IP路由详解(h3c经典教程)

• 路由的过程是报文中继转发的过程
– Hop by Hop：路由器不知道完整转发路径，只知道 到达目的地的最近的下一跳如何走
PC2： 198.168.1.1/24
PC1： 125.168.1.1/16 5
路由开销：Cost
• 路由的开销：Cost，Metric
– 标识出了到达路由所指的目的地的代价，以选择最佳路径 – IP包的“旅途”费用
议题
• • • • 路由的一些基本概念 报文转发和静态路由 动态路由协议原理 常见的路由算法及协议
– RIP；IGRP/EIGRP；OSPF；IS-IS；BGP
• 路由其他：路由策略；策略路由
4
什么是路由
• 路由信息是指导报文发送的路径信息
– 路由表：路标牌 – 路由协议负责收集信息，构建“地图”
• 如何做到
– 每台路由器将自己已知的路由相关信息发给相 邻的路由器 – 传送的过程中保证信息正确可靠的传输 – 由于大家都这样做，最终每台路由器都会收到 网络中所有的路由信息 – 运行特定算法，计算出最终的路由来
25
动态路由协议的一般性原理
• Hello!
– 打招呼，首先自我介绍，每一台新加入的路由 器主动发送协议报文 – 认识后，周期性来往，维护邻居关系；规定时 间没有消息，不和你玩了，取消邻居资格
Routing Table
Routing Table
A
B C
D
Routing Table
Routing Table
路由信息 其它信息
27
D-V算法原理
• D-V路由算法
– D( i, i)= 0 – D( i, j) =min{ d (i, k)+ D (k, j) } （k为所有与i相邻 的路由器）
A 1 6
E 3 F
PC1： 125.168.1.1/16
7
路由优先级
• 路由优先级：Preference
– 标识不同路由协议的特权数值
• 影响因素
– 厂商实现对各个路由协议优劣 的理解 – 无标准定义
OSPF
RIP
10.0.0.0/ 8 10 s0
10.0.0.0/ 8 100 s1
• 可比性
– 在运行不同的路由协议学习到 相同的路由的时候比较用，在 此前路由协议已经通过路由开 销选拔出自己的“最佳路由” – 一般数值小的反而优先
ISP路由器A s3 A的路由表 198.168.1.0/24 198.168.2.0/24 198.168.3.0/24 0.0.0.0/0 198.168.3.0
s1 s2 s3 s0
198.168.0.0/16 null0
16
路由收敛
• 路由收敛：Route Convergence
– 从单个路由器的观点来看
• Update!
– 互通有无，相互告知已知消息（路由或周边的 拓扑信息），扩散开 – 周期性发送所有信息，或只发布变化的信息以 保持信息完整可靠
26
动态路由扩散路由信息：D-V算法
• D-V算法
– D：distance到目的地距离 – V：Vector到目的地的方向 （下一跳等信息） – 所谓的Routing by Rumor， 也称为Bellman-Ford算法 – 所有的路由器与邻居交换自 己所知的最佳路由信息，然 后相互学习并定期通告
• Q：报文7.1.1.1如何转发？
19
路由表的建立：接口直连网段路由
• 链路层协议发现的路由
– 开销小，配置简单，无需人工维护 – 只能发现本接口所属网段的路由或协商到的对端的路 由
20
路由表的建立：手工添加静态路由
• 手工配置静态路由
– 几乎无开销，配置简单 – 需管理员人工维护，适合简单拓朴结构的网络
• 图示距离矢量算法
d(i,k) D(k,j) k1
d(i, k)+ D(k, j) =
i
k2
j
28
扩散路由信息：Link State算法概述
• Link State算法概述
–不直接发布路由信息，交换的 是描述网络的链路状态 – 每个路由器生成LSA（链路状 态通告）描述自己连接的部分 网络状况并扩散，同时收集其 它扩散过来的LSA – 所有路由器得到一致的整个网 络的完整描述，以此信息依靠 SPF算法独立计算出路由
• 影响因素
– 线路延迟、线路带宽、线路占有率、线路可信度、跳数、最大传 输单元 – 与协议相关，不同的动态路由协议会选择以上的一种或几种因素 来计算花费值
• 可比性
– 该花费值只在同一种路由协议对同一目的地有比较意义 – 不同的路由协议之间的路由花费值没有可比性 – 不存在换算关系
6
路由开销：简化例子
– 基于目的IP地址的转发 – IP报文到达路由器后如何路由交换的匹配基本原则 – 查找路由表时，报文目的地址和路由表中路由条目按位“与”操 作，符合则匹配 – 选择一个最长匹配的路由表项进行转发
• 例子：参考前页路由表
– 1.目的地为9.1.2.1的报文进入 – 2.查找路由表，有三项匹配：0.0.0.0/0匹配长度为0bit；9.0.0.0/8 匹配长度为8bit；9.1.0.0/16匹配长度为16bit – 3.按最长匹配原则命中9.1.0.0/16的RIP路由，从serial0接口转发
17
路由表
• 路由表：交通路标牌
– 路由器最核心的表项，指导报文的转发 – 一般包含如下内容：目的地、得到的途径 及开销、下一跳地址、下一跳出接口
[Quidway]display ip routing-table Routing Tables: Destination/Mask proto pref Metric 0.0.0.0/0 Static 60 0 8.0.0.0/8 RIP 100 3 9.0.0.0/8 OSPF 10 50 9.1.0.0/16 RIP 100 4 20.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1/32 Direct 0 0
B
10
20
10
A
10
C
D
– Cisco在IGRP和EIGRP中支持； VRP不支持该特性
A到D两条非等价路径 1. A→B→C→D，总开销40 2. A→C→D，总开销20 A到D的IP报文以2：1的比例在两条 路径上分担发送
10
路由环路：概念
• 路由环路 :Routing loop
–报文在两个或几个路由器 之间循环路由，直到TTL减 为0而丢弃 –不能正确到目的地，有时 引起环路发生的链路拥塞 –几乎是路由中最坏的现象
198.168.1.0
通告路由 198.168.0.0/16 ISP
198.168.2.0
198.168.3.0 13
路由聚合
• 路由聚合 : Route Summary
– 为了减小路由表的规模，对于某些 属于一个更大网段的子网所对应的 路由，不发布那些具体的子网路由， 代之发布那个更大网段的路由
B
5 8
A
10
C
D
– 优点：提高链路利用率 – 缺点：逐包转发可能导致报文乱序
A到D两条等价路径 1. A→B→C→D，总开销5+5+8=18 2. A→C→D，总开销10+8=18
9
非等价路由负载分担
• 非等价路由负载分担
– 到一个目的地有走几个不同链路的 不同开销的路径，IP报文在这几个 链路依据通过该链路的开销按比例 轮流发送 – 优点：进一步提高链路利用率 – 缺点：协议及厂商支持相当少；容 易引起路由环路，推荐慎用
12
域间无类别路由：CIDR
• CIDR :Classless Inter Domain Routing
– RFC 1519定义，也称为超网（Super-net）
• 解决问题
– B类地址资源枯竭 – Internet路由表日益增大
• 解决方案
– 将连续的C类地址分配，当做一个“B”类地址 – 发布的时候就当做一个B类地址块发布路由信息，主要在BGP中使用
A通告聚合路由 198.168.0.0/16 s1 s0 s2 198.168.2.0 198.168.1.0
• 如何防止路由环路
– 如右图：A一般都有一条缺省 路由指向Internet出口 – 如果Hacker从Internet发送一个 目的地址为198.168.4.1的报文 转发到A，会发生什么？ – 解决方法：聚合时手工或自动 在本地添加一条指向Null0的聚 合路由
198.168.3.0
14
路由聚合
• 路由聚合的好处
–减小路由表的规模，减少CPU及内存资源消耗 –提高路由查找速度，加快IP报文转发 –减少网络震荡引起路由变化的影响范围
• 常用但需要慎用路由聚合
–可能产生路由黑洞 –可能产生路由环路
15
路由聚合中避免路由环路
• Null0路由
– Null0相当于一个垃圾桶，匹配 的报文被丢弃
• 简化的例子
– 各“段”开销已标明，假设总开销的计算公式是简单“加” – PC1到PC2有两条路：Path1 A→B→C→D，总开销是11；Path2 A→E→F→C→D总开销是14 – 优选较小的总开销Path1传送路径：PC1→A→B→C→D→PC2
B C D
5
2 1
2
1
PC2： 198.168.1.1/24
Nexthop 120.0.0.2 120.0.0.2 20.0.0.2 120.0.0.2 20.0.0.1 127.0.0.1
Interface Serial0 Serial0 Ethernet0 Serial0 Ethernet0 LoopBack0
18
路由查找：来自百度文库长匹配原则
• 最长匹配：longest match
A
主链路
B
168.1.0.0 网络
23
议题
• • • • • IP编址和路由 路由的一些基本概念 报文转发和静态路由 动态路由协议原理 常见的路由算法及协议
– RIP；IGRP/EIGRP；OSPF；IS-IS；BGP
• 路由其他：路由策略；策略路由
24
动态路由协议
• 何谓动态
– 能适应网络动态变化 – 智能、自动、准确计算出新的路由
10.0.0.0/ 8 OSPF 10 s0 路由表
8
等价路由：ECMP
• 等价路由负载分担：ECMP
– Equal Cost Multi-Path – 到一个目的地有几条相同开销的路 径，IP包在这几个链路上轮流发送 – 两种基本方式：
• 逐包：只根据目的地址来轮流发送 • 逐流：根据不同的数据“流”来分 担 5
TTL-3 到N的报文 TTL-1
C
TTL-2
A
网络N
B
11
路由环路：原因及解决方法
• 产生原因
–路由收敛过程中产生的临时环路 –路由算法的缺陷 –在不同的路由域相互引入路由时丢失了可以防止环 路的信息 –网络配置及经验问题
• 解决方法
–选用高级算法的路由协议 –路由引入的时候注意过滤掉自己发出的路由
21
路由表的建立：动态路由学习
• 动态路由协议发现的路由
– 开销大，配置复杂，无需人工维护，适合复杂拓朴 结构的网络
22
浮动静态路由
• 浮动静态路由
– 去往同一目的网络的多条不同优先级的静态路由 – 当主链路down掉，会自动切换到备用链路
ISDN
备用链路 172.1.0.0 网络
s1 s0
A上配置： ip route-static 168.1.0.0 16 s0 pref 10 ip route-static 168.1.0.0 16 s1 pref 60
• 是对选择到一个新的目的地或由于原来的路径发生变化而需要重新 选择路径所采取措施的过程
– 从网络整体的观点来看
• 网络中所有路由器感知到网络变化，并对此变化通过路由算法在全 网内达到对新的网络拓扑结构一致的观点，路由表重新计算并稳定 的全过程
• 收敛速度
– 网络变化导致的信息在网络上传播加上网络上所有路由器重新计 算最佳路径所花费的时间 – 非常难以预测和度量 – 近年来路由协议的发展在如何加快收敛速度的做了很多工作
198.168.1.0 A只通告聚合路由 198.168.0.0/16 198.168.2.0 A B 路由表 路由表 198.168.0.0/16 198.168.1.0/24 198.168.2.0/24 198.168.3.0/24
• 自动聚合和手动聚合
– 很多路由协议支持自动聚合，即按 自然掩码来聚合路由 – 一般高级路由协议支持手动聚合， 可以根据需要配置任意的聚合粒度
IP路由详解
IP Routing Fundamental
1
引入：网络和路由
• 现在网络已经成为人们生活不可缺少 的一部分，就象空气和水一样 • 路由技术是Internet得以持续运转的 关键所在 -J. Moy • 路由是极其有趣而又复杂的课题，永 远的话题
培训目标
• • • •
了解路由和路由转发原理 了解一些路由相关的基础知识 了解静态路由和动态路由协议 了解常用的路由协议原理及其应用