计算机网络技术基础（第5版）课件 工作单元5　实现网际互联

工作单元5实现网际互联在默认情况下，使用二层交换机连接的所有计算机属于一个广播域，网络规模不能太大。虽然通过VLAN技术可以实现广播域的隔离，但不同VLAN的主机之间并不能进行通信。随着计算机网络规模的不断扩大，在组建网络时必须实现不同广播域之间的互联。而网际互联必须在OSI参考模型的网络层，借助IP协议实现。常用的可用于实现网际互联的设备主要有路由器和三层交换机。本单元的主要目标是理解IP路由的概念，学会查看和阅读路由表；认识路由器和三层交换机并了解其基本配置方法。本单元主要内容任务5.1查看计算机路由表任务5.2认识和配置路由器任务5.3认识和配置三层交换机任务5.1查看计算机路由表【任务目的】（1）理解路由的基本原理；（2）理解路由表的结构和作用；（3）熟悉在Windows系统中查看和设置计算机路由表的方法；（4）熟悉在Windows系统中测试计算机之间的路由的方法。【工作环境与条件】

（1）安装Windows操作系统的计算机；（2）能够接入Internet的网络环境。5.1.1路由的基本原理当一个网段中的主机发送IP数据包给同一网段的另一台主机时，它直接把IP数据包送到网络上，对方就能收到。但当要送给不同网段的主机时，发送方需要选择一个能够到达目的网段的路由器，把IP数据包发送给该路由器，由路由器负责完成数据包的转发。如果没有找到这样的路由器，主机就要把IP数据包送给一个被称为默认网关（defaultgateway）的路由上。默认网关是每台主机上的一个配置参数，它是与主机连接在同一网段的某路由器接口的IP地址。5.1.1路由的基本原理路由器通常会有多个接口，不同的接口会连接不同的网段。路由器在转发IP数据包时，会根据IP数据包的目的IP地址的网络标识部分，选择合适的转发接口。同主机一样，路由器也要判断该转发接口所连接的是否是目的网段，如果是，就直接把数据包通过接口送到目的主机，否则，也要选择下一个路由器来转发数据包。路由器也有自己的默认网关，用来传送不知道该由哪个接口转发的IP数据包。通过这样不断的转发传送，IP数据包最终将送到目的主机，送不到目的地的IP数据包将被网络丢弃。5.1.1路由的基本原理在图5-1所示的网络中，主机A和主机B连接在相同的网段，它们之间可以直接通信。而如果主机A要与主机C通信的话，那么主机A就必须将IP数据包传送到最近的路由器或者主机A的默认网关上，然后由路由器将IP数据包转发给另一台路由器，直到到达与主机C连接在同一网段的路由器，最后由该路由器将IP数据包交给主机C。5.1.2路由表路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着载有各种传输路径相关数据的路由表（RoutingTable），供路由选择时使用，表中包含的信息决定了数据转发的策略。路由表可以是由管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改。5.1.2路由表路由表由多个路由表项组成，路由表中的每一项都被看作是一条路由，路由表项可以分为以下几种类型：网络路由：提供到IP网络中特定网段（特定网络标识）的路由。主机路由：提供到特定IP地址（包括网络标识和主机标识）的路由，通常用于将自定义路由创建到特定主机以控制或优化网络通信。默认路由：如果在路由表中没有找到其他路由，则使用默认路由。5.1.2路由表路由表中的每个路由表项主要由以下信息字段组成：目的地址：目标网段的网络标识或目的主机的IP地址。网络掩码：与目的地址相对应的网络掩码。下一跳IP地址：数据包转发的地址，即数据包应传送的下一个路由器的IP地址。对于主机或路由器直接连接的网络，该字段可能是本主机或路由器连接到该网络的接口地址。转发接口：将数据包转发到目的地址时所使用的路由器接口，该字段可以是一个接口号或其他类型的逻辑标识符。5.1.2路由表

IP路由选择主要完成以下功能： 搜索路由表，寻找能与目的IP地址完全匹配的表项，如果找到，则把IP数据包由该表项指定的接口转发，发送给指定的下一个路由器或直接连接的网络接口。搜索路由表，寻找能与目的IP地址网络标识匹配的表项，如果找到，则把IP数据包由该表项指定的接口转发，发送给指定的下一个路由器或直接连接的网络接口。若存在多个表项，则选用网络掩码最长的那条路由。按照路由表的默认路由转发数据。5.1.2路由表5.1.3路由的生成方式1.直连路由直连路由是路由器自动添加的直连网段的路由。由于直连路由反映的是路由器各接口直接连接的网段，因此具有较高的可信度。2.静态路由静态路由是由管理员手工配置的路由信息。当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，管理员需要手工修改路由表中相关的静态路由。静态路由在默认情况下是私有的，不会传递给其他的路由器。当然，管理员也可以通过对路由器进行设置使之共享。静态路由一般适用于比较简单的网络环境5.1.3路由的生成方式3.动态路由动态路由是各个路由器之间通过相互连接的网段，利用路由协议动态的相互交换各自的路由信息，然后按照一定的算法优化出来的路由。而且这些路由信息可以在一定时间间隙里不断更新，以适应不断变化的网络，随时获得最优的路由效果。例如当网络拓扑结构发生变化，或网络某个节点或链路发生故障时，与之相邻的路由器会重新计算路由，并向外发送新的路由更新新息，这些信息会发送至其他的路由器，引发所有路由器重新计算路由，调整其路由表，以适应网络的变化。动态路由可以大大减轻大型网络的管理负担，但其对路由器的性能要求较高，会占用网络的带宽，可能产生路由循环，也存在一定的安全隐患。5.1.4路由协议1.RIP

RIP是一种分布式的基于距离矢量的路由选择协议，是Internet的标准内部网关协议，最大优点是简单。RIP要求网络中的每个路由器都要维护从它自己到每个目的网络的距离记录。对于距离，RIP有如下定义：路由器到与其直接连接的网络距离定义为1；路由器到与其非直接连接的网络距离定义为所经过的路由器数加1。RIP认为好的路由就是距离最短的路由。RIP允许一条路由最多包含15个路由器，即距离最大值为16，由此可见RIP只适合于小型互联网络。5.1.4路由协议5.1.4路由协议2.OSPF

OSPF路由协议是一种典型的链路状态路由协议，一般用于一个自治系统内。自治系统是指一组通过统一的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络。在自治系统内，所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述自治系统结构的数据库，该数据库中存放的是自治系统相应链路的状态信息，OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。

OSPF将链路状态广播数据包传送给在某一区域内的所有路由器，这一点与RIP不同。运行RIP的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器。OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表，这是OSPF的主要优点。【任务实施】

实训1查看Windows路由表计算机本身也存在着路由表，根据路由表进行IP数据包的传输。在Windows系统中可以使用“routeprint命令查看计算机的路由表。实训2测试主机之间的路由在Windows系统中可以使用tracert命令测试计算机之间的路由。tracert是路由跟踪实用程序，可以探测显示数据包从本地计算机传递到目标主机经过了哪些路由器的中转，以及经过每个路由器所需的时间。如果数据包不能传递到目标主机，tracert命令将显示成功转发数据包的最后一个路由器。任务5.2认识和配置路由器【任务目的】（1）理解路由器的作用；（2）熟悉路由器的类型和用途；（3）了解路由器的基本配置操作与相关的配置命令。【工作环境与条件】

（1）路由器和交换机（本部分以Cisco系列产品为例，也可选用其他品牌型号的产品或使用CiscoPacketTracer等网络模拟和建模工具）；（2）Console线缆和相应的适配器；（3）安装Windows操作系统的计算机；（4）组建网络所需的其他设备。5.2.1路由器的作用1.网络的互联2.路径选择3.转发验证4.拆包/打包5.网络隔离6.流量控制5.2.2路由器的分类1.按功能分类路由器从功能上可以分为通用路由器和专用路由器。通用路由器在网络系统中最为常见，以实现一般的路由和转发功能为主，通过选配相应的模块和软件，也可以实现专用路由器的功能。专用路由器是为了实现某些特定的功能而对其软件、硬件、接口等作了专门设计。其中较常用的有VPN路由器、访问路由器、语音网关路由器等。2.按结构分类从结构上，路由器可以分为模块化和固定配置两类。模块化路由器的特点是功能强大、支持的模块多样、配置灵活，可以通过配置不同的模块满足不同规模的要求，此类产品价格较贵。5.2.2路由器的分类3.按在网络中所处的位置分类接入路由器：也称宽带路由器，是指处于分支机构处的路由器，用于连接家庭或ISP内的小型企业客户。企业级路由器：处于用户的网络中心位置，对外接入公共网络，对下连接各分支机构。该类路由器能够提供大量的接口且支持QoS，能有效地支持广播和组播，支持IP、IPX等多种协议，还支持防火墙、包过滤、VLAN以及大量的管理和安全策略。电信骨干路由器：一般常用于城域网，承担大吞吐量的网络服务。骨干路由器必须保证其速度和可靠性，通常都支持热备份、双电源、双数据通路等技术。【任务实施】

在图5-8所示的网络中，交换机Switch0和Switch1分别与路由器Router0的F0/0、F0/1快速以太网接口相连，请为该网络中的设备分配IP地址信息并进行基本配置，实现网络的连通。【任务实施】

实训1认识路由器实训2配置路由器基本信息实训3配置以太网接口实训4利用单臂路由实现VLAN互联任务5.3认识和配置三层交换机【任务目的】（1）理解三层交换机的作用；（2）了解三层交换机的基本配置操作与相关配置命令。【工作环境与条件】

（1）交换机（本部分以Cisco系列产品为例，也可选用其他品牌型号的产品或使用CiscoPacketTracer等网络模拟和建模工具）；（2）Console线缆和相应的适配器；（3）安装Windows操作系统的计算机；（4）组建网络所需的其他设备。5.3.1三层交换机的作用三层交换机的主要作用是加快大型局域网内部的数据交换，其所具有的路由功能也是为这一目的服务的。三层交换机在对第一个数据包进行路由后，将会产生MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据包再次通过时，将根据该映射表直接进行交换，从而消除了路由器进行路由选择而造成的网络延迟，提高了数据包的转发效率。为了执行三层交换，交换机必须具备三层交换处理器，并运行三层IOS操作系统。交换机的三层交换处理器可以是一个独立的模块或功能卡，也可以直接集成到交换机的硬件中。5.3.1三层交换机的作用三层交换机可以实现路由器的部分功能。但是路由器一般是通过微处理器执行数据包交换（软件实现路由），而三层交换机主要通过硬件执行数据包交换，因此与三层交换机相比，路由器的功能更强大，像NAT、VPN等功能仍无法被三层交换机完全替代。而且三层交换机还不具备同时处理多个协议的能力，不能实现异构网络的互联。另外，路由器通常还具有传输层网络管理能力，这也是三层交换机所不具备的。因此三层交换机并不等于路由器，也不可能完全取代路由器。在企业网络的构建中，通常处于同一网络中的各网段的互联，可以使用三层交换机来代替路由器，但若要实现企业网络与城域网或Internet的互联，则路由器是不可缺少的。5.3.2三层交换机的分类1.纯硬件的三层交换机纯硬件的三层交换机采用ASIC芯片，利用硬件方式进行路由表的查找和刷新。这种类型的交换机技术复杂、成本高，但是性能好，带负载能力强。其基本工作过程为：交换机接收数据后，将