable.RoutingTableSearchAlgorithmsClassfuladdressingTheroutingtableisdividedinto3partsbasedonclassA,B,andCEachaddresshasself-containedinformationthatfacilitatesroutingtablesearchingClasslessaddressingTheroutingtableisdividedinto32partsbasedonthesizeofprefixThesimplestmethod:longestmatch（最长匹配）SwitchingFabrics交换结构Movethepacketfromtheinputqueuetotheoutputqueue.Thespeedwithwhichthisisdoneaffectsthesizeoftheinput/outputqueueandtheoveralldelayinpacketdelivery.Summary:Concept交付、路由选择面向连接、无连接协议直接交付、间接交付：地址映射路由表：作用、内容、查找规则路由类型网络拓扑：直连路由、非直连路由目的范围：主机路由、网络路由、默认路由获得方式：静态路由、动态路由Summary面向连接VS无连接在使用面向连接服务时，在发送分组前，本地的网络层协议首先向远地的网络层协议发起一个连接在使用无连接协议时，网络层协议独立地对待每一个分组，而每一个分组与任何其它分组无关Summary直接交付VS间接交付分组的交付者（主机或路由器）与终点都连接在同一个网络上分组的交付者（主机或路由器）与终点不是连接在同一个网络上Summary在使用下一跳方法时，不需要将分组所经过的每一站都完整地写在路由表中，只需要将下一跳写在路由表中在使用特定网络方法时，在一个网络上的所有主机共享路由表中的一个项目特定主机方法时，路由表给出主机的完整地址。在使用默认方法时，有一个路由器被指派接收所有在路由表中的无匹配的分组。应用根据网络拓扑或分组的源、目的IP地址判断直接交付和间接交付根据路由表查找到达给定目的的路径Summary分类编址的路由表可以有3列无分类编址的路由表至少4列路由表中的列数与厂商有关在无分类编址中，地址聚合简化了转发过程无分类编址需要使用最长前缀匹配无