路由原理课件

路由原理本章要点●路由基础知识●路由协议●路由表分析●体系化寻址●可变长度子网掩码（VLSM）●路由归纳路由的定义●路由：将文件从一个地方转发到另一个地方的一个中继过程●路由功能：学习和维持网络拓扑结构知识的机●交换过程：把数据流从路由器的输入接口经路由器传输到输出接口的过程●路由设备：同时具有路由和交换的功能●1.1路由基础知识路由的前提●为了进行路由，路由器必须知道下面三项内容：（1）路由器必须确定它是否已激活了对一个协议组的支持（2）路由器必须知道逻辑目的地网络（3）路由器必须知道哪个输出接口是到达目的地的最佳路径●路由协议：通过度量值来决定到达目的地的最佳路径●最佳路径：具有较小度量值的路径●负载均衡：通过多条路径分流数据流量路由信息●路由表由若干个路由条目组成，每个条目的内容：路由生成机制

逻辑目的地地址

管理距离/度量值

下一跳地址

新旧程度

输出接口图1-1路由条目的含义路由信息（1）路由生成机制：生成该路由所使用的机制：动态生成机制、手工生成机制。（2）逻辑目的地地址：主网络地址、子网络地址、主机地址（3）管理距离：路由学习机制可信赖程度的一个尺度（4）度量值：度量一条路径的总开销（5）下一跳地址。下一跳中继设备（路由器）的接口地址（6）新旧程度。路由信息从上次更新以来在路由表中已存在的时间（7）输出接口。去往目的地网络的接口RouterA#showiprouterCodes：C-connected，S-static，I-IGRP，R-RIP，M-mobile，B-BGPD-EIGRP，EX-EIGRPexternal，O-OSPF，IA-OSPFinterareaN1-OSPFNSSAexternaltype1，N2-OSPFNSSAexternaltype2E1-OSPFexternaltype1，E2-OSPFexternaltype2，E-EGPi-IS-IS，L1-IS-ISlevel-1，L2-IS-ISlevel-2，*-candidatedefaultU-per-userstaticroute，o-ODRT-trafficengineeredrouteGatewayoflastresortisnotset（缺省网关未设置）/16issubnetted，2subnetsI[100/113755]via00：00：12E0<outputomitted>图1-2路由条目的示例对各元素的解释如表1-1所示。表1-1路由条目各元素的解释路由表条目元素描述I这条路由是怎样生成的，在本例中，是通过IGRP生成的逻辑目的地网络/子网100IGRP路由协议的管理距离113755度量值：这是IGRP的缺省值，它是对带宽和延迟的综合考虑via下一跳逻辑地址00：00：12自上次更新后该条目已存在的时间（以“时：分：秒”的格式表示）E0数据包离开当前路由器去往目的地地址将经过的输出接口管理距离●管理距离：当从多个渠道学到去往同一目的地网络的路由时，就采用管理距离来选择最可信的路由●使用方法：小的管理距离要比大的得好。●缺省管理距离的预先分配原则：（1）人工设置路由条目优先级高于动态学到的路由条目（2）度量值算法复杂的路由协议优先级高于度量值算法简单的路由协议路由来源缺省管理距离直连的接口0以一个接口为出口的静态路由0以下一条路由器为出口的静态路由1EIGRP的归纳/路由（SummaryRoute）5外部EGP（EBGP）20内部EIGRP90IGRP100OSPF110IS-IS115RIP（v1和v2）120EGP140外部EIGRP170内部BGP（IBGP）200不知道255表1-2一些路由协议的管理距离路由度量值（1）路由器用度量值来通告它到一个网络的成本（2）常见例子：跳数（要通过几个路由器）、开销（基于宽带）和综合值（在度量值的计算中使用多个参数）。RIP的路由度量值

（1）RIP的路由度量值是采用跳数作为度量值，它等于到达目的地网络所必须经过的中间路由器的数量。（2）在Cisco路由器中，RIP协议运行时可以分享多条具有相同条数的路径，因为负载均衡功能是缺省启用的。RIP的路由度量值

图1-3RIP路由协议生成的路由表IGRP的路由度量值

图1-4IGRP路由协议生成的路由表●IGRP的度量值：带宽、延迟、可靠性、负载和最大传输单元（MTU）IGRP的路由度量值

所用公式如下：

度量值=（K1×带宽）+（K2×带宽）/（256-负载）+（K3×延迟）如果K5不等于0，那么还要再进行另外一个操作：

度量值=度量值×（K5/[可靠性+K4]）缺省：K1=K3=1，K2=K4=K5=0，缺省公式为：

度量值=带宽+延迟

带宽：从输出接口出发沿着到目的地的路径找到所经过链路带宽的最小值，以kbits/s计算，然后去除107。

延迟：应该从输出接口出发沿着到目的地的路径将所经过链路的延迟求和，以μs计算，然后除以10。IGRP的路由度量值

图1-5IGRP的路由度量值计算用示例网络

路由器B向路由器A通告网络。路由器B通告网络所用的度量值计算如下：

带宽=107/1544=6476

延迟=20000/10=2000

度量值=带宽+延迟=8476IGRP的路由度量值

路由器A通告网络的度量值计算如下：

带宽=107/128=78125

延迟=（20000+20000）/10=4000

度量值=带宽+延迟=82125IGRP的路由度量值

路由器A通告网络的度量值计算如下：

带宽=107/128=78125

延迟=20000/10=2000

度量值=带宽+延迟=80125相邻关系目的：方法：维持：交换：识别相邻路由器，并且开始进行通讯并学习网络拓扑结构。用广播方式对相邻路由器进行数据帧传送，直到相邻路由器的链路层地址被学到为止。路由协议会定期交换Hello消息或路由更新数据包，以维持相邻设备间联系。路由器转发数据包。路由表已生成完成，向目的地的数据包转发就可以开始了。相邻关系图1-6路由器执行基本的交换功能有类别路由●定义：不随网络地址发送子网掩码的路由协议，RIPv1和IGRP路由协议。●特点：属于同一主类网络（A类、B类、C类）的所有子网都必须使用同一子网掩码。例如，下图有3个子网都是C类网络，其子网掩码都必须相同，即3个子网的掩码都是/27。●1.2路由协议有类别路由操作：路由器确定路由的网络部分的方法：●路由更新信息的地址类别=路由器接口上的地址类别，采用接口上的子网掩码。●路由更新信息的地址类别≠路由器接口上的地址类别，依据路由更新信息的地址类别采用缺省的子网掩码。●地址类别是依据A类、B类、C类的地址特征进行识别。A类、B类、C类的地址特征：1~126.*.*.*、128~191.*.*.*、192~223.*.*.*A类、B类、C类的掩码特征：、、●属于同一主类网络的路由器才交换子网路由。●属于不同主类网络的路由器只交换有类别的归纳路由。●有类别归纳路由的生成是由有类别路由协议自动处理的，归纳发生在主类网络边界上；不允许在主类网络地址中的其它比特位上的实施归纳。路由器C的路由表中，路由条目是A类网络和的归纳路由。图1-7：路由器A的路由表中，路由条目是B类网络和的归纳路由

图1-7运行有类别路由协议的样例网络图1-8：当路由器B向路由器C发送路由信息时，路由器B会将有关网络的路由信息进行归纳，因为它是通过属于不同主类网络（即网络6/28）中的接口进行发送的。当路由器C接收到有关网络的信息时，它不采用路由器B知道的子网掩码（/24），而用缺省的标准B类网络掩码（/16）。图1-8用于显示运行RIPV1的路由器不将子网掩码信息传输

给其邻居的样例网络无类别路由概述●定义：随网络地址发送子网掩码的路由协议：OSPF、EIGRP、RIPv2、IS-IS、BGP-4。●特点：网络不分类别，可采用VLSM。●操作：路由器确定路由的网络部分的方法，利用地址与掩码进行与运算。有类别路由例如，下图有3个子网没有类别，其子网掩码可各不相同，即1个子网的掩码是/27，1个子网的掩码是/24，1个子网的掩码都是/30。无类别路由概述

路由器B将子网和子网掩码信息传输给路由器C；路由器C将子网的详细信息放到它的路由表中。对于所接收到的路由信息，路由器C不必为之使用任何缺省掩码。有类别路由协议缺省管理距离要求在主类网络中的所有子网都使用相同的掩码每条路由都通告子网掩码在主类网络边界用缺省的有类别主网掩码进行路由自动归纳归纳过程库由人工控制，并可发生在任一网络比特位要求主类网络中的所有路由器接口都使用相同的掩码主类网络内的不同路由可以有不同的子网掩码表1-3有类别路由协议和无类别路由协议

下面两节描述了路由协议分类的另一种方式——距离矢量型和链路状态型。下面各节还将讨论距离矢量型和链路状态型路由协议之间的区别，以及它们与有类别和无类别分类方式的关系。距离矢量型路由协议原理

定义：由多数距离矢量型路由协议产生的定期的、例行的路由更新只传输到直接相连的路由设备。如RIPv1、RIPv2和IGRP图1-12距离矢量型路由协议发送它们的整个路由表距离矢量型路由协议原理

特征：IGRP路由协议位于传输层，协议号为9，TCP协议号为6，用户数据报协议（UDP）号为17。RIP路由协议位于应用层，其UDP端口号为520，端口53是域名服务器，端口69是简单文件传输协议（TFTP），端口161是简单网络管理协议（SNMP）。图1-13距离矢量型路由数据流承载于IP数据包内表1-4Cisco的IP距离矢量型路由协议的比较特征RIPv1RIPv2IGRPEIGRP计数到无限●●●横向隔离●●●●抑制计时器●●●触发式更新，路由反向poisoning●●●●负载均衡——等成本路径●●●●负载均衡——非等成本路径●●VLSM支持●●路由算法贝尔曼-福特贝尔曼-福特贝尔曼-福特DUAL度量值跳数跳数复合复合跳数限制1515100100易扩展性小小中大链路状态型路由协议原理●定义：只当网络拓扑结构发生变化时才生成路由更新数据包。●特征：需要进行体系化设计；在一个区域内的变化只是引起该区域内路由器的路由表的重新计算，而不会影响到整个区域。●表1-5比较了链路状态型路由协议所具备的一些特征。表1-5Cisco的链路状态型路由协议的比较特征OSPFIS-ISEIGRP要求体系化拓扑结构●●保留对所有可能路由的了解●●●路由归纳-人工●●●路由归纳-自动●事件触发式通告●●●负载均衡——等成本路径●●●负载均衡——非等成本路径●VLSM支持●●●路由算法DijkstraIS-ISDUAL度量值链路成本（带宽）链路成本（带宽）复合跳数限制无1024100易扩展性大很大大1.3路由表分析

显示路由表命令：showiproute删除路由表命令：cleariproute一个网络|子网络路由|*例1-3展示出了某个路由器上的某个IP路由表样例。在这个网络中使用的是OSPF路由协议，它同时了解内部和外部路由。最后一行代表一个缺省网络。*符号说明该路由是缺省路径，它也是最后的可用网关。●1.3路由表分析例1-3IP路由表示样例Backbone#showiprouteCodes:C–connected,S–static,I–IGRP,R–RIP,M–mobile,B–BGPD–EIGRP,EX–EIGRPexternal,O–OSPF,IA–OSPFinterareaN1–OSPFNSSAexternaltype1,N2–OSPFNSSAexternaltype2E1–OSPFexternaltype1,E2–OSPFexternaltype2,E–EGPi–IS-IS,L1–IS-ISlevel-1,L2–IS-ISlevel-2,*-candidatedefaultGatewayoflastresortistonetwork

172.16.0.0/24issubnetted,2subnetsC172.16.10.0isdirectlyconnected,Loopback100C172.16.11.0isdirectlyconnected,Loopback101OE2172.22.0.0/16[110/20]via10.3.3.3,01:06:28,Serial1/2

[110/20]via10.4.4.4,01:06:28,Serial1/3

[110/20]via10.5.5.5,01:06:28,Serial1/4O

E2192.168.4.0/24[110/20]via10.4.4.4,01:06:28,Serial1/3O

E2

192.168.5.0/24[110/20]via10.5.5.5,01:06:28,Serial1/4

10.0.0.0issubnetted,4subnets规划一个IP地址划分体系

电话网络使用一种包括国家代码、地区代码和交换号码的体系编码方案：图1-16电话网络使用的一种地址划分体系●1.4体系化寻址

（1）没有一个体系化的地址结构：各电话局将要把全球的每个电话号码都放入它的定位表中。（2）有一个体系化的地址结构：各电话局只需要存储归纳性的号码，比如地区代码和国家代码。一个归纳性的号码代表了一组号码。例如，029-8220这个代码就是西安市雁塔区的归纳号码。也就是说，如果我们在国内任何一个地方拨打029-8220、后面跟着4位电话号码，各电话局都会将这个电话号码转接到西安市雁塔路电话局。这就是Internet专家们试图采用的以及我们作为网络中实施的一种寻址策略。体系化寻址的优点（1）减少路由表条目的数量，从而可以带来以下好：a）提高路由效率。b）当重新计算路由表或通过路由表条目检索一个匹配时，所需要的CPU周期数减少了。c）降低了对路由器的内存需求。d）在网络发生变化时可以更快的收敛。e）容易排错。（2）有效的地址分配。因为地址是连续的，体系化寻址可以利用所有可能的地址。VLSM概述

VLSM提供了一个主类（A类，B类，C类）网络内包含多个子网掩码的能力，以及对一个子网的再进行子网划分的能力。VLSM的优点包括以下几点：（1）对IP地址更为有效地使用。如果不采用VLSM，公司将被限制为在整个A、B或C类网络号内只能使用一个子网掩码。●1.5可变长度子网掩码（VLSM）

例如，考虑用24位长掩码将/16网络地址划分成几个子网，同时将这个范围内的子网之一，即/24，进一步用27位长的掩码划分成更小的子网，如图1-16所示。这些更小的子网范围是/27到24/27。在图1-16中，这些更小的子网之一，即28，有被进一步通过前缀/30细分，创建了只有两台主机的子网以用于广域网链路（所有的子网的细节如图1-16所示）。图1-17VLSM允许在一个主类网络中使用多个子网掩码（2）应用路由归纳的能力更强。VLSM允许在寻址计划中有更多的体系分层，因此可以在路由表内进行更好的路由归纳。例如，在图1-16中，地址/24可以归纳网络下的所有子网，包括那些来自/27和28/30的子网。在图1-17中，可用的子网如下表1-6所示。表1-6图1-17中的可用的子网从./24：/24（没有在本例中使用）/24/24……/24（没有被使用，但被进一步划分为子网/27）从/27：/27（没有在本例中使用）2/274/276/27……128/27（没有被使用，但被进一步划分为子网28/30）从28/0：28/30（没有在本例中使用）32/3036/3040/30……计算VLSM

通过VLSM，我们可以对一个子网进一步划分子网，以得到更多的子网地址和每个网络上较少的主机数目，这样更适宜于该网络拓扑结构。将/20进一步划分子网为/26，我们可以获得64个子网，每个子网可以容纳62台主机。步骤1：写出的二进制形式；步骤2：如图所示，在第20和21比特之间画一条垂直线；步骤3：如图所示，在第26和27比特之间画一条垂直线；步骤4：用两条垂直线之间的比特来计算64个子网地址，从最低值到最高值。子网化地址：/20

以二进制表示：10101100.00010000.00100000.00000000VLSM地址：/26以二进制表示：10101100.00010000.0010|0000.00|000000子网1：10101100.00010000.00100000.000000000=/26子网2：10101100.00010000.00100000.010000000=4/26子网3：10101100.00010000.00100000.100000000=28/26子网4：10101100.00010000.00100000.110000000=92/26子网5：10101100.00010000.00100001.000000000=/26

网络子网VLSM子网主机图1-18进一步划分子网一个VLSM的应用实例图1-19使用以太网和点对点广域网链路的VLSM应用实例

路由归纳概述定义：路由归纳是将较长的掩码合并成较短的掩码以包含更多的网段，（也称为路由聚合（routeaggregation）或超网（supernetting））可以减少路由器必须保存的路由条目数量。

下图1-20中，路由器A可以要么发送3条路由更新条目，要么将这3个地址归纳为一个网络号。●1.6路由归纳图1-20路由器可以进行路由归纳以减少路由条目数量

在字节内的归结

某个路由器可以接收到对下列路由的更新信息：/24/24/24/24/24/24/24/24

在这种情况下，为确定归纳路由，路由器要判断在所有上述地址中都匹配的高位（最左边）比特的个数。如图1-20所示/24=10101100.00010000.10101000.00000000/24=10101100.00010000.10101001.00000000/24=10101100.00010000.10101010.00000000/24=10101100.00010000.10101011.00000000/24=10101100.00010000.10101100.00000000/24=10101100.00010000.10101101.00000000/24=10101100.00010000.10101110.00000000/24=10101100.00010000.10101111.00000000共同比特数=21汇总：/21共同比特数=11图1-21

在字节内进行归纳的例子

最左边的21个比特在所有这些地址中都匹配。因此，最佳的归纳路由是/21（或

）。为让路由器可以将大多数IP地址聚合到一个路由归纳中，我们的IP地址规划应该在本质上是体系化的。

在采用VLSM设计的网络中归纳地址

当使用体系化的IP寻址时，采用VLSM设计可以最大限度地利用IP地址，更高效地完成路由更新通信。例如，在图1-22中，路由归纳发生在两个级别上：

（1）路由器C将把网络4/26和网络28/26的路由更新归纳成一条路由更新：/24。

（2）路由器A收到三条不同的路由更新，但在传播给公司网络之前已将它们归纳成了一条路由更新。

路由归纳的以减少网络拓扑变化造成路由表的变化，可以减少路由表的条目数。正如图1-21所示，路由器A将收到的三条路