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路由器工作原理与技术
Contents
可路由与被路由协议 IP路由选择协议 子网划分的机制
可路由与被路由协议
❖ 可路由/被路由协议与路由选择协议有些相似，经常发生 混淆。
被路由协议
• 以寻址方案为基础，为分组从一个主机发送到另一个 主机提供充分的第3层地址信息的任何网络协议
• 定义了分组所包含的字段格式。使用路由选择表来转 发分组
• IP，IPX，AppleTalk
路由选择 协议
• 通过在设备之间提供路由选择信息共享机制，为被路由
协议提供支持 •路由选择协议消息在路由器之间移动 •使路由器之间可以传达路由更新和维护路由选择表
•RIP,IGRP,EIGRP,OSPF
可路由与被路由协议
❖在一个被路由网络中，IP地址和网络掩 码都是必须的。网络掩码负责分割32位 IP地址中的网络域和主机域。
▪ 对于可路由协议来说，它必须有为每一个设备分配网络号、主 机号的能力。例如IPX（网间分组交换），只要求管理员分配 一个网络号，因为此协议把主机的MAC地址作为主机号。
IP是被路由协议
❖IP是一个在Internet中使用的无连接、 不可靠、尽力传送的系统协议。
▪ 无连接的意思是不需要专用的电路连接。IP协议无论采用哪一 个路由为最佳路由，都是以路由选择协议的决定为基础。
▪ 不可靠和尽力是指IP协议尽最大努力传送分组但并不保证传送 结果。
▪ IP定义了IP分组头（包括寻址方法和其他控制信息）的格式。
分组在路由器中的传播和交换
❖ 当一个分组为了到达最终目的地而通过互连网络传 播时，帧头和帧尾在每个路由器设备中被剥离和替 换。
开始 在接口上接收帧
是给路由器 的数据吗？
CRC检查有效吗？
从分组移除 帧头和帧尾
从分组中提取目的地IP地址
把目的地IP地址和路由选择 表进行对比
有匹配的吗？
转发数据分组至路由选择 表项中指定的接口
为数据分组封装上一个新 的CRC尾
为数据分组封装上相应的 帧头
丢弃数据
分组要被路由吗？
在路由器上处理分组。 发送响应
路由选择表中有缺省 路由吗？
丢弃数据
转发新的数据帧
发送应答消息 “目的地不可达”
结束
IP分组的剖析
IP包头 高层数据(有效载荷)
04 8
16
31
版 本
包头 长度
服务类型
总长度
标识
标志 片偏移
生存时间 协议
头校验和
源IP地址
目的IP地址 选项（长度可变）
填充
IP路由选择协议
路由选择
路由选择 协议
使路由器能够创建路由表，以确定到达 Internet上主机的最佳路径
路由选择
就像一个分层的组织方案，允许单个的地 址结合成组并被视为一个整体单元，直到 需要用单个的地址做最后的数据传送。
路由器
维护路由选择表并确保其他路由器知道网 络拓扑中的变化。 当分组到达一个端口时，路由器用路由选 择表来决定把分组发送到哪里？
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
路由选择协议度量标准
❖路由器使用一个或多个路由选择度量标 准来决定网络流量发送的最佳路径。
路由选择与交换的区别
❖在把数据从数据源发送到目的地的过程 中路由选择和交换利用的信息是不同的。
路由选择表
路由选择表
协议类型
创建路由选择表条目 的路由选择协议的类型
重要信息
出站接口
目的地/ 下一跳
路由选择 度量标准
数据必须从这个接口被 发送以到达最终目的地
不同的路由选择协议使用 不同的路由选择度量标准
告诉路由器特定的目的地是直接相连 在路由器上还是通过另一个路由器到 达，这个位于到达最终目的地途中的 路由器叫下一跳
路由选择算法
选取最佳路由的能力
网络是可扩展的
应该很快适应各种 各样的网络变化
可扩展型 灵活性
最优化
简单性与 低开销
设计 目标
强壮型与 稳定性 快速收敛
收敛缓慢可能导致数 据不能被传送
占用CPU和存 储器开销小
在面临非正常或不 可预见的情况时还
能够运行
内部与外部路由选择协议
基于路由协议运作时与自治域系统的关系而言
内部网关 协议
外部网关 协议
单一实体管理 下的一个或多 个网络的集合
内部与外部路由选择协议
链路状态和距离矢量
链路状态
距离矢量
IGP和EGP描述路由 器之间的物理关系， 而距离矢量和链路 状态则是描述在路 由器更新方面路由 器之间是怎样相互
作用的。
使用链路状态数据库来计算通过 网络的最佳路径
采用Djikstra最短路径优先算法 OSPF，IS-IS
根据传闻进行路由选择 采用贝尔曼-福特路由选择算法
RIP，IGRP，EIGRP
路由选择协议
RIP IGRP EIGRP OSPF IS-IS BGP
子网划分
子网划分
课堂练习
学校某系分配到IP网段192.168.1.0 , 因该系有三个办公室，各办公室分别 有13、14、6台电脑，请你为该系设 计子网划分方案；绘制网络拓扑示意 图；写出路由器中路由表的设置情况。
如果因为新教师招聘的原因需要 增加电脑，请计算可能的扩展空间。
广域网
❖广域网的物理层协议描述了如何为广域网 服务提供电子的、机械的、操作上的以及 功能上的连接。
❖EIA/TIA-232和EIA/TIA-449 ❖V.24 ❖V.35 ❖G.703 ❖EIA-530
广域网
❖广域网的数据链路层协议描述了在系统之 间的单一链路上，数据帧是如何传送的。
❖为了确保使用恰当的协议，必须在路由器 上配置适当的第二层封装。协议的选择需 要根据所采用的广域网技术和通信设备确 定。
广域网
网关与路由器
❖顾名思义，网关（Gateway）就是一个网 络连接到另一个网络的“关口”。
❖网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地 址。
❖网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地 址，具有路由功能的设备有路由器、启用 了路由协议的服务器（实质上相当于一台 路由器）、代理服务器（也相当于一台路 由器）。
路由器为什么被称为网关呢 ？
❖初期的互联网中，在网络之间通过设置专用计 算机来传输IP分组信息。
❖此后随着时间的流失，路由功能逐渐由专用设 备即路由器而不是计算机来处理。
❖ 网关的英语原意是“连接两个区域的出入 口”。路由器则是用于连接不同网络的设备。
❖网关这种说法并不仅仅指路由器。比如， “VoIP网关”是指通过相互转换声音信号和IP 分组信息来连接电话网和IP网络的设备。
Contents
可路由与被路由协议 IP路由选择协议 子网划分的机制
可路由与被路由协议
❖ 可路由/被路由协议与路由选择协议有些相似，经常发生 混淆。
被路由协议
• 以寻址方案为基础，为分组从一个主机发送到另一个 主机提供充分的第3层地址信息的任何网络协议
• 定义了分组所包含的字段格式。使用路由选择表来转 发分组
• IP，IPX，AppleTalk
路由选择 协议
• 通过在设备之间提供路由选择信息共享机制，为被路由
协议提供支持 •路由选择协议消息在路由器之间移动 •使路由器之间可以传达路由更新和维护路由选择表
•RIP,IGRP,EIGRP,OSPF
可路由与被路由协议
❖在一个被路由网络中，IP地址和网络掩 码都是必须的。网络掩码负责分割32位 IP地址中的网络域和主机域。
▪ 对于可路由协议来说，它必须有为每一个设备分配网络号、主 机号的能力。例如IPX（网间分组交换），只要求管理员分配 一个网络号，因为此协议把主机的MAC地址作为主机号。
IP是被路由协议
❖IP是一个在Internet中使用的无连接、 不可靠、尽力传送的系统协议。
▪ 无连接的意思是不需要专用的电路连接。IP协议无论采用哪一 个路由为最佳路由，都是以路由选择协议的决定为基础。
▪ 不可靠和尽力是指IP协议尽最大努力传送分组但并不保证传送 结果。
▪ IP定义了IP分组头（包括寻址方法和其他控制信息）的格式。
分组在路由器中的传播和交换
❖ 当一个分组为了到达最终目的地而通过互连网络传 播时，帧头和帧尾在每个路由器设备中被剥离和替 换。
开始 在接口上接收帧
是给路由器 的数据吗？
CRC检查有效吗？
从分组移除 帧头和帧尾
从分组中提取目的地IP地址
把目的地IP地址和路由选择 表进行对比
有匹配的吗？
转发数据分组至路由选择 表项中指定的接口
为数据分组封装上一个新 的CRC尾
为数据分组封装上相应的 帧头
丢弃数据
分组要被路由吗？
在路由器上处理分组。 发送响应
路由选择表中有缺省 路由吗？
丢弃数据
转发新的数据帧
发送应答消息 “目的地不可达”
结束
IP分组的剖析
IP包头 高层数据(有效载荷)
04 8
16
31
版 本
包头 长度
服务类型
总长度
标识
标志 片偏移
生存时间 协议
头校验和
源IP地址
目的IP地址 选项（长度可变）
填充
IP路由选择协议
路由选择
路由选择 协议
使路由器能够创建路由表，以确定到达 Internet上主机的最佳路径
路由选择
就像一个分层的组织方案，允许单个的地 址结合成组并被视为一个整体单元，直到 需要用单个的地址做最后的数据传送。
路由器
维护路由选择表并确保其他路由器知道网 络拓扑中的变化。 当分组到达一个端口时，路由器用路由选 择表来决定把分组发送到哪里？
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
路由选择协议度量标准
❖路由器使用一个或多个路由选择度量标 准来决定网络流量发送的最佳路径。
路由选择与交换的区别
❖在把数据从数据源发送到目的地的过程 中路由选择和交换利用的信息是不同的。
路由选择表
路由选择表
协议类型
创建路由选择表条目 的路由选择协议的类型
重要信息
出站接口
目的地/ 下一跳
路由选择 度量标准
数据必须从这个接口被 发送以到达最终目的地
不同的路由选择协议使用 不同的路由选择度量标准
告诉路由器特定的目的地是直接相连 在路由器上还是通过另一个路由器到 达，这个位于到达最终目的地途中的 路由器叫下一跳
路由选择算法
选取最佳路由的能力
网络是可扩展的
应该很快适应各种 各样的网络变化
可扩展型 灵活性
最优化
简单性与 低开销
设计 目标
强壮型与 稳定性 快速收敛
收敛缓慢可能导致数 据不能被传送
占用CPU和存 储器开销小
在面临非正常或不 可预见的情况时还
能够运行
内部与外部路由选择协议
基于路由协议运作时与自治域系统的关系而言
内部网关 协议
外部网关 协议
单一实体管理 下的一个或多 个网络的集合
内部与外部路由选择协议
链路状态和距离矢量
链路状态
距离矢量
IGP和EGP描述路由 器之间的物理关系， 而距离矢量和链路 状态则是描述在路 由器更新方面路由 器之间是怎样相互
作用的。
使用链路状态数据库来计算通过 网络的最佳路径
采用Djikstra最短路径优先算法 OSPF，IS-IS
根据传闻进行路由选择 采用贝尔曼-福特路由选择算法
RIP，IGRP，EIGRP
路由选择协议
RIP IGRP EIGRP OSPF IS-IS BGP
子网划分
子网划分
课堂练习
学校某系分配到IP网段192.168.1.0 , 因该系有三个办公室，各办公室分别 有13、14、6台电脑，请你为该系设 计子网划分方案；绘制网络拓扑示意 图；写出路由器中路由表的设置情况。
如果因为新教师招聘的原因需要 增加电脑，请计算可能的扩展空间。
广域网
❖广域网的物理层协议描述了如何为广域网 服务提供电子的、机械的、操作上的以及 功能上的连接。
❖EIA/TIA-232和EIA/TIA-449 ❖V.24 ❖V.35 ❖G.703 ❖EIA-530
广域网
❖广域网的数据链路层协议描述了在系统之 间的单一链路上，数据帧是如何传送的。
❖为了确保使用恰当的协议，必须在路由器 上配置适当的第二层封装。协议的选择需 要根据所采用的广域网技术和通信设备确 定。
广域网
网关与路由器
❖顾名思义，网关（Gateway）就是一个网 络连接到另一个网络的“关口”。
❖网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地 址。
❖网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地 址，具有路由功能的设备有路由器、启用 了路由协议的服务器（实质上相当于一台 路由器）、代理服务器（也相当于一台路 由器）。
路由器为什么被称为网关呢 ？
❖初期的互联网中，在网络之间通过设置专用计 算机来传输IP分组信息。
❖此后随着时间的流失，路由功能逐渐由专用设 备即路由器而不是计算机来处理。
❖ 网关的英语原意是“连接两个区域的出入 口”。路由器则是用于连接不同网络的设备。
❖网关这种说法并不仅仅指路由器。比如， “VoIP网关”是指通过相互转换声音信号和IP 分组信息来连接电话网和IP网络的设备。