计算机网络基础第3章路由及路由器

第3章路由与路由器第3章路由与路由器3.1路由技术3.2路由器3.3路由协议配置3.4访问控制列表（自学）3.1路由技术什么是路由(routing)技术路由问题邮政举例邮件的路径选择谁来完成路径选择工作如何选择路径网络中的路由路径选择方式路由技术的基本概念路由问题：路径选择如何把这封信发往旧金山？北京上海东京旧金山可选路径北京旧金山北京东京旧金山北京上海东京旧金山香港旧金山TWIMS谁来完成路径选择工作上海邮局东京邮局旧金山香港？旧金山由邮局组成的邮政系统完成路径选择的全过程由每个邮局进行具体的存储转发工作东京？TWIMS如何进行路径选择路径选择依据根据信宿地址确定下一个站点是谁路径选择方法查看邮局各自去往信宿的路由表去往旧金山TWIMS路由技术的概念为IP数据包在网间寻找传输路径采用间接寻径方式将数据包逐站传递通过网间互连设备—路由器实现路由功能TWIMS路由技术的地位和作用实现异种网络互连的关键技术完成OSI参考模型的第三层功能体现TCP/IP协议IP层的设计思想屏蔽下层与物理网络相关的技术细节用统一的IP地址分层次寻址和寻径根据网络地址实现到达目的网络的路径选择根据主机地址在目的网络中选择到达信宿的路径TWIMS路由技术三个基本要素路由技术有三个基本要素，数据包要到达的目的地址、所有可能的路径选择和最佳的路由。路由包含两个基本的动作：路径选择和交换功能。TWIMS选择最佳传输路径选择最佳传输路径什么是最佳？定义一种度量标准（Metric）如何得到最佳？根据度量标准确定一种路由算法根据算法收集路由信息，作出判断将判断结果填入路由表路由器之间交换网络动态的路由信息TWIMS网络的路径选择直接寻径（源与宿在相同网络）在物理网络内部确定主机—主机的数据传输路径间接寻径（源与宿在不同网络）确定到达目的网络的数据传输路径在目的网络中用直接寻径方法到达信宿TWIMS数据交换将IP包在网间传送在IP层查看去往信宿的路由表，确定下一站点找不到下站的路由，丢弃数据报找到下站的路由，确定下站的物理地址在数据链路层数据封装，送网下站数据交换特点数据包的目的IP地址始终保持不变帧的目的物理地址根据路径判定结果逐站改变TWIMS数据交换电路交换报文交换分组交换TWIMS确定路由算法设计目标选择类型定义最佳路径的度量准则实现路由协议路由传输协议（RoutedProtocol）网间经路由被传输的协议：IP，OSI，Netware路由选择协议（RoutingProtocol）实现路由选择算法的协议：RIP，OSPF，BGP

路由协议的作用是用来建立以及维护路由表的，路由选择算法是路由选择协议用于决定达到目的网络的最佳路径的计算方法。路由选择协议与算法

路由算法的设计目标清华大学移动数字图书馆TWIMS优化：根据一定的优化准则选择最佳路径的能力简单：利用最少的物理资源、提供最有效的功能稳定：经受得住各种恶劣环境的考验，故障率低收敛：跟随路由更新信息变化重新计算，快速取 得全网一致的最佳路由灵活：快速、准确地适应各种网络环境和变化选择最佳路由的度量参数跳数：一个分组从源节点到达目的节点经过的路由器的个数。一般来说，跳数越少的传输路径越好；带宽：链路的传输速率；延时：一个分组从源节点到达目的的节点所花费的时间；负载：单位时间内通过路由器或线路的通信量；可靠性：传输过程中的误码率；开销：传输过程中的耗费，耗费通常与所使用的链路带宽相关。路由及路由表的相关概念路由表：在路由器中维护的路由条目，路由器根据路由表做路径选择。路由表的基本组成

Destination/MaskprotoPrefMetricNexthopInterface9.1.0.0/16RIP1004120.0.0.2Serial09.0.0.0/8OSPF105020.0.0.2Ethernet011.0.0.0/8Static600120.0.0.2Serial020.0.0.0/8Direct0020.0.0.1Ethernet020.0.0.3/32Direct00127.0.0.1LoopBack0路由分类路由分类—静态路由与动态路由

静态路由：手工设置，简单；适于结构简单的网络。静态路由172.16.2.2S1/2172.16.2.1BRAS1/2192.168.10.1202.99.8.1F1/0F1/0192.168.10.5202.99.8.3RAC192.168.10.0F1/0C172.16.2.0S1/2RBC202.99.8.0F1/0C172.16.2.0S1/2RA去往202.99.8.0？手工添加告诉路由器去往202.99.8.0走S1/2接口这条路S202.99.8.0S1/2RB去往192.168.10.0？手工添加告诉路由器去往192.168.10.0走S1/2接口这条路S192.168.10.0S1/2RB直连路由当在路由器上配置了接口的IP地址，并且接口状态为up的时候，路由表中就出现直连路由项f0/0f0/1路由表网段接口

192.168.1.0/24f0/0

10.0.0.0/8f0/1192.168.1.1/2410.1.1.1/820.0.0.0/8对于不直连的网段，需要静态路由或动态路由，将网段添加到路由表中默认路由当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目时，路由器把请求转发到默认路由接口StubNetwork-末节网络192.168.2.1S0192.168.1.0B192.168.2.2NetworkAB不论去往哪里的非本网段的数据包都转发给路由器A的192.168.2.2接口路由分类动态路由动态路由：在大型网络环境下，依靠路由协议（比如OSPF、RIP路由协议）学习到的路由，由路由器自动发现和修改路由。路由分类：内部网关协议和外部网关协议清华大学移动数字图书馆TWIMS因特网采用分层次的路由选择协议。因特网的规模非常大隐私，安全将整个Internet划分为许多较小的自治系统AS（AutonomousSystem）。AS的重要特点：有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。一个AS内的所有网络都属于一个行政单位（例如，一个公司、一所大学，政府的一个部门，等等）来管辖。自治系统ASAS,IGP,EGP

用内部网关协议（例如，RIP）自治系统B自治系统A用外部网关协议（例如，BGP-4）R1R2

用内部网关协议（例如，OSPF）自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择(interdomainrouting)用外部网关协议EGP在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择(intradomainrouting)用内部网关协议IGP内部网关协议IGP(InteriorGatewayProtocol)在一个AS内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多

RIP和OSPF协议。外部网关协议EGP(ExternalGatewayProtocol)若源站和目的站处在不同的AS中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个AS中。这样的协议就是外部网关协议EGP在外部网关协议中目前使用最多的是BGP-4。AS,IGP,EGP距离矢量协议（如RIP等）链路状态协议（如OSPF等）主要动态路由协议内部网关协议-RIP路由信息协议RIP是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。RIP是一种分布式的基于距离向量算法的路由选择协议。RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录内部网关协议RIP“距离”的定义RIP协议中的“距离”也称为“跳数”(hopcount)，每经过一个路由器，跳数就加1从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1这里的“距离”实际上指的是“最短距离”ABC10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S1E1RoutingTable10.2.0.010.3.0.011__RoutingTable10.3.0.0_110.4.0.0_1RoutingTable10.1.0.010.2.0.0__

11例：路由表的建立路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）手动设置ABC10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S1E1RoutingTable10.1.0.010.2.0.0RoutingTable10.2.0.010.3.0.011__10.4.0.02CRoutingTable10.3.0.0_110.4.0.0_110.2.0.0B2__10.3.0.0B211例：路由表的建立以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。动态建立10.1.0.02AABC10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S1E1RoutingTable10.1.0.010.2.0.010.3.0.0RoutingTable10.2.0.010.3.0.010.4.0.010.1.0.01122__CARoutingTable10.3.0.0_110.4.0.0_110.2.0.0B210.1.0.0B2__B211例：路由表的建立经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。动态建立10.4.0.02BRIP协议的三个要点仅和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。S1/3S1/2S1/2整个路由表路由器B路由器A路由器BS1/3整个路由表路由器ARIP协议的优缺点RIP存在的一个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。

RIP协议最大的优点就是实现简单，开销较小。RIP限制了网络的规模，它能使用的最大距离为15（16表示不可达）。路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。链路状态路由协议链路状态（Link-State）链路状态路由协议向全网扩散链路状态信息链路状态路由协议当网络结构发生变化立即发送更新信息链路状态路由协议只发送需要更新的信息链路状态OneRoute链路状态路由协议LSDBLSA的RTALSA的RTBLSA的RTCLSA的RTD（二）每台路由器的链路状态数据库(一）网络的拓朴结构CABD123CABD123CABD123CABD123（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树（三）由链路状态数据库得到的带权有向图CABD1235RTCRTD3215RTBRTA1、每个运行OSPF的路由器发送HELLO报文到所有启用OSPF的接口。如果在共享链路上两个路由器发送的HELLO报文内容一致，那么这两个路由器将形成邻居关系。2、从这些邻居关系中，部分路由器形成邻接关系。邻接关系的建立由OSPF路由器交换HELLO报文和网络类型来决定。3、形成邻接关系的每个路由器都宣告自己的所有链路状态。4、每个路由器都接受邻居发送过来的LSA，记录在自己的链路数据库中，并将链路数据库的一份拷贝发送给其它的邻居。5、通过在一个区域中泛洪，使得给区域中的所有路由器同步自己数据库。6、当数据库同步之后，OSPF通过SPF算法，计算到目的地的最短路径，并形成一个以自己为根的无自环的最短路径树。7、每个路由器根据这个最短路径树建立自己的路由转发表。OSPF的运行过程OSPF协议特点没有路由跳数的限制;使用组播更新变化的路由和网络信息;路由收敛速度较快;以开销（Cost）作为度量值;采用的SPF算法可以有效的避免环路;在互联网上大量使用，是运用最广泛的路由协议;3.2路由器路由器是一种连接多个网络的互连设备，工作在OSI参考模型的第三层（网络层），为不同网络之间报文寻找传输路径并转发报文。路由设备的特性

:能解读网络层的信息具有两个以上网络接口具有路由表路由器的三大功能存储功能存储接口进来的数据报文，如MAC帧、SDH帧、语音压缩报文等。处理功能对数据报文进行处理，如IP头校验、IP选项处理、转发寻址、TTL处理、上层协议处理等。转发功能处理完成的数据报文从接口转发出去，数据报文分段、链路层地址映射、物理地址映射等。路由器有三类接口：局域网接口、广域网接口和配置接口。路由器的接口路由器192.168.2.1F1/0S1/2192.168.1.5192.168.3.8F1/1192.168.1.1192.168.3.1路由器的每个接口都必须单独占用一个网段路由表192.168.2.1F1/0S1/2192.168.1.5192.168.3.8F1/1192.168.1.1192.168.3.1路由器转发数据报依靠查路由表目标网段出口C192.168.1.0Fastethernet1/0C192.168.2.0Serial1/2C192.168.3.0Fastethernet1/1路由器的每个接口单独占用一个网段路由器工作原理路由器从接口收到数据包，读取数据包里的目的IP地址根据目的IP地址信息查找路由表进行匹配匹配成功后，按照路由表中转发信息进行转发匹配失败，将数据包丢弃，并向源发送方反回错误信息报文1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data主机1.1要发送数据到4.2路由表网段接口1.0E02.0S04.0S0路由表网段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理路由表网段接口1.0E02.0S04.0S01.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器接收到数据，查看数据包中的目标地址为4.2，查找路由表路由表网段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器1根据路由表转发数据到S0口路由表网段接口1.0E02.0S04.0S0路由表网段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器2接收到数据包，查看数据包的目标地址，并查找路由表路由表网段接口1.0E02.0S04.0S0路由表网段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理1.04.01.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2Router1Router2Data路由器2根据路由表转发数据到E0口路由表网段接口1.0E02.0S04.0S0路由表网段接口1.0S02.0S04.0E0主机4.2接收到数据包路由器工作原理按性能档次，路由器可分为高、中和低档路由器。按结构，路由器可分为模块化结构与非模块化结构从功能上划分，可将路由器分为核心层（骨干级）路由器，分布层（企业级）路由器和访问层（接入级）路由器。路由器的分类带外管理通过带外对路由器进行管理(PC与路由器直接相连)带内管理通过Telnet对路由器进行远程管理通过Web对路由器进行远程管理通过SNMP工作站对路由器进行远程管理3.3路由器协议的配置配置模式提示符进入命令用户模式Router>特权模式Router#enable全局模式Router(config)#configureterminal线路配置模式Router(config-line)#vty04路由配置模式Router(config-router)#routerrip接口配置模式Router(config-if)#Interfacef1/1路由器配置模式路由器上配置telnet第一步:配置端口地址第二步：配置远程登录密码第三步：配置特权模式密码RouterA#configureterminal ！进入全局配置模式RouterA(config)#interfacefa1/0 ！进入路由器接口配置模式RouterA(config-if)#ipaddress192.168.0.1255.255.255.0 ！配置路由器管理接口IP地址RouterA(config-if)#noshutdown

！开启路由器fa1/0接口路由器上配置telnet第一步:配置端口地址第二步：配置远程登录密码第三步：配置特权模式密码RouterA(config)#linevty04

！进入路由器线路配置模式(子接口命令，linevty04是最大允许5个人同时telnetRouter登陆)RouterA(config-line)#login ！配置远程登录RouterA(config-line)#passwordstar ！设置路由器远程登录密码为starRouterA(config-line)#end

！退出线路配置模式路由器上配置telnet第一步:配置端口地址第二步：配置远程登录密码第三步：配置特权模式密码RouterA#configureterminal ！进入全局配置模式RouterA(config)#enablesecretstar ！设置路由器特权模式密码为star 加密存放RouterA(config)#enablepasswordstar ！设置路由器特权模式密码为star 明文存放路由器配置文件的管理查看配置文件showshowversion！查看版本及引导信息showrunning-config！查看运行配置showstartup-config

！查看用户保存在NVRAM中的配置文件保存配置文件copy/writeRouter#copyrunning-configstartup-configRouter#writememoryRouter#write删除配置文件deleteRouter#deleteflash:config.text！删除初始配置文件路由信息Codes:C-connected，S–static，R–RIP，O-OSPFIA-OSPFinterarea，E1-OSPFexternaltype1E2-OSPFexternaltype2，*-candidatedefaultGatewayoflastresortis10.5.5.5tonetwork0.0.0.0 172.16.0.0/24issubnetted,1subnetsC 172.16.11.0isdirectlyconnected,serial1/2OE2172.22.0.0/16[110/20]via10.3.3.3,01:03:01,Serial1/2S*0.0.0.0/0[1/0]via10.5.5.5查看路由信息router#showiproute路由信息O --路由信息的来源(OSPF)172.16.8.0 --目标网络（或子网）[110 --管理距离(路由的可信度)/20] --度量值(路由的可到达性)via172.16.7.9 --下一跳地址(下个路由器)00:00:23 --路由的存活的时间(时分秒)Serial1/2 --出站接口O172.16.8.0 [110/20]via172.16.7.9,00:00:23,Serial1/2静态路由配置静态路由配置命令iproute

iproute

[目的网络地址][子网掩码][转发路由器的IP地址/本地接口]在路由器QuidwayA上配置：iproute129.1.0.0255.255.0.010.0.0.2或者iproute129.1.0.0255.255.0.0serial0/0129.1.0.0/1610.0.0.2E0/0QuidwayBS0/0QuidwayA10.0.0.1静态路由配置示例转发路由器的IP地址S0/0本地接口缺省路由配置缺省路由：router(config)#iproute0.0.0.00.0.0.0[转发路由器的IP地址/本地接口]0.0.0.0/0可以匹配所有的IP地址，属于最不精确的匹配缺省路由可以看作是静态路由的一种特殊情况当所有已知路由信息都查不到数据包如何转发时，按缺省路由的信息进行转发routerB(config)#iproute0.0.0.00.0.0.0172.16.2.2Internet上大约99.99%的路由器上都存在一条缺省路由!172.16.2.1S0B互联网RAB172.16.2.2172.16.1.0缺省路由【例】设一个集团单位，有三个子单位分布在一个城市的不同地理位置，建设企业内部网，需要将三个单位互连在一起。假设子单位之间通过租用专线互连。实现子网间的通信RouterARouterBRouterC公司IP子网地址路由器路由器端口名称内口E0外口S0外口S1A192.168.1.0/24RouteA192.168.1.254/2410.0.2.1/24接C10.0.0.2/24接BB192.168.2.0/24RouteB192.168.2.254/2410.0.0.1/2接A10.0.1.2/24接CC192.168.3.0/24RouteC192.168.3.254/2410.0.1.1/24接B10.0.2.2/24接A网络IP规划1.为路由器每个接口配置IP地址主机与Router通过快速以太网口相连RouteA#configterminalRouteA(config)#interfaceFastEthernet0/0RouteA(config-if)#ipaddress192.168.1.254255.255.255.0RouteA(config-if)#noshutdownRouteA(config-if)#Ctrl+z1.为路由器每个接口配置IP地址Router与Router通过串口相连1.为路由器每个接口配置IP地址RouteA(config)#interface

Serial1/0RouteA(config-if)#ipaddress10.0.2.1255.255.255.0RouteA(config-if)#bandwidth1024RouteA(config-if)#description1MLinetoRouteCRouteA(config-if)#noshutdownRouteA(config-if)#Ctrl+zRouteA(config)#interface

Serial1/1RouteA(config-if)#ipaddress10.0.0.2255.255.255.0RouteA(config-if)#bandwidth1024RouteA(config-if)#description1M