第5章网络互联技术

第5章

局域网互联

项目1双机互连对等网络的组建

【学习目标】掌握路由器的工作原理和路由选择算法。掌握常用的路由选择协议RIP和OSPF。掌握路由器的配置方法。5.1路由器概述路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（Routing），这也是路由器名称的由来（Router，转发者）。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于TCP/IP的国际互联网络Internet的主体脉络，也可以说，路由器构成了Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益。一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。1.路由器端口①Console端口。②AUX端口。AUX端口为辅助端口，主要用于远程配置，也可用于拨号连接，还可通过收发器与MODEM进行连接。③RJ-45端口。RJ-45端口是常见的双绞线以太网端口。RJ-45端口大多为10/100Mbps自适应的。④SC端口。SC端口即光纤端口，用于连接光纤。

⑤串行端口。串行(Serial)端口常用于广域网接入，如帧中继、DDN专线等，也可通过V.35线缆进行路由器之间的连接。⑥BRI端口。BRI端口是ISDN的基本速率端口，用于ISDN广域网接入，采用RJ-45标准。2.路由器软件如同PC机一样，路由器也需要操作系统才能运行。在Cisco路由器中，有一个称为IOS(InternetworkOperatingSystem)的操作系统，它提供路由器所有的核心功能。可以通过路由器的Console控制端口，或通过Modem从AUX辅助端口，也可以通过Telnet来访问CiscoIOS。3.路由器的启动过程和操作模式5.2路由器的工作原理

①工作站A将工作站B的IP地址12.0.0.5连同数据信息以数据帧的形式发送给路由器R1。②路由器R1收到工作站A的数据帧后，先从数据包头部中取出目的IP地址12.0.0.5，并根据路由表计算出发往工作站B的最佳路径：R1→R2→R5→工作站B；并将数据帧发往路由器R2。③路由器R2重复路由器R1的工作，并将数据帧转发给路由器R5。④路由器R5同样取出目的IP地址，发现12.0.0.5直接连接在该路由器所连接的网段上，于是将该数据帧直接交给工作站B。⑤工作站B收到工作站A的数据帧，一次通信过程宣告结束。5.3路由选择算法路由可分为静态路由、默认路由和动态路由3种。①静态路由。由网络管理员事先设置好的固定路由称之为静态(static)路由，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它明确地指定了数据包到达目的地必须要经过的路径，除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。静态路由不能对网络的改变做出反应，适用于网络规模不大、拓扑结构相对固定的网络。②默认路由。默认路由是一种特殊的静态路由。当路由表中没有指定到达目的网络的路由信息时，就可以把数据包转发到默认路由指定的路由器。默认路由会大大简化路由器的配置，减轻网络管理员的工作负担，提高网络性能。主机中的默认路由通常被称作默认网关。③动态路由。动态(Dynamic)路由是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由。路由器根据路由选择协议(RoutingProtocol)提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。动态路由适合拓扑结构复杂、规模庞大的网络。5.3.1标准路由选择算法一个标准的路由表通常包含许多(N,R)对序偶，其中N表示目的网络，R表示到目的网络N的路径上的“下一站”路由器的IP地址。路由表仅仅指定了经过R到达目的网络路径上的一步，而路由器并不知道到达目的网络的完整路径。5.3.2距离矢量路由选择算法与RIP协议RIP(RoutingInformationProtocol)是应用较早、使用较普遍的动态路由选择协议，适用于小型同类网络，它采用距离矢量(DistanceVector，DV)路由选择算法。1.距离矢量路由选择算法距离矢量路由选择算法的基本思想是：路由器周期性地向其相邻路由器广播自己知道的路由信息，用于通知相邻路由器自己可以到达的网络以及到达该网络的距离(通常用“跳数”表示)，相邻路由器可以根据收到的路由信息修改和刷新自己的路由表。距离矢量路由选择算法的最大优点是算法简单、易于实现。但是，由于路由器的路径变化需要像波浪一样从相邻路由器传播出去，过程非常缓慢，有可能造成慢收敛等问题，因此，它不适合应用于路由经常变化的或大型的互联网网络环境。另外，距离矢量路由选择算法要求互联网中的每个路由器都参与路由信息的交换和计算，而且交换的路由信息需要与自己的路由表的大小几乎一样，因此，需要交换的信息量较大。2.RIP协议RIP协议是距离矢量路由选择算法在局域网上的直接实现。RIP通过广播UDP报文来交换路由信息，每30秒发送一次路由信息更新。RIP用跳数作为尺度来衡量路由距离，跳数是一个数据包到达目的网络所必须经过的路由器的数目。如果到达相同目的网络有二个不等速或不同带宽的路由器，但跳数相同，则RIP认为这两个路由是等距离的。RIP最多支持的跳数为15，跳数16表示不可到达。RIP协议除严格遵守距离矢量路由选择算法进行路由广播与刷新外，在具体实现过程中还做了某些改进，主要包括：①对相同开销路由的处理。

由于路由器R1和R2都与网络net1直接相连，所以它们都向相邻路由器R3发送到达net1距离为0的路由信息。R3按照先入为主的原则，先收到哪个路由器的路由信息，就将去往net1的路径设定为哪个路由器，直到该路径失效或被新的更短的路径所代替。②过时路由的处理。

假如R3到达net1要经过R1，如果R1发生故障后不能向R3发送路由刷新报文，那么，R3关于到达net1需要经过R1的路由信息将长期保持下去，尽管这是一条坏路由。为了解决这个问题，RIP协议规定，参与RIP路由选择的所有设备要为其路由表的每个表项增加一个定时器，在收到相邻路由器发送的路由刷新报文中如果包含关于此路径的表项，则将定时器清零，重新开始计时。如果在规定时间内一直没有再收到关于该路径的刷新信息，定时器会超时，说明该路径已经崩溃，需要将它从路由表中删除。RIP规定路径的超时时间为180秒，相当于6个RIP刷新周期。5.3.3链路状态路由选择算法与OSPF协议在互联网中，OSPF是另一种常用的路由选择协议。OSPF使用链路状态路由选择算法，可以在大型的互联网环境中使用。与RIP协议相比，OSPF协议要复杂得多。链路状态(linkstatus,LS)路由选择算法，也称为最短路径优先(shortestpathfirst,SPF)算法，其基本思想是：互联网上的每个路由器周期性地向其他所有路由器广播自己与相邻路由器的连接关系，以使各个路由器都可以“画”出一张互联网络拓扑结构图，利用这张图和最短路径优先算法，路由器就可以计算出自己到达各个网络的最短路径。路由器R1、R2、R3首先向其他路由器广播报文，通知其他路由器自己与相邻路由器的关系。利用其他路由器广播的信息，每个路由器都可以形成一个由点和线相互连接而成的抽象拓扑结构图。一旦得到这张拓扑结构图，路由器就可以按照最短路径优先算法计算出以本路由器为根的SPF树。这棵树描述了该路由器（R1）到达每个网络（e1、e2、e3和e4）的路径和距离。通过这颗SPF树，路由器就可以生成自己的路由表。OSPF协议也存在一些不足，主要包括：①要求较高的路由处理能力。一般情况下，运行OSPF协议要求路由器具有更大的存储器和更快的CPU处理能力。②要求一定的带宽。为了得到与相邻路由器的连接关系，互联网上的每个路由器都需要不断地发送和应答查询信息，与此同时，每个路由器还需要将这些信息广播到整个互联网。5.4本章实训5.4.1实训1:路由器的基本配置1．实训目标掌握通过Console端口对路由器进行初始配置的方法。掌握路由器常用配置命令的使用方法。2．完成实训所需的设备和软件安装Windows10操作系统的计算机1台。Cisco2811路由器1台，Console控制线1根。3．网络拓扑结构4．实施步骤(1)硬件连接将Console控制线的一端插入计算机COM1串口，另一端插入路由器的Console接口。开启路由器的电源。(2)通过超级终端连接路由器参考第4章的实训1中的操作步骤，打开超级终端并设置通信参数。(3)路由器的基本配置①路由器的开机过程。步骤1：关闭路由器电源，稍后重新打开电源，观察路由器的开机过程及相关显示内容，部分屏幕显示信息如下所示。步骤2：在以下的初始化配置对话框中输入n(No)，再按二次Enter键进入用户模式，方括号中的内容是默认选项。②路由器的命令行配置。路由器的命令行配置方法与交换机基本相同，如下是路由器的一些基本配置。③路由器的显示命令。通过show命令，可查看路由器的IOS版本、运行状态、端口配置等信息，如下所示。5.4.2实训2:局域网间路由的配置1．任务目标掌握使用路由器静态路由实现网络联通的方法。能够正确使用路由器默认路由。2．完成实训所需的设备和软件安装Windows10操作系统的计算机4台（PC1、PC2、PC3、PC4）。Cisco2950交换机2台（Switch1、Switch2），Cisco2811路由器2台（Router1、Router2）。V.35线缆1根，Console控制线2根，直通线4根。3．网络拓扑结构4．实施步骤(1)硬件连接步骤1：用V.35线缆将Router1的s0/0接口与Router2的s0/0接口连接起来。步骤2：用直通线将Switch1的fa0/1接口与Router1的fa0/1接口连接起来。步骤3：用直通线将Switch2的fa0/1接口与Router2的fa0/1接口连接起来。步骤4：用直通线将PC1、PC2连接到Switch1的fa0/2、fa0/3接口上。步骤5：用直通线将PC3、PC4连接到Switch2的fa0/2、fa0/3接口上。步骤6：用Console控制线将PC1的COM1串口连接到Router1的Console接口上。步骤7：用Console控制线将PC3的COM1串口连接到Router2的Console接口上。(2)IP地址规划(3)TCP/IP协议配置按表5-2所示，设置各PC机的IP地址、子网掩码、默认网关。(4)Router1的设置在PC1上通过超级终端登录到Router1上，进行如下设置。步骤1：设置Router1的名称，如下所示。步骤2：设置Router1的控制台登录口令，如下所示。步骤3：设置Router1的特权模式口令，如下所示。步骤4：设置Router1的telnet登录口令，如下所示。步骤5：设置Router1的s0/0、fa0/1接口的IP地址，如下所示。步骤6：设