路由器工作原理和技术

网络系统集成技术 Networks System Integrating 莆田学院现代教育技术中心2005年2月第四章第四章 路由器工作原理和技术路由器工作原理和技术莆田学院现代教育技术中心 2005年3月第四章 路由器工作原理和技术莆田学院现代教育技术中心 2005年3月本章主要内容n4.1 路由器的概念n4.2 路由器的分类n4.3 主要路由协议n4.4 路由器的连接n4.5 路由器的配置n4.6 路由器主要技术莆田学院现代教育技术中心 2005年3月About RoutersnAn internet is a combination of networks connected by routers. When a datagram goes from a source to a destination, it will probably pass through many routers until it reaches the router attached to the destination network.nA router receives a packet from a network and passes it to another network. A router is usually attached to several networks. When it receives a packet, to which network should it pass the packet? The decision is based on optimization: which of the available pathways is the optimum pathway?莆田学院现代教育技术中心 2005年3月4.1 路由器的概念n工作在OSI参考模型第三层(网络层)的数据 包转发设备n具有判断网络地址和选择路径的功能n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n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莆田学院现代教育技术中心 2005年3月路由与桥接：性能特点n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。莆田学院现代教育技术中心 2005年3月路由器的工作流程莆田学院现代教育技术中心 2005年3月路由器的功能n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）。n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）n支持复杂的网络拓扑结构n网络互联和路由选择（中间节点路由器）n分隔子网和隔离广播（边界路由器）莆田学院现代教育技术中心 2005年3月4.2 路由器的分类n形形色色的路由 器Cisco 12000 Series Routers Cisco 837 ADSL Broadband Router CISCO 3800 SERIES INTEGRATED SERVICES ROUTERS莆田学院现代教育技术中心 2005年3月按性能档次分类n高端路由器¨背板交换能力大于40Gbps¨CISCO12000/7500/7200系列n中端路由器¨背板交换能力大于2540Gbps¨CISCO4000/3600系列n低端路由器¨背板交换能力小于25Gbps¨CISCO3600系列以下¨划分标准和型号仅供参考莆田学院现代教育技术中心 2005年3月按结构分类n模块化路由器（下图）¨通常为中高端路由器n非模块化路由器（右图）¨通常为低端路由器莆田学院现代教育技术中心 2005年3月按网络位置分类n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。n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n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。莆田学院现代教育技术中心 2005年3月按功能分类n通用路由器n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）n线速路由器¨以线路速率高速转发数据（高端路由器 ）n非线速由器¨转发时有一定间断和延时（中低端路由 器）莆田学院现代教育技术中心 2005年3月4.3 主要路由协议n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莆田学院现代教育技术中心 2005年3月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。 莆田学院现代教育技术中心 2005年3月路由器常用计量标准(Metric)n跳数（hop）数据包到达目的地所必须经过的路由 器数目n带宽（bandwidth）链路传输数据流容量的能力n延时（delay）从源节点发送一个数据包到目的节点 所需时间n负载（load）网络资源（如路由器、链路等）的繁 忙程度n可靠性（reliability）指每一链路的可靠性（通常用 误码率来描述）n滴答数（tick）在数据链路上用IBM PC时钟表示的 延时（1 tick=1/18s，约55ms）n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莆田学院现代教育技术中心 2005年3月路由选择协议n路由协议（routed protocol）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Novell NetWare等。n路由选择协议（routing protocol）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” （routing table） 中的信息，并进行实际的路径选择。莆田学院现代教育技术中心 2005年3月Identifying Static and Dynamic Routes Static Route Uses a route that a network administrator enters into the router manuallyDynamic Route Uses a route that a network routing protocol adjusts automatically for topology or traffic changes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：静态路由表： 网络管理员人工设置和更新维护网络管理员人工设置和更新维护动态路由表：动态路由表： 由路由选择协议自动生成和更新维护由路由选择协议自动生成和更新维护莆田学院现代教育技术中心 2005年3月静态路由和动态路由n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。n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。n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。莆田学院现代教育技术中心 2005年3月内部路由和外部路由 n今天，一个互联网络可能很大，以致一个路由协 议无法完成为所有路由器更新路由表的任务。为 此，需要将一个互联网络分为若干“自治系统”（ autonomous systems，AS）。一个“自治系 统”是指由同一个管理员管理的一组网络和路由 器。自治系统内部的路由称为“内部路由”，自治 系统之间的路由称为“外部路由”。每个自治系统 都可以选择一个内部路由协议来处理该自治系统 内部的路由。但是，自治系统之间的路由通常只 能使用一个外部路由协议来处理。莆田学院现代教育技术中心 2005年3月莆田学院现代教育技术中心 2005年3月IGP和EGP 在每个自治系统在每个自治系统 中，所有路由器中，所有路由器 都运行一个内部都运行一个内部 网关协议以自由网关协议以自由 地交换路由信息地交换路由信息 。不同自治系统。不同自治系统 之间则使用外部之间则使用外部 网关协议，它限网关协议，它限 制在这些互连的制在这些互连的 自治系统之间交自治系统之间交 换的路由信息总换的路由信息总 量，并允许按不量，并允许按不 同方式管理它们同方式管理它们 。莆田学院现代教育技术中心 2005年3月常用路由协议路由协议分为：内部网关协议（IGP,Interior Gateway Protocol）和外部网关协议（EGP,Exterior Gateway Protocol）。前者用来交换同一自治系统中所有路由器间 的所有路由信息，适用于某一大型网络中的路由器组使用 。后者以可控制的方式在不同自治系统中传送路由信息， 适合于在因特网之类网关经常变化的系统间进行路由信息 交换。这里”网关”是路由器的旧称莆田学院现代教育技术中心 2005年3月距离矢量协议和链路状态协议Distance-Vector&link-States内部网关协议根据学习路径的方式可以分为距离矢量路 由协议和链路状态路由协议两大类n距离矢量协议（如RIP、IGRP等）周期性地通过广播进行 路由更新，并只与直接相连的相邻路由器交换信息。而 且在每次路由更新中都发送所有的路由表表项。每个路 由器只认识相邻的路由器和到目标的路离。n链路状态协议（如OSPF等）使每个路由器在其区域内维 护相同的数据库，在网络里的每个路由器能看见整个网 络，链路状态更新通告所有其他路由器的只是有关其邻 接和链接链路的信息，而非整个路由表。而且它无须周 期性地更新，只有改变后才传播出去。莆田学院现代教育技术中心 2005年3月距离矢量路由协议Distance-Vector Routing Protocolsn基于Bellman-Ford算法n周期性地将路由表信息的拷贝在路由器间传送n每个路由器都不了解整个网络拓扑，只知道与自己直接 相连的网络情况。n距离矢量路由器关心的是到目的网段的距离（Metric） 和矢量（方向，从哪个端口转发）。n距离矢量信息类似于十字路口指向目的地的路标，沿路 标的指向前进，在下一个十字路口，会再看到一个距离 目的地更近的新路标。n优点：配置简单，占用较少内存和CPU处理时间n缺点：收敛速度慢，报文量大，占用较多的网络开销莆田学院现代教育技术中心 2005年3月Distance-Vector莆田学院现代教育技术中心 2005年3月距离矢量协议的路由表网络ID跳数下一个路由器 莆田学院现代教育技术中心 2005年3月链路状态路由协议 Link-States Routi