第4章 网络层6-路由器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,路由器的概念及基本构成,路由器,-,工作在,OSI,参考模型第三层的网络设备,路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。,作为路由器，必须具备：,两个或两个以上的接口,协议至少向上实现到网络层,具有存储、转发、寻径功能,网络互联,路由器总是有多个,LAN,和,WAN,端口，每个端口所联的网段是一个独立的网络或子网号。,WAN,192.11.1.0,192.11.2.0,192.11.3.0,192.11.4.0,192.11.5.0,掩码：,255.255.255.0,网络互联,路由器能对其互联的两个异构形网络的帧格式进行转换。,F.R,主机,A,主机,B,TokenRing,Ethernet,routerA,routerB,典型的路由器的结构,路由,选择,路由选择处理机,路由选择协议,路由表,3,输入端口,3,交换结构,输入端口,输出端口,分组,转发,转发表,分组处理,输出端口,1,1,1,3,3,1,2,2,2,2,3,网络层,2,数据链路层,1,物理层,路由器概述,路由器工作流程,IP,ETH,PPP,F1/0,口,S1/2,IP,PPP,ETH,S1/2,F1/0,口,协议封装,R,A,R,B,WAN,转 发,拆 包,LAN1,LAN2,接 收,发 送,172.16.2.2,S1/2,172.16.2.1,B,A,B,S1/2,192.168.10.1,202.99.8.1,F1/0,F1/0,192.168.10.5/24,202.99.8.3/24,路径选择,协议转换,192.168.10.5/24,202.99.8.3/24,路由是,IP,分组从源结点到达目的结点的传输路径。,路由选择是用来选择通过通信子网的合理的传输路径,路由器在传送分组时必须查询路由表，路由表是根据路由算法产生的。,路由选择,路由选择算法涉及的参数,跳数（,hop count,）,分组从源结点到达目的结点经过的路由器的个数,带宽（,bandwidth,）,链路的传输速率,延时（,delay,）,分组从源结点到达目的结点花费的时间,负载（,load,）,通过路由器或线路的单位时间通信量,可靠性（,reliability,）,传输过程中的误码率,开销（,overhead,）,传输过程中的耗费，与所使用的链路带宽相关,从路由选择算法对网络拓扑和通信量变化的自适应角度划分，可以分为静态路由选择算法与动态路由选择算法两大类；,静态路由选择算法也叫做非自适应路由选择算法，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化；,动态路由选择算法也称为自适应路由选择算法，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。,路由选择算法分类,路由表,静态路由表：,由人工方式建立,动态路由表：,使用路由协议根据网络的拓扑和流量变化动态学习获得,IP,路由与路由表,在路由器的内部缓存中保存着各种传输路径的相关数据,路由表,（,Routing Table,）,Quidway,display ip routing,Routing Tables:,Destination/Mask proto pref Metric Nexthop Interface,0.0.0.0/0 Static 60 0 120.0.0.2 Serial0,9.0.0.0/8 OSPF 10 50 20.0.0.2 Ethernet0,9.1.0.0/16 RIP 100 4 120.0.0.2 Serial0,11.0.0.0/8 Static 60 0 120.0.0.2 Serial0,20.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1 Ethernet0,路由各列含义,序号,列名,含义,1,Destination/Mask,目标网络,/,子网掩码。,2,Protocol,路由协议，表明路由器是如何获得本条路由信息的。本例中只列举出了两种：,1,）,Direct,：表示路由的端口是直接连接的网络；,2,）,RIP,：路由器通过运行,RIP,协议算法学习获得的网络信息,3,Pre,优先级（,preference,），衡量路由协议算法优劣的一个数值。值越小级别越高，越优先选用,4,Cost,开销，到达目标网络所付出的花费。不同协议考虑的因素、计算的方法也有所不同,5,NextHop,下一跳地址，到达目标网络的下一中继地址,6,Interface,端口，到达目标网络的本地路由器的出口,IP,路由与路由表,路由表中路由的来源,RIP,、,OSPF,管理员手动输入到路由器的路由。,由路由协议动态建立的路由。,直连路由,192.168.1.1,192.168.2.1,192.168.3.1,F1/0,F1/1,S1/2,192.168.1.5,192.168.3.8,目标网段,出口,C,C,C,静态路由,动态路由,192.168.1.0,Fastethernet 1/0,192.168.2.0,Serial 1/2,192.168.3.0,Fastethernet 1/1,实 例 ！,172.16.2.2,S1/2,172.16.2.1,B,A,B,S1/2,192.168.10.1,202.99.8.1,F1/0,F1/0,192.168.10.5,202.99.8.3,RA,C 192.168.10.0 F1/0,C 172.16.2.0 S1/2,RB,C 202.99.8.0 F1/0,C 172.16.2.0 S1/2,RA,去往,202.99.8.0,？,手工添加告诉路由器去往,202.99.8.0,走,S1/2,接口这条路,S 202.99.8.0 S1/2,RB,去往,192.168.10.0,？,手工添加告诉路由器去往,192.168.10.0,走,S1/2,接口这条路,S 192.168.10.0 S1/2,ip route-static | | ,静态路由配置,配置命令,只有下一跳所属的的接口是点对点（,PPP,、,HDLC,）的接口时，才可以填写,，否则必须填写,。,注意：,172.16.2.2,S1/2,172.16.2.1,B,A,B,S1/2,192.168.10.1,202.99.8.1,F1/0,F1/0,192.168.10.5/24,202.99.8.3/24,S1/2,ip route-static 202.99.8.0 255.255.255.0 172.16.2.2,或,ip route-static,202.99.8.,0 24,172.16.2.2,或：,ip route-static,202.99.8.,0 24,S1/2,172.16.2.2,S1/2,172.16.2.1,B,A,B,S1/2,192.168.10.1,202.99.8.1,F1/0,F1/0,192.168.10.5/24,202.99.8.3/24,静态路由配置,静态路由配置示例,在路由器,RA,上配置：,IP,层转发分组的流程,网,1,10.0.0.0,网,4,40.0.0.0,网,3,30.0.0.0,网,2,20.0.0.0,10.0.0.4,40.0.0.4,30.0.0.2,20.0.0.9,20.0.0.7,目的主机所在的网络,下一跳路由器的地址,20.0.0.0,30.0.0.0,10.0.0.0,40.0.0.0,20.0.0.7,30.0.0.1,直接交付，接口,1,直接交付，接口,0,路由器,R,2,的路由表,30.0.0.1,10.0.0.4,40.0.0.4,30.0.0.2,20.0.0.9,20.0.0.7,30.0.0.1,链路,4,链路,3,链路,2,链路,1,R,2,R,3,R,1,0,1,R,2,R,3,R,1,在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址）,要想使每台路由器对到每个可能目的地的路由都进行维护是不可行的，所以路由器可以保存一条缺省路由，或者叫最后的可用路由。,当路由器不能用路由表中的一个更具体条目来匹配一个目的网络时，它就将使用缺省路由，即“最后的可用路由”。,缺省路由,缺省路由配置示例,在路由器,Quidway A,上配置：,ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.0.2,Internet,上 大约,99.99%,的路由器上都存在一条缺省路由,!,默认路由,缺省路由并不一定都是手工配置的静态路由，有时也可以由动态路由协议产生。,Quidway A,10.0.0.1,S0,10.0.0.2,S0,Quidway B,Network N,Public Network,特定于具体主机的路由,“,目的地址”用主机的,IP,地址,“掩码”用“,255.255.255.255”,多数,IP,路由软件允许作为特例指定某个主机的路由。,命 令,route print,，用来查看主机上的路由表。,网络互连,在网络层对多个网络,互连,-,使用路由器,在,网络,之间转发,IP,分组（根据,IP,逻辑地址）,路由器在多个网络之间进行网络互连,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,物理层,路由器,数据链路层,网络层,网络,1,网络,2,在传输层及更高层,互连,-,使用网关,在传输层及更高层上进行处理或协议转换,网络互连,网络,1,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,物理层,数据链路层,网络层,网关,网络,1,网络,2,第三层交换机,三层交换是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在,OSI,网络标准模型中的第二层,-,数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术三层转发技术。三层交换机就是“二层交换机,+,基于硬件的路由器”。 解决了局域网中网段划分之后，网段间子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。,路由器,/,三层交换机,交换机,/,网桥,集线器,/,中继器,1,层,网络层,数据链路层,物理层,包（,PACKET,）,帧（,FRAME,）,比特（,BIT,）,2,层,3,层,交换和路由的集成,二层交换机上和路由器在功能上的集成构成了三层交换机，三层交换机在功能上实现了,VLAN,的划分、,VLAN,内部的二层交换和,VLAN,间路由,的功能。,VLAN 100,VLAN 200,VLAN 300,VLAN 100,VLAN 200,VLAN 300,三层交换机中的路由和二层交换,二层交换引擎：实现同一网段内的快速二层转发,三层路由引擎：实现跨网段的三层路由转发,网络设计的层次化模型,包括核心层、分布层、接入层三个层次。,教学楼,服务器群,Catalyst 6509,Catalyst 4500,分布层,接入层,图书馆,办公楼,实验楼,教育网,电信,Catalyst 2960,核心层,图例,10Gbps,1Gbps,按组建园区网的网络拓扑结构层次，可划分为：接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。,核心层交换机,:,一般采用机箱式模块化设计，机箱中可承载管理模块、光端口模块、高速电口模块、电源等，具有很高的背板容量；,汇聚层交换机,:,可以是机箱式模块化交换机，也可以是固定配置的交换机，具有较高的接入能力和带宽，一般会包含光端口、高速电口等端口；,接入层交换机,:,一般是固定配置的交换机，端口密度较大，具有较高的接入能力，以,10/100M,端口为主，以固定端口或扩展槽方式提供,1000Mbps,的上联端口。,一、填空题,1. ISO,组织提出的,OSI RM,将网络协议分成,层，而,Internet,所使用的,TCP/IP RM,将网络协议分成,层。,2. ARP,协议的主要作用是将,转换为相应网络的,。,3. RARP,协议的主要作用是将相应网络的,转换为,。,4.,在,TCP/IP RM,的传输层中，提供可靠的、面向连接的数据传输服务是,协议，提供不可靠的、面向无连接的数据传输服务是,协议。,5.,在,TCP/IP RM,中，网际互连层提供无连接服务，而传输层提供,和,服务。,二、选择题,在,TCP/IP RM,中， 是传输层协议。,A. IP,B. TCP,C. ARP,D. ICMP,在,TCP/IP RM,中， 对应,OSI RM,中网络层的功能。,A.,网络接口层,B.,网际互联层,C.,传输层,D.,应用层,在,TCP/IP RM,中，,IP,协议处理数据的基本单位是 。,A.,比特,B.,数据帧,C.,数据报,D.,报文,在,TCP/IP RM,中，传输控制协议是 。,A. TCP,B. UDP,C. IP,D. DNS,在,TCP/IP RM,中，提供电子邮件服务功能的是 。,A. FTP,B. Telnet,C. DNS,D. SMTP,1. TCP/IP RM,是如何分层？简述各层的功能。,2.,简述,IP,协议的基本功能。,3. ARP,和,RARP,协议的主要作用是什么？,4. TCP,和,UDP,协议的主要功能是什么？,5. OSI/RM,和,TCP/IP RM,在哪一层提供面向连接和无连接服务,1,、,TCP/IP RM,将协议分成四个层次，它们分别是：网络接口层、网际互连层、传输层、和应用层。,2,、无连接的数据报传送和数据报路由选择。,3,、,ARP,协议用于将,IP,地址转换为相应网络的物理地址。,RARP,协议用于将相应网络的物理地址转换为,IP,地址。,4,、,TCP,协议提供可靠的、面向连接的数据传输服务（虚电路服务），数据传输的基本单位是报文段。,UDP,协议提供不可靠的、面向无连接的数据传输服务（数据报服务），是,IP,协议的扩充，数据传输的基本单位是数据报。,5,、,OSI/RM,：网络层提供面向连接和无连接服务，而传输层只提供面向连接服务。,TCP/IP RM,：网际互连层只提供无连接服务，而传输层提供面向连接和无连接服务。,