数据通信与网络技术 课件 第7章
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●OSPF路由协议
OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径 优先协议）是Internet工程任务组织（IETF）的内部网关 协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议，作为RIP的 后继内部网关协议，目前它的最新版本是第4版，即 OSPFv4。
Area1
ABR/骨 干路由器
16/20
VLAN 300 行政部
三层交换机
Internet
VLAN 100 研发部
二层交换机
VLAN 200 市场部
三层交换机组网基本结构
就目前来说三层交换机和路由器可以说是各有优势， 但它们的主要应用领域各不相同。三层交换机主要用于企 业IP局域网中不同VLAN或不同子网间的三层通信，而路 由器则主要用于WAN中的网络互连，谁也不能完全替代 谁。
20/20
5/20
●路由的分类 根据路由信息产生的方式和特点，也就是路由是如何 生成的，路由可以被分为直连路由、静态路由、缺省路由 和动态路由几种。 ●路由算法基础 路由算法（Routing Algorithm）是在给定一组路由器 即连接路由器链路的情况下，找出一条从源结点到目标节 点的最佳路径。通俗的讲，就是把路由器选择最佳路径的 策略称为路由算法，是路由器的关键功能所在。
7/20
●路由优先级
一台路由器上可以同时运行多个路由协议，不同的路由 协议都有自己的标准（路由算法）来衡量路由的好坏，路由 器必须选择其中一个路由协议计算出来的最佳路径作为转发 路径加入到路由表中。
实际的应用中，我们使用路由优先级来实现这个目的。
不同协议路由的默认优先级
路由类型 直连路由 静态路由 外部BGP OSPF协议
18/20
●动态地址转换（NAT） NAT的全称是网络地址转换（Network Address Translation），NAT工作原理描述如下：在连接内部网络 与外部公网的路由器上，NAT将内部网络中的内部局部地 址转换为，合法的可以出现在外部公网上的内部全局地址。 ●VLAN间路由 目前实现VLAN间路由可采用如下三种方式： （1）普通路由方式； （2）单臂路由方式； （3）三层/多层交换机方式。
6/20
采用分散式路由算法时，每个路由器只与直接相连的 路由器交换信息，每个路由器只有相邻路由器的路由信息， 而没有网络中的其他路由器的路由信息，其代表就是距离 矢量算法。
在采用总体式路由算法时，每个路由器都拥有网络中 某个区域或者整个网络中所有其他路由器的全部信息以及 网络的流量状态，其代表包括链路状态算法和分级路由算 法。
Area0
骨干区域 内部路由器
Area2
内部路由器
DR
内部路由器
ASBR/骨 干路由器
External AS
ASBR/骨 干路由器
OSPF网络的主要路由器类型示例
11/20
●BGP路由协议 BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）是 一个外部网关协议（EGP），是包含独立路由策略、分离 路由域间、无环路路由的协议。很显然，相比前面介绍的 RIP、OSPF这些内部网关协议来说，BGP更加复杂。也 正如此，BGP主要用于大型网络和ISP运营商。 目前最新的版本是BGP-4，包括支持多协议扩展，以 允许BGP为IP组播路由和多个三层协议地址（IPv4、 IPv6）、VPN、二层VPN承载路由信息。
第7章 路由技术与设备
7.1 IP层转发分组流程 7.2 路由与路由算法 7.3 路由协议 7.4 路由设备 7.5 其他协议技术
1/20
7.1 IP层转发分组流程
●路由器转发分组
在路由表中，对每一条路由最主要的是以下两个信息： 目的网络地址，下一跳地址。我们就根据IP数据报中的目 的网络地址来确定下一跳路由器。
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7.4 路由设备
作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成 了基于 TCP/IP 的国际互连网络 Internet 的主体脉络，是 Internet 的骨架。
●路由器的作用 路由器的核心作用是实现网络互连，在不同网络之间 转发数据单元。对于不同规模的网络，路由器作用的侧重 点有所不同： 在骨干网上，路由器的主要作用是路由选择。 在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选 择，即连接下层各个基层网络单位——园区网，同时，负 责下层网络之间的数据转发。
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技能训练四 静态路由实现区域网络的连通
◇训练目的： 了解路由的基本概念 掌握以下路由类型的基本配置步骤 直连路由（connected route） 静态路由（static route） ◇训练要求： 参考组网拓扑图，做好数据规划。 互相配合完成实验内容和任务。 详细记录每个步骤的操作结果。 ◇训练环境： packet tracer软件
（1）内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol） （2）外部网关协议EGP（External Gateway Protocol） 目前，这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协 议。
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●RIP路由协议 RIP（Routing Information Protocols，路由信息协议） 是使用最早最广泛的距离矢量路由协议，它是一种内部网 关协议（IGP），用于一个自治系统（AS）内的路由信息 的传递。RIP最大的特点是，无论实现原理还是配置方法， 都非常简单。 RIP协议的特点如下： （1）仅和相邻路由器交换信息。 （2）路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部 信息，即自己的路由表。 （3）按固定的时间间隔交换路由信息。
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（3）对路由表中非直接相连网络的子网掩码和目的IP 地址逐位相“与”（AND操作），看结果是否和该行的网 络地址相同。若相同，则把分组交付给该行指明的下一跳 路由器；否则就是间接交付，转到（4）。
（4）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给 路由表中所指明的默认路由器；否则执行（5）。
IS-IS RIP v1，v2协议
EGP
默认优先级 0 1 20
110 115 120 140
8/20
7.3 路由协议
因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统 （autonomous system），一般都记为AS。现在对自治 系统AS的定义是，一个AS内部采用一个单一的和一致的 路由选择策略（路由协议）。在目前的因特网中，一个大 的ISP就是一个自治系统。这样，因特网就把路由选择协 议划分为以下两大类：
路由器示例
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●使用子网时分组的转发 使用子网划分后，路由表必须包含以下三个内容：目 的网络地址、子网掩码和下一跳地址。划分子网时的转发 过程如下： （1）从收到的数据报的首部中提取目的IP地址。 （2）用路由表中直接相连网络的子网掩码和目的IP地 址逐位相“与”（AND操作），看结果是否和直连的网络 地址相同。若相同，则把分组进行直接交付；否则就是间 接交付，转到（3）。
本节将会讨论是谁决定了路由表内容的生成。这里， 我们首先介绍一下关于路由的一些基本概念。
●路由表 在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由 表（Routing Table），供路由选择时使用。路由表的结构 成分：目的网络地址（Dest）、子网掩码（Mask）、下 一跳地址（Gw）、发送的物理端口（interface）、路由 信息的来源（Owner）、路由优先级（pri）、度量值 （metric）。
输出端口
321
...Baidu Nhomakorabea输出端口
分组 转发
321
典型的路由器的结构
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●路由器技术 路由器为了实现不同网络的互连，包括了许多软、硬 件技术。 路由器的硬件技术主要体现在以下几个方面： （1）硬件体系结构 （2）ASIC技术 （3）分布式处理技术 （4）交换式结构 （5）路由表硬件查找技术 在软件方面同样具有很多复杂的技术，具体包括以下 几个方面：
R1
R2
10.0.0.4 20.0.0.7 20.0.0.9 30.0.0.2
R3 30.0.0.1 40.0.0.4
链路1
链路2
链路3
链路4
路由器R2的路由表
目的主机所在的网络
20.0.0.0 30.0.0.0 10.0.0.0 40.0.0.0
下一跳地址 直接交付，接口0 直接交付，接口1
20.0.0.7 30.0.0.1
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7.5 其他协议技术
●ACL技术 访问控制是网络安全防范和保护的主要策略，它的主 要任务是保证网络资源不被非法使用和访问，它是保证网 络安全最重要的核心策略之一。 访问控制列表（Access Control Lists，ACL）是应用 在路由器接口的指令列表。这些指令列表用来告诉路由器 哪能些数据包可以收、哪能数据包需要拒绝。至于数据包 是被接收还是拒绝，可以由类似于源地址、目的地址、端 口号等的特定指示条件来决定。
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（1）VPN技术 （2）QoS技术 （3）多播技术
●三层交换机 随着数据通信网络范围的不断扩大，网络业务的不断 丰富，网络间互访的需求越来越大，而路由器由于自身成 本高、转发性能低、端口数量少等特点无法很好地满足网 络发展的需求。三层交换机就是这样一种实现了高速三层 转发的设备。其典型组网结构如图
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在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。 ●路由器的构成 从图中可以看出，整个的路由器结构可划分为两大部 分：路由选择部分和分组转发部分。
3——网络层 2——数据链路层 1——物理层
输入端口
321
... 输入端口
321
理由选择处理机
理由选择协议 路由表
分组处理 转发表
交换结构
路由 选择
（5）报告转发分组错误。
●最长前缀匹配
从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。这叫做 最长前缀匹配（longest-prefix matching），这是因为网 络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体 （more specific）。最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳 匹配。
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7.2 路由与路由算法
●OSPF路由协议
OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径 优先协议）是Internet工程任务组织（IETF）的内部网关 协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议，作为RIP的 后继内部网关协议，目前它的最新版本是第4版，即 OSPFv4。
Area1
ABR/骨 干路由器
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VLAN 300 行政部
三层交换机
Internet
VLAN 100 研发部
二层交换机
VLAN 200 市场部
三层交换机组网基本结构
就目前来说三层交换机和路由器可以说是各有优势， 但它们的主要应用领域各不相同。三层交换机主要用于企 业IP局域网中不同VLAN或不同子网间的三层通信，而路 由器则主要用于WAN中的网络互连，谁也不能完全替代 谁。
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●路由的分类 根据路由信息产生的方式和特点，也就是路由是如何 生成的，路由可以被分为直连路由、静态路由、缺省路由 和动态路由几种。 ●路由算法基础 路由算法（Routing Algorithm）是在给定一组路由器 即连接路由器链路的情况下，找出一条从源结点到目标节 点的最佳路径。通俗的讲，就是把路由器选择最佳路径的 策略称为路由算法，是路由器的关键功能所在。
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●路由优先级
一台路由器上可以同时运行多个路由协议，不同的路由 协议都有自己的标准（路由算法）来衡量路由的好坏，路由 器必须选择其中一个路由协议计算出来的最佳路径作为转发 路径加入到路由表中。
实际的应用中，我们使用路由优先级来实现这个目的。
不同协议路由的默认优先级
路由类型 直连路由 静态路由 外部BGP OSPF协议
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●动态地址转换（NAT） NAT的全称是网络地址转换（Network Address Translation），NAT工作原理描述如下：在连接内部网络 与外部公网的路由器上，NAT将内部网络中的内部局部地 址转换为，合法的可以出现在外部公网上的内部全局地址。 ●VLAN间路由 目前实现VLAN间路由可采用如下三种方式： （1）普通路由方式； （2）单臂路由方式； （3）三层/多层交换机方式。
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采用分散式路由算法时，每个路由器只与直接相连的 路由器交换信息，每个路由器只有相邻路由器的路由信息， 而没有网络中的其他路由器的路由信息，其代表就是距离 矢量算法。
在采用总体式路由算法时，每个路由器都拥有网络中 某个区域或者整个网络中所有其他路由器的全部信息以及 网络的流量状态，其代表包括链路状态算法和分级路由算 法。
Area0
骨干区域 内部路由器
Area2
内部路由器
DR
内部路由器
ASBR/骨 干路由器
External AS
ASBR/骨 干路由器
OSPF网络的主要路由器类型示例
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●BGP路由协议 BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）是 一个外部网关协议（EGP），是包含独立路由策略、分离 路由域间、无环路路由的协议。很显然，相比前面介绍的 RIP、OSPF这些内部网关协议来说，BGP更加复杂。也 正如此，BGP主要用于大型网络和ISP运营商。 目前最新的版本是BGP-4，包括支持多协议扩展，以 允许BGP为IP组播路由和多个三层协议地址（IPv4、 IPv6）、VPN、二层VPN承载路由信息。
第7章 路由技术与设备
7.1 IP层转发分组流程 7.2 路由与路由算法 7.3 路由协议 7.4 路由设备 7.5 其他协议技术
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7.1 IP层转发分组流程
●路由器转发分组
在路由表中，对每一条路由最主要的是以下两个信息： 目的网络地址，下一跳地址。我们就根据IP数据报中的目 的网络地址来确定下一跳路由器。
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7.4 路由设备
作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成 了基于 TCP/IP 的国际互连网络 Internet 的主体脉络，是 Internet 的骨架。
●路由器的作用 路由器的核心作用是实现网络互连，在不同网络之间 转发数据单元。对于不同规模的网络，路由器作用的侧重 点有所不同： 在骨干网上，路由器的主要作用是路由选择。 在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选 择，即连接下层各个基层网络单位——园区网，同时，负 责下层网络之间的数据转发。
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技能训练四 静态路由实现区域网络的连通
◇训练目的： 了解路由的基本概念 掌握以下路由类型的基本配置步骤 直连路由（connected route） 静态路由（static route） ◇训练要求： 参考组网拓扑图，做好数据规划。 互相配合完成实验内容和任务。 详细记录每个步骤的操作结果。 ◇训练环境： packet tracer软件
（1）内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol） （2）外部网关协议EGP（External Gateway Protocol） 目前，这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协 议。
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●RIP路由协议 RIP（Routing Information Protocols，路由信息协议） 是使用最早最广泛的距离矢量路由协议，它是一种内部网 关协议（IGP），用于一个自治系统（AS）内的路由信息 的传递。RIP最大的特点是，无论实现原理还是配置方法， 都非常简单。 RIP协议的特点如下： （1）仅和相邻路由器交换信息。 （2）路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部 信息，即自己的路由表。 （3）按固定的时间间隔交换路由信息。
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（3）对路由表中非直接相连网络的子网掩码和目的IP 地址逐位相“与”（AND操作），看结果是否和该行的网 络地址相同。若相同，则把分组交付给该行指明的下一跳 路由器；否则就是间接交付，转到（4）。
（4）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给 路由表中所指明的默认路由器；否则执行（5）。
IS-IS RIP v1，v2协议
EGP
默认优先级 0 1 20
110 115 120 140
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7.3 路由协议
因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统 （autonomous system），一般都记为AS。现在对自治 系统AS的定义是，一个AS内部采用一个单一的和一致的 路由选择策略（路由协议）。在目前的因特网中，一个大 的ISP就是一个自治系统。这样，因特网就把路由选择协 议划分为以下两大类：
路由器示例
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●使用子网时分组的转发 使用子网划分后，路由表必须包含以下三个内容：目 的网络地址、子网掩码和下一跳地址。划分子网时的转发 过程如下： （1）从收到的数据报的首部中提取目的IP地址。 （2）用路由表中直接相连网络的子网掩码和目的IP地 址逐位相“与”（AND操作），看结果是否和直连的网络 地址相同。若相同，则把分组进行直接交付；否则就是间 接交付，转到（3）。
本节将会讨论是谁决定了路由表内容的生成。这里， 我们首先介绍一下关于路由的一些基本概念。
●路由表 在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由 表（Routing Table），供路由选择时使用。路由表的结构 成分：目的网络地址（Dest）、子网掩码（Mask）、下 一跳地址（Gw）、发送的物理端口（interface）、路由 信息的来源（Owner）、路由优先级（pri）、度量值 （metric）。
输出端口
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...Baidu Nhomakorabea输出端口
分组 转发
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典型的路由器的结构
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●路由器技术 路由器为了实现不同网络的互连，包括了许多软、硬 件技术。 路由器的硬件技术主要体现在以下几个方面： （1）硬件体系结构 （2）ASIC技术 （3）分布式处理技术 （4）交换式结构 （5）路由表硬件查找技术 在软件方面同样具有很多复杂的技术，具体包括以下 几个方面：
R1
R2
10.0.0.4 20.0.0.7 20.0.0.9 30.0.0.2
R3 30.0.0.1 40.0.0.4
链路1
链路2
链路3
链路4
路由器R2的路由表
目的主机所在的网络
20.0.0.0 30.0.0.0 10.0.0.0 40.0.0.0
下一跳地址 直接交付，接口0 直接交付，接口1
20.0.0.7 30.0.0.1
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7.5 其他协议技术
●ACL技术 访问控制是网络安全防范和保护的主要策略，它的主 要任务是保证网络资源不被非法使用和访问，它是保证网 络安全最重要的核心策略之一。 访问控制列表（Access Control Lists，ACL）是应用 在路由器接口的指令列表。这些指令列表用来告诉路由器 哪能些数据包可以收、哪能数据包需要拒绝。至于数据包 是被接收还是拒绝，可以由类似于源地址、目的地址、端 口号等的特定指示条件来决定。
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（1）VPN技术 （2）QoS技术 （3）多播技术
●三层交换机 随着数据通信网络范围的不断扩大，网络业务的不断 丰富，网络间互访的需求越来越大，而路由器由于自身成 本高、转发性能低、端口数量少等特点无法很好地满足网 络发展的需求。三层交换机就是这样一种实现了高速三层 转发的设备。其典型组网结构如图
13/20
在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。 ●路由器的构成 从图中可以看出，整个的路由器结构可划分为两大部 分：路由选择部分和分组转发部分。
3——网络层 2——数据链路层 1——物理层
输入端口
321
... 输入端口
321
理由选择处理机
理由选择协议 路由表
分组处理 转发表
交换结构
路由 选择
（5）报告转发分组错误。
●最长前缀匹配
从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。这叫做 最长前缀匹配（longest-prefix matching），这是因为网 络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体 （more specific）。最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳 匹配。
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7.2 路由与路由算法