第7章路由器原理-1

什么叫路由？路由就是將從一個接口接收到的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個接口的過程。路由器完成兩個主要功能：

選徑

·根據(jù)目標地址和路由表內(nèi)容，進行路徑選擇轉(zhuǎn)發(fā)

·根據(jù)選擇的路徑，將接收到的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)到另一個接口（輸出口）路由的必要條件該路由器是否已經(jīng)激活IP協(xié)議（或其他協(xié)議）？目標網(wǎng)絡是否學到？

－在路由表中嗎？

－當前有效否？

－哪個出口為最優(yōu)的路徑?

※最低度量值的路徑優(yōu)先

※可以有多條度量值相等的路徑IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，所有TCP、UDP、ICMP及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸。IP地址被我們稱為網(wǎng)絡邏輯地址，用來唯一的標識一臺網(wǎng)絡設備。IP地址與MAC地址的關系是，MAC地址被我們稱為物理地址。是廠家出廠設置的地址一般不做更改，IP地址與MAC地址是通過ARP協(xié)議進行解析對應的。IP協(xié)議IP地址IP地址是32位無符號整數(shù)，例如1.1.1.1。我們可以把IP地址分為五類。ClassA:ClassB:ClassC:ClassD:ClassE:NetworkHostHostHostNetworkNetworkHostHostNetworkNetworkNetworkHost8bits8bits8bits8bits1---126128---191240---255224---239192---223地址的第一個字節(jié)(十進制)組播地址科研用1ClassA:Bits:0NNNNNNNHostHostHost891617242532Range(1-126)1ClassB:Bits:10NNNNNNNetworkHostHost891617242532Range(128-191)1ClassC:Bits:110NNNNNNetworkNetworkHost891617242532Range(192-223)1ClassD:Bits:1110MMMMMulticastGroupMulticastGroupMulticastGroup891617242532Range(224-239)IP地址分類私有地址A類：10.0.0.01至0.255.255.255B類：172.16.0.0至172.31.255.255C類：192.168.0.0至192.168.255.255主機數(shù)的計算：2N-2，N是主機號的位數(shù)主機號全0表示網(wǎng)絡號主機號全1表示廣播1721600255255002552552550IP

AddressDefault

Subnet

Mask8-bit

Subnet

MaskNetworkHostNetworkHostNetworkSubnetHost“/16”表示子網(wǎng)掩碼有16位.“/24”表示子網(wǎng)掩碼有24位.

11111111

111111110000000000000000子網(wǎng)掩碼1 0 0 0 0 0 0 0 = 1281 1 0 0 0 0 0 0 = 1921 1 1 0 0 0 0 0 = 2241 1 1 1 0 0 0 0 = 2401 1 1 1 1 0 0 0 = 2481 1 1 1 1 1 0 0 = 2521 1 1 1 1 1 1 0 = 2541 1 1 1 1 1 1 1 = 255128 64 32 16 8 4 2 1十進制和二進制的轉(zhuǎn)換16網(wǎng)絡主機172001010110011111111101011000001000011111111000100000000000000000000101000000000000000000000缺省情況下子網(wǎng)未劃分00000010172.16.2.160

255.255.0.0網(wǎng)絡號缺省情況下的子網(wǎng)掩碼擴展了8位地址的網(wǎng)絡16網(wǎng)絡主機172.16.2.160

255.255.255.017220101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000000000000000000000000010子網(wǎng)網(wǎng)絡號128192224240248252254255利用子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)網(wǎng)絡主機172.16.2.160

255.255.255.192101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010子網(wǎng)擴展了10位地址的網(wǎng)絡161722128網(wǎng)絡號128192224240248252254255128192224240248252254255利用子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)的作用172.16.2.1172.16.3.10172.16.12.1210.1.1.110.250.8.1110.180.30.118E1172.161212網(wǎng)絡主機..網(wǎng)絡端口172.16.0.010.0.0.0E0E1路由表172.16.2.110.6.24.2E0172.16.2.200172.16.2.2172.16.2.160172.16.2.1172.16.3.5172.16.3.100172.16.3.150E0172.16網(wǎng)絡網(wǎng)絡端口172.16.0.0172.16.0.0E0E1路由表

2160主機..172.16.3.1E1子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)的作用172.16.2.200172.16.2.2172.16.2.160172.16.2.1172.16.3.5172.16.3.100172.16.3.150172.16.3.1E0E1172.162160網(wǎng)絡主機..網(wǎng)絡端口172.16.2.0172.16.3.0E0E1路由表子網(wǎng)子網(wǎng)地址ClassAddressareaStateA0.0.0.0Reserve1.0.0.0到126.0.0.0Usable10.0.0.0-10.255.255.255Private127.0.0.0Reserve127.0.0.1HostloopB128.0.0.0到191.254.0.0Usable191.255.0.0Reserve172.16.0.0-172.31.255.255PrivateC192.0.0.0Reserve192.0.1.0到223.255.254.0Usable192.168.0.0-192.168.255.255Private223.255.255.0ReserveD224.0.0.0到239.255.255.255Multicast224.0.0.1Allhost224.0.0.2Allrouter224.0.0.4AllDVMRProuter224.0.0.5AllOSPFrouter224.0.0.6AllOSPFDR(DesignatedRouter)224.0.0.9AllRIPv2router224.0.0.10AllEIGRProuter224.0.0.13AllPIMrouterE240.0.0.0到255.255.255.254Reserve255.255.255.255Broadcast4比特版本4比特IHL8比特服務類型16比特總長度16比特標識3比特標識13比特分段偏移8比特生存期TTL8比特協(xié)議16比特校驗和32比特源地址32比特目的地址選項數(shù)據(jù)IP報頭源IP地址（SourceIPAddress）----本字段為源端計算機的IP地址。目標IP地址（DestinationIPAddress）----本字段為目標計算機的IP地址。填充字段（Padding）----為確保IP報頭總是32比特的整倍數(shù)，本字段填充進額外的0。IP報頭(續(xù))路由的概念就是將個不同子網(wǎng)的IP,進行轉(zhuǎn)發(fā)通信。路由有兩個功能:

尋路:在路由表中找目的子網(wǎng)的路由條目。

轉(zhuǎn)發(fā):將源數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康木W(wǎng)絡。路由路由(續(xù))靜態(tài)路由手工配置，無開銷，配置簡單，需人工維護，適合簡單拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡。動態(tài)路由協(xié)議路由協(xié)議自動發(fā)現(xiàn)的路由，開銷大，配置復雜，無需人工維護，適合復雜拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡。路由的信息O172.16.8.0[110/20]via172.16.7.9，00:00:23，Serial0O——路由怎么學來的（OSPF）172.16.8.0——目標網(wǎng)絡（或子網(wǎng)）[110——管理距離（路由的可信度）

/20]——量度值（路由的可到達性）via172.16.7.9——下一跳地址（下一個路由器）00:00:23——路由的存活的時間（時分秒）Serial0——出站接口管理距離?管理距離可以用來選擇采用哪個IP路由協(xié)議?管理距離值越低，學到的路由越可信

—靜態(tài)配置路由優(yōu)先于動態(tài)協(xié)議學到的路由

—采用復雜量度的路由協(xié)議優(yōu)先于簡單量度的路由協(xié)議各種路由協(xié)議管理距離值路由源缺省管理距離

ConnectedInterface0Staticrouteoutaninterface0Staticroutetoanexttop1ExternalBGP20OSPF110IS-IS115RIPV1，V2120InternalBGP200Unkown255路由決策最長匹配；路由的管理距離。管理距離越小，路由越優(yōu)先；管理距離一樣，就比較路由的度量值。越小越優(yōu)先；路由度量值一樣的路由，可以選中多個路徑。路由協(xié)議分類是否支持無類路由

—有類路由協(xié)議：RIPv1—無類路由協(xié)議：RIPv2,OSPF,IS-IS,BGPv4路由算法

—距離矢量路由協(xié)議（距離向量算法）：RIP—鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（最短路徑優(yōu)先算法）：IS-IS，OSPF網(wǎng)絡管理機構(gòu)

—IGPs：RIP，OSPF，IS-IS等

—EGPs：BGPv4IP地址危機A類和B類地址構(gòu)成了75%的IPv4地址空間，但只有少數(shù)公司和組織能夠分配到一個A類或B類網(wǎng)絡號。C類網(wǎng)絡比A類和B類網(wǎng)絡號要多得多，但它們僅僅占了可能的40億個（232）IP地址的12.5%，如下圖所示。IP地址危機不幸的是C類地址只能容納254臺主機，根本不能滿足那些不能獲得A類或B類地址的大的公司或組織的需要。即使有了更多的A類、B類和C類地址，太多的網(wǎng)絡地址也將會使Internet路由器在巨大路由表的重壓下癱瘓。即使采用了子網(wǎng)劃分技術，IP編址的有類別系統(tǒng)最終也不能很好地擴張來高效的處理全球?qū)nternet連接的需求。IP地址危機有類：就是指按類別劃分為A、B、C、D、E類的地址劃分方式，稱為IP編址的有類別系統(tǒng)。即使采用了子網(wǎng)劃分系統(tǒng)，該系統(tǒng)最終也不能很好的擴展來高效的處理全球?qū)nternet連接的需求。我們需要考慮兩個問題：

1．剩余的尚未分配的Ipv4網(wǎng)絡地址的耗盡問題。

2．由于Internet的發(fā)展，Internet的路由表的大小在迅速大量的增加。隨著更多的C類地址加入到Internet上，新網(wǎng)絡信息的大量充斥威脅到Internet路由器的處理能力。無類別域間路由路由器采用被稱為無類別域間路由（CIDR：classlessinterdomainrouting）的IPv4編址形式，它將忽略傳統(tǒng)地址類別。CIDR于1993年在RFC1517、1518、1519和1520中被引入，并且在1994年開始實施。它通過下面的特性在很大程度上提高了IPv4的可擴展性和效率：用更靈活和更少浪費的無類別地址方案代替了有類別編址；加強了路由聚合，這也稱為超網(wǎng)或路由匯總；超網(wǎng)是一種用子網(wǎng)掩碼將若干個相鄰的連續(xù)的網(wǎng)絡地址組合成單個網(wǎng)絡地址的方法。注意在有類別系統(tǒng)（標準分類）中，路由器通過地址的前幾位的類別位識別網(wǎng)絡地址的類別，然后根據(jù)這個類別來識別地址的網(wǎng)絡字節(jié)和主機字節(jié)。而使用了CIDR的路由器則用按位掩碼來決定網(wǎng)絡地址的網(wǎng)絡部分和主機部分，而不再受限于八位點分方式。路由聚合和超網(wǎng)1通過用位掩碼代替地址類別來判定地址的網(wǎng)絡部分，CIDR使路由器能夠聚合或者匯總路由信息，從而能夠縮小路由器中路由表的大小。換句話說，只用一個地址和掩碼的組合就可以表示多個網(wǎng)絡的路由條目。如果沒有CIDR和路由聚合，路由器就必須為同一個網(wǎng)絡維護多個獨立的路由條目；而使用了CIDR編址以后，只要為特定網(wǎng)絡維護一條路由條目就可以了。路由聚合和超網(wǎng)2表1的陰影部分表示了根據(jù)類別規(guī)則代表網(wǎng)絡號的16個比特。有類別路由協(xié)議強制用這16個比特來處理B類網(wǎng)絡地址。因為這8個網(wǎng)絡號的前16個比特是唯一的，所以有類別路由器將看到8個不同的網(wǎng)絡，從而必須為每個網(wǎng)絡生成一個路由表條目。然而，實際上這8個網(wǎng)絡確實是有共同的比特的。由表2所示，這8個網(wǎng)絡地址的前13個比特相同。于是，CIDR兼容路由器能用13個比特的前綴來匯總這8個網(wǎng)絡的路由。而且，只有這8個網(wǎng)絡共有這些比特。

路由聚合和超網(wǎng)3若要用十進制形式來表示這個前綴，則這個地址的其他部分用0來填補，并且用13比特的子網(wǎng)掩碼與它配對：10101100000110000000000000000000=172.24.0.011111111111110000000000000000000=255.248.0.0這樣，單個地址和掩碼172.24.0.0/13就定義了一個無類別前綴，該前綴匯總了到這8個網(wǎng)絡的路由。通過使用前綴地址來匯總路由，能夠使路由表條目更易于管理。下面是匯總后路由的好處：提高了路由選擇的效率；當重新計算路由表或當檢索路由表條目以試圖找到匹配條目時，降低了所需的CPU周期數(shù)；降低了對路由器內(nèi)存的要求什么是超網(wǎng)超網(wǎng)（supernetting）是一種用某個比特掩碼將多個有類別網(wǎng)絡組合成單個網(wǎng)絡地址的方法。超網(wǎng)和路由聚合是同一過程的不同名稱。但是，當被聚合的網(wǎng)絡是在共同的管理控制下時，更常用超網(wǎng)這個術語。超網(wǎng)是從網(wǎng)絡掩碼的網(wǎng)絡部分取出比特位，而子網(wǎng)的劃分是從子網(wǎng)掩碼的主機部分取出比特位。超網(wǎng)和路由聚合實質(zhì)上是子網(wǎng)劃分的逆過程。由于A類和B類地址空間實際上已幾乎被耗盡，使得大量的公司或組織只能向他們的供應商請求多個C類網(wǎng)絡地址。如果公司能夠獲得一個連續(xù)的C類網(wǎng)絡地址，那么就可以使用超網(wǎng)技術是的地只能以一個大網(wǎng)絡或者超網(wǎng)的形式出現(xiàn)。超網(wǎng)和地址分配1假設XYZ公司需要為400臺主機分配IP地址。在傳統(tǒng)的有類別編制系統(tǒng)下，該公司需要向中心Internet地址授權機構(gòu)申請一個B類地址。如果該公司獲得這個B類地址，并用它為一個有400臺主機的邏輯組編址，那將浪費數(shù)以萬計的地址。XYZ公司的第二個選擇是申請兩個C類網(wǎng)絡號，得到508（2×254）個主機地址。這種方法的缺點是XYZ公司將不得不在自己的邏輯網(wǎng)絡間提供路由服務。Internet路由器也必須為該公司的網(wǎng)絡維護兩條路由條目而不僅僅是一條。在無類別編址體系下，超網(wǎng)使得XYZ公司在不浪費地址或者不必要的增大路由表大小的情況下獲得它所需要的地址空間。

超網(wǎng)和地址分配2應用CIDR后，該公司只需向他的InternetISP而不必像諸如IANA的中心授權機構(gòu)申請地址塊。ISP評估XYZ公司的需求，從它自己的大CIDR地址塊中分配地址空間給XYZ公司，并由他們負責管理無類別體系中的地址空間。在這種體系中，Internet路由器只維持一條到提供商的匯總路由或者叫超網(wǎng)路由，而提供商則維持著到它客戶網(wǎng)絡的更加具體的路由。這種方法極大的減小了Internet路由表的大小。超網(wǎng)和地址分配例子XYZ公司得到了兩個連續(xù)的C類地址，207.21.54.0和207.21.55.0查看下表中的公共部分，就會發(fā)現(xiàn)這些網(wǎng)絡地址有著共同的23比特前綴：

11001111000101010011011網(wǎng)絡號碼第1個字節(jié)第2個字節(jié)第3個字節(jié)第4個字節(jié)207.21.54.01100111000101010011011000000000207.21.55.01100111000101010011011100000000207.21.0.0/16XYZInternet服務提供商207.21.54.0/23因特網(wǎng)超網(wǎng)和地址分配圖例CIDR使ISP能夠?qū)B續(xù)的地址塊進行層次化的分配和管理，使IPv4的地址空間獲得如下的好處：高效的地址分配；減少路由表條目的數(shù)量?？勺冮L子網(wǎng)掩碼VLSM這里，我們討論可變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）以及如何利用它來進一步使IPv4編制的效率最大化VLSM使公司能夠在同一個網(wǎng)絡地址空間內(nèi)使用一個以上的子網(wǎng)掩碼。這種實施VLSM的做法常常稱為“子網(wǎng)化一個子網(wǎng)”，它可使編址效率最大化例，如表3所示，其中的子網(wǎng)是通過從C類地址207.21.24.0的主機部分借用3個比特所生成的子網(wǎng)可變長子網(wǎng)掩碼VLSM該掩碼將創(chuàng)建7個可用子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可有30臺主機。這些子網(wǎng)中的4個可用于為公司在遠程廠點A、B、C、D的辦事處分配地址，如下圖所示場點A場點B場點C場點D207.21.24.0/27207.21.24.64/27207.21.24.32/27207.21.24.96/27不幸的是，現(xiàn)在只剩下3個子網(wǎng)掩碼可用于將來的擴展，但還必須為4個場點之間的WAN鏈路提供地址。若將余下的3個子網(wǎng)地址分配到WAN鏈路中，那么劃分子網(wǎng)所得到的地址將完全耗盡。這種編址方案也將浪費超過三分之一的可用地址空間

可變長子網(wǎng)掩碼VLSM在過去的20年里，網(wǎng)絡工程師們已經(jīng)發(fā)出了3宗關鍵策略來為點對點WAN鏈路高效地編址：使用VLSM使用私有地址（RFC1918）使用無編號IP（IPunnumbered）將VLSM應用到編址問題時，它將地址分成不同大小的組——可變大小的子網(wǎng)。大的子網(wǎng)用于為LAN編址，而很小的子網(wǎng)則可以用在WAN鏈路以及其他特殊情況

可變長子網(wǎng)掩碼VLSM用一個30比特的掩碼可生成一個只有兩個有效主機地址的子網(wǎng)，而這恰好是點對點連接所需要的地址數(shù)量。下圖顯示了如何用這種方法對剩下的3個子網(wǎng)中的一個進行進一步的子網(wǎng)劃分207.21.24.224/27子網(wǎng)7207.21.24.192/27子網(wǎng)6207.21.24.160/27子網(wǎng)5207.21.24.128/27子網(wǎng)4207.21.24.96/27子網(wǎng)3207.21.24.64/27子網(wǎng)2207.21.24.32/27子網(wǎng)1207.21.24.0/27子網(wǎng)0子網(wǎng)地址子網(wǎng)號207.21.24.220/30子網(wǎng)-子網(wǎng)7207.21.24.216/30子網(wǎng)-子網(wǎng)6207.21.24.212/30子網(wǎng)-子網(wǎng)5207.21.24.208/30子網(wǎng)-子網(wǎng)4207.21.24.204/30子網(wǎng)-子網(wǎng)3207.21.24.200/30子網(wǎng)-子網(wǎng)2207.21.24.196/30子網(wǎng)-子網(wǎng)1207.21.24.192/30子網(wǎng)-子網(wǎng)0子網(wǎng)地址子網(wǎng)號可變長子網(wǎng)掩碼VLSM用這種方法對子網(wǎng)207.21.24.192/27再進行子網(wǎng)劃分，可提供另外8個點對點網(wǎng)絡的地址范圍。例如，網(wǎng)絡207.21.24.192/30可用來給場點A和B之間的路由器的點對點串行鏈路分配地址，如下圖所示。207.21.24.32/27場點A場點B207.21.24.192/30利用VLSM為點對點鏈路分配地址有類別和無類別路由協(xié)議有類別路由協(xié)議無類別路由協(xié)議RIPv1RIPv2IGRPEIGRPEGPOSPFBGP3IS-ISBGP4在使用變長子網(wǎng)掩碼的網(wǎng)絡中，為了使路由器之間能正確地更新，它們必須在路由更新消息中發(fā)送掩碼信息。如果在路由信息中沒有發(fā)送子網(wǎng)信息，那么路由器將只能使用有類別的地址和它們自己的子網(wǎng)掩碼。只有忽略有類別地址規(guī)則并采用無類別前綴的路由協(xié)議才能正確運用VLSM一道測試題60Host25Host60Host120Host在文本框內(nèi)填入相應的掩碼的位數(shù)掩碼位數(shù)：/24