弱电工程路由器工作原理和技术讲义

网络系统集成技术

NetworksSystemIntegrating

第四章路由器工作原理和技术第四章路由器工作原理和技术本章主要内容4.1路由器的概念4.2路由器的分类4.3主要路由协议4.4路由器的连接4.5路由器的配置4.6路由器主要技术AboutRoutersAninternetisacombinationofnetworksconnectedbyrouters.Whenadatagramgoesfromasourcetoadestination,itwillprobablypassthroughmanyroutersuntilitreachestherouterattachedtothedestinationnetwork.Arouterreceivesapacketfromanetworkandpassesittoanothernetwork.Arouterisusuallyattachedtoseveralnetworks.Whenitreceivesapacket,towhichnetworkshoulditpassthepacket?Thedecisionisbasedonoptimization:whichoftheavailablepathwaysistheoptimumpathway?4.1路由器的概念工作在OSI参考模型第三层(网络层)的数据包转发设备具有判断网络地址和选择路径的功能根据收到的数据包中的网络层地址和路由器内部维护的路由表决定输出端口和下一跳地址通过动态维护路由表来反映当前的网络拓扑,并通过与网络上其他路由器交换路由和链路信息来维护路由表路由与桥接：性能特点两者均为网络互联,但桥接功能发生在数据链路层，转发的依据是帧中的信息（MAC地址）。硬件处理，转发速度较快，无广播抑制功能，价格较低，适合于局域网、企业网等内部子网间互联。路由功能发生在网络层，转发的依据是数据报中的信息（IP地址）。软件处理，转发速度较慢，可完全抑制广播，价格较高，适用于大网络和复杂网络拓扑结构，主要用在外网与内网的隔离处或在广域网中作中间转发结点。路由器的工作流程路由器的功能异种网络的互联可用完全不同的数据分组和介质访问方法互联各种子网。只接收源站或其他路由器的信息，而不关心各子网所用的硬件设备（但要求运行与网络层协议相一致的软件）。网络地址判断、最佳路由选择和数据处理(加密/优先级/过滤等）支持复杂的网络拓扑结构网络互联和路由选择（中间节点路由器）分隔子网和隔离广播（边界路由器）4.2路由器的分类形形色色的路由器Cisco12000SeriesRouters

Cisco837ADSLBroadbandRouterCISCO3800SERIESINTEGRATEDSERVICESROUTERS按性能档次分类高端路由器背板交换能力大于40GbpsCISCO12000/7500/7200系列中端路由器背板交换能力大于25～40GbpsCISCO4000/3600系列低端路由器背板交换能力小于25GbpsCISCO3600系列以下划分标准和型号仅供参考按结构分类模块化路由器（下图）通常为中高端路由器非模块化路由器（右图）通常为低端路由器按网络位置分类核心层（骨干级）路由器位于网络中心，要求高速可靠（热备份/双电源/双数据通路等），用于实现企业级网络的互联。分发层（企业级）路由器中大型企业和因特网服务供应商（ISP）或分级系统中的中级系统访问层（接入级）路由器位于网络边缘，应用最广泛，主要用于中小企业和大型企业分支机构中。目前最常用的接入路由器是宽带路由器。按功能分类通用路由器专用路由器为实现某种特定功能对路由器接口、硬件等做专门优化（如拨号、VPN）线速路由器以线路速率高速转发数据（高端路由器）非线速由器转发时有一定间断和延时（中低端路由器）4.3主要路由协议路由器工作方式所谓“互连网络”，就是由若干路由器连接起来的一组网络。路由器的主要作用是将所接收到的信息包按其附加的地址信息传送给另一个网络。一个路由器通常连接几个网络，如果通往目标网络有几条传输路径可行，路由器将根据预先设定的所谓“计量标准”（metric）选择最佳路径。路由选择——选择最佳路径最佳判断——计量标准路由器工作图在此通信过程中，数据包的协议地址始终不变，而物理地址在不同子网中有不同的值。路由器常用计量标准(Metric)跳数（hop）——数据包到达目的地所必须经过的路由器数目带宽（bandwidth）——链路传输数据流容量的能力延时（delay）——从源节点发送一个数据包到目的节点所需时间负载（load）——网络资源（如路由器、链路等）的繁忙程度可靠性（reliability）——指每一链路的可靠性（通常用误码率来描述）滴答数（tick）——在数据链路上用IBMPC时钟表示的延时（1tick=1/18s，约55ms）开销（cost）——基于带宽、费用或其他因素的任意值，通常由网络管理员指定路由选择协议路由协议（routedprotocol）含有使数据包路由用的寻址和控制信息（故又称为“路由协议”）。它们根据路由选择协议实现互连网络之间的路由。常用路由协议有：IP协议，AppleTalk，DECnet和NovellNetWare等。路由选择协议（routingprotocol）执行某个路由算法实现路由功能。路由算法用于初始化和定期更新“路由表”（routingtable）中的信息，并进行实际的路径选择。IdentifyingStaticandDynamicRoutesStaticRouteUsesaroutethatanetworkadministratorentersintotheroutermanuallyDynamicRouteUsesaroutethatanetworkroutingprotocoladjustsautomaticallyfortopologyortrafficchanges路由器中一张存储了网络拓扑信息内容的表，它包含一组条目，指定可以到达其他网络的路由器端口的IP地址。静态路由表：网络管理员人工设置和更新维护动态路由表：由路由选择协议自动生成和更新维护静态路由和动态路由静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此在网络中动态路由通常作为静态路由的补充。当一个数据报在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。内部己路由项和外智部路俯由今天搜，一末个互被联网也络可堡能很殃大，凝以致篮一个裳路由怜协议拒无法虑完成动为所吩有路榨由器惩更新坚路由收表的里任务敢。为响此，抚需要涨将一白个互份联网售络分领为若咏干“自治俱系统”（脑au畏to铅no爸mo露us龟s舞ys愤te店ms察，A单S）没。一伶个“趟自治皆系统绣”是掀指由偿同一项个管遵理员秘管理计的一午组网高络和工路由主器。求自治扰系统研内部赔的路竹由称照为“鸡内部矩路由屿”，衫自治胞系统屡之间页的路勒由称死为“梦外部兆路由耐”。争每个捕自治渡系统辈都可年以选律择一招个内窜部路侨由协虑议来畅处理挽该自垮治系融统内舍部的漠路由牛。但移是，迫自治辱系统厨之间类的路辩由通揭常只践能使丹用一肌个外溉部路核由协梁议来道处理酿。IG滩P和洒EG味P在每招个自滴治系厕统中墨，所敌有路摄由器密都运牛行一粉个内辆部网窝关协梅议以忙自由前地交越换路掩由信锻息。赚不同暖自治先系统态之间辱则使蒸用外盾部网尘关协抱议，房诚它限优制在璃这些巧互连宁的自妻治系朝统之贵间交覆换的矩路由弦信息厉总量生，并身允许岁按不重同方距式管而理它恢们。常用币路由呢协议路由盟协议樱分为虹：内部库网关赖协议（I访GP蜻,I逃nt亿er跌io瓜r连Ga侄te买wa面y岗Pr偿ot炊oc刊ol略）和外部横网关挖协议（E屿GP押,E暗xt喉er熟io尿r做Ga娃te千wa晴y歌Pr开ot库oc袄ol围）。午前者耗用来啦交换忆同一技自治租系统垮中所员有路附由器群间的屠所有摆路由摸信息奏，适限用于足某一酸大型夕网络崇中的稀路由挤器组毁使用悉。后素者以叉可控迎制的君方式黑在不通同自产治系灰统中弱传送滥路由声信息隐，适故合于廊在因献特网蕉之类拍网关蛇经常术变化捎的系粮统间运进行挑路由楼信息动交换真。这里驰”网巧关”典是路榴由器材的旧公称距离亏矢量期协议峰和链智路状制态协钞议Di蛇st溪an厨ce晕-V袄ec德to忍r&眉li佩nk具-S闹ta喷te易s内部饮网关吓协议熔根据栋学习稍路径即的方但式可臂以分存为距竖离矢碰量路械由协蜓议和夕链路半状态查路由猾协议仙两大侮类距离找矢量避协议赚（如押RI谷P、槐IG瞒RP掘等）腐周期睛性地袭通过族广播批进行攻路由紫更新嚷，并蜻只与妹直接贯相连努的相狼邻路牌由器观交换屿信息归。而秤且在介每次向路由潮更新摧中都芽发送断所有核的路冈由表督表项哈。每甘个路遥由器欺只认赶识相经邻的哗路由作器和历到目铃标的久路离役。链路混状态趟协议哄（如慰OS阴PF霉等）辜使每滑个路铁由器辰在其旨区域纯内维尸护相排同的拿数据称库，仍在网库络里变的每北个路碑由器特能看病见整爸个网炸络，边链路克状态昏更新顶通告辉所有愈其他技路由伶器的碧只是帜有关团其邻瘦接和浆链接咬链路赔的信顶息，凉而非乎整个订路由虾表。等而且庸它无靠须周夺期性息地更枕新，例只有耐改变夕后才区传播达出去纳。距离乎矢量阅路由温协议Di增st渔an翁ce晌-V宿ec美to赛r雾R鞭ou电ti铅ng辽P烫ro轻to菊co躬ls基于轰Be锁ll此ma峡n-洗Fo刘rd婆算法周期往性地克将路伶由表勤信息基的拷毫贝在暑路由利器间困传送每个淡路由熊器都诞不了太解整场个网裕络拓困扑，续只知秃道与卵自己抽直接队相连额的网白络情葛况。距离永矢量誓路由脉器关锈心的欢是到租目的缠网段胆的距狐离（俱Me版tr脾ic蓝）和损矢量嘴（方给向，猜从哪然个端眼口转汤发）割。距离峡矢量扩信息输类似车于十沈字路就口指坏向目假的地范的路括标，淋沿路羞标的轮指向年前进悦，在料下一猛个十诱字路正口，小会再亲看到撇一个峰距离每目的未地更讲近的穿新路进标。优点促：配茂置简徐单，企占用节较少画内存留和C锈PU藏处理宴时间缺点掌：收刺敛速剑度慢莲，报毯文量据大，喝占用悔较多志的网罗络开固销Di料st信an杀ce许-V者ec炼to渗r距离巷矢量宴协议加的路栽由表网络ID跳数下一个路由器………………………链路段状态奏路由仰协议慎L熊in买k-筒St帐at年es膏R桐ou容ti津ng辱P便ro保to单co敏ls基于桂Di刷jk盟st零ra走算法亦称疲“最族短路抬径优敌先算歌法”通过婚收集命和传镇递自梯治系缴统的涛链路渣状态坚来动般态地争发现疏并传停播路炮由信毛息。垫通过瞎这种作方式乱使区剩域内影的每政台路雀由器本都建执立了且一个挎本区胶域的动完整答的链垒路状敏态数辉据库因。采用岗增量傅更新午机制敢，只够有链引路状扎态发裙生变颈化时尸才发谊送路着由更饶新信肆息。优点电：提躲供比钢距离壤矢量龄算法宰更大火的扩棚展性责的快劝速收生敛性缺点垂：耗志费更类多的绪路由洗器内驴存和熊CP修U处半理能斑力。Li堵nk购-S针ta散te①盯RI但P协福议RI矮P（总Ro隶ut闹in恒g抛In炉fo席rm异at沾io恳n岔Pr芳ot坡oc针ol笑，路小由信同息协汗议）械简单秘实用竹，是蚂目前仅最常形用的混协议测。R牌IP贤每3摸0秒补发送误一次请路由呼信息田，而蚁且规箱定如渣果1在80材秒内游没有臭听到唯其他叼网关颜发来傻路由冷信息歌，它坚就不惊再是镜可用艳的，寨路由粱器便腔将发猎送一欠个特彼殊的那信息辈将不掠可用样的路灶由通卖知给奴相邻扬的路峰由器碗。R围IP握选择浩具有危最少尸“跳震数（摊ho覆p拴co店un北t）担”（殃度量秘）的挨路由晃作为跪最佳猪路径圆。颈RI洽P的虎跳数艰表示桐数据唐在到画达其袄目的吼地之丧前必秆须通颠过的窗网关灶数量泼（直陶接相牵连的鸟度量赔值为昼0）蹈。R今IP焰认为沟最佳浴路径陈就是暗使用坡网关厉最少川的路掉由。耍即网爸关越疯少就谢意味林着路解径越妻短，本最短洒的路娱径就注是最钳佳路海径。轧利用届这种李方法中去选忆择最漏佳路召由，侵有时布就称决为“倾距离犁矢量辆算法未”。搅RI序P接琴受的门最长哑距离县是流15慎跳。唇如果抱一条垮路由归的度葱量大扛于友15卵跳，盟它就耻认为项其目次的地扯是达杏不到可的（富RI犹P协厌议中新16闭=“备无限观”）滥，并再舍弃狼该路阔由。捎为此雁，R堪IP宾不适竭合于购其路魔由可创能超道过1缠5个较网关篮以上伤的超警大型哑自治跌系统妖。而什且路状由器阀组保编持同突步时坛可能嗽产生断大量矿通信转量（映广播怨风暴周），刷适用驳于小挤网络蕉（1诵0～步15盆个子扯网或竞更少平）或充不使斤用冗闹余路价由的邮网络补环境劈燕中—滔—R距IP套是为粮小型蒙同类摸网络司设计磨的。RI仙P协侍议(忌续)目前旨最常解用的抢路由峰协议求是R唤IP扬1（幕第1底版）磁。但霉不少诵新型炭路由域器支发持R膜IP粥2喝。R决IP迟2最权大的抛特点浑是支闭持认蛙证功欧能和货多播像功能域。前震者是射为了卷阻止台未经痕许可项的路归由发惠布，冻在R分IP水数据膝包中独加入福认证奏功能士。后注者则册针对泳RI伸P1直采用待广播首形式挣向每看一个够网络醉邻居易发布水RI赔P报催文的严缺点两（这次种情挡况下灵，不院仅网驻络上惜所有县的路见由器早接收盐到数谎据包吓，而柜且所倾有主玩机也半接收决到数饰据包员），膛使用胳多播叔地址草22乐4.瞎0.航0.万9，贱使R您IP惧报文盼仅向优网络锅中的猎路由英器发面布。RI算P报曾文被籍封装忆在U碧DP渣用户惨数据便报中丑。分尿配给辉UD乐P中名RI厉P使升用的学公认私端口呆号是惧52挎0。②I疾GR需P（总内部纹网关事路由凡协议芦）IG迎RP丧（I腾nt交er兵io来r慈Ga娘te凑wa盏y惜Ro志ut悼in收g袍Pr墨ot桶oc垃ol孟,内创部网消关路纲由协警议）挽是C伸is户co选公司占开发但的路凤由协取议，缩慧在优哭化网旁络间我的数融据包挪路由尊方面薯具有快良好纸的性烛能。管它的缘瑞度量护值可怕以超衰过1欣60屿万。湾IG提RP孙是目宵前C赖is舰co艘路由态器常拢用的酿高级羽距离深向量循协议衬。其域增强歼型为帽EI俱GR礼P协谱议，营但定贸制更赖为复尚杂。③O撇SP挠F(敬开放周式最谱短路鞋径优伶先协膏议)OS找PF台（O轿pe推n期Sh浇or沉te开st升P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