计算机三级网络技术 之 四.路由设计技术基础

4.1 基础环节

4.1.1 路由选择

一.初识路由器

        路由器（Router）是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。

二.分组转发

        分组转发是指路由器转发IP分组的物理传输过程。一台主机通常是与一台路由器相连接，这台路由器则为默认路由器，也叫第一跳或者缺省（sheng）路由器。

分组转发的分类：

· 直接转发：同一网络                · 间接转发：不同网络

分组转发示意图

三.路由选择算法分类

        静态路由选择算法：其路由信息是网络管理人员手工配置的，且需要网络管理人员手工修改路由表项，以适应网络的拓扑结构变化或网络链路状态的变化。

        动态路由选择算法：其路由信息是通过相互连接的路由器彼此之间交换路由信息，然后按照一定的算法计算并优化而得出的，同时为适应不断变化的网络，还需要在一定时间间隙对这些路由信息不断更新，以及时获得最优的路径选择效果。

4.1.2 路由汇聚

        无类域间路由协议（CIDR），支持通过子网划分的相反过程来汇聚路由表项。

        无类域间路由协议使用网络前缀法表示路由表的表项，具体路由表的项目表示由“网络前缀”和“下一跳地址”两项内容组成。路由选择变为从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由的过程。职责就是“最长前缀匹配”的路由选择规则。

路由汇聚示意图

4.1.2 路由汇聚习题***

一.选择题

211.168.15.192/26 => 211.168.15.1100 0000/26

211.168.15.160/27 => 211.168.15.1010 0000/27

211.168.15.160/27 => 211.168.15.1000 0000/27

①先聚合 /27 的两个 => /26；②再聚合 /26 的两个 => /25

则：① 211.168.15. 1010 0000/27

            211.168.15. 1000 0000/27        => 211.168.15.1000 0000/26

        ②211.168.15. 1000 0000/26

            211.168.15. 1100 0000/26        => 211.168.15.1000 0000/25 = 211.168.15.128/25

202.113.79.0/27 => 202.113.79.0000 0000/27

202.113.79.32/27 => 202.113.79.0010 0000/27

202.113.79.64/26 => 202.113.79.0100 0000/26

①先聚合 /27 的两个 => /26；②再聚合 /26 的两个 => /25

则：① 202.113.79. 0000 0000/27

            202.113.79. 0010 0000/27        => 202.113.79.0000 0000/26

        ②202.113.79. 0000 0000/26

            202.113.79. 0100 0000/26        => 202.113.79.0000 0000/25 = 202.113.79.0/25

32-25=7

经过聚合过的IP地址数为 2^7-2=128-2=126

202.111.15.128/28 => 202.111.15.1000 0000/28

202.111.15.144/28 => 202.113.79.0010 0000/28

202.111.15.160/28 => 202.113.79.0100 0000/28

①先聚合 /27 的两个 => /26；②再聚合 /26 的两个 => /25

则：① 202.111.15. 1000 0000/28

            202.111.15. 1001 0000/28        => 202.111.15.1000 0000/27

        ② 202.111.15. 0100 0000/27       

            202.111.15. 1000 0000/28        => /27 和 /28 无法聚合

32-27=5        32-28=4

经过聚合过的IP地址数为 2^5-2=32-2=30

                                        2^4-2=16-2=14        => 30+14=44

二.填空题

61. 172.0.147.194 => 172.0.147.1100 0010

      172.0.147.193 => 172.0.147.1100 0001 => 172.0.147.1100 0000 => 172.0.147.192 / 30

62. 172.0.147.197 => 172.0.147.1100 0101

      172.0.147.198 => 172.0.147.1100 0110 => 172.0.147.1100 0100 => 172.0.147.196 / 30

63.172.0.147.163 => 172.0.147.1010 0011

     172.0.147.161 => 172.0.147.1010 0001

     172.0.147.162 => 172.0.147.1010 0010

若聚合成172.0.147.160/30，则能分配的主机号有2^2-2=2个，故错误。

借位172.0.147.160/29，则能分配的主机号有2^3-2=6个>3个，成立。

64.172.0.147.145 => 172.0.147.1001 0001

     172.0.147.144 => 172.0.147.1001 0000

     172.0.147.146 => 172.0.147.1001 0010

若聚合成172.0.147.144/30，则能分配的主机号有2^2-2=2个，故错误。

借位172.0.147.144/29，则能分配的主机号有2^3-2=6个>=3个，成立。

但172.0.147.144已被使用，故继续借位172.0.147.144/28，已被使用，

继续借位172.0.147.128/27，未被使用，成立。

注意：1.判断主机号数量是否满足要求>=3；

           2.检查端口是否已经被使用，若已经被使用则继续借位；

65.172.0.0010 0000.0

     172.0.0010 0001.0

     172.0.0010 0010.0

     172.0.0010 0011.0        => 172.0.0010 0000.0 / 22 => 172.0.32.0 / 22

66.172.0.0100 0000.0

     172.0.0100 0001.0

     172.0.0100 0010.0

     172.0.0100 0011.0        => 172.0.0100 0000.0 / 22 => 172.0.64.0 / 22

4.2 实训环节

4.2.1 自治系统与Internet的路由选择协议

一.自治系统

        Internet采用分层的路由协议，将整个Internet划分成许多较小的自治系统。自治系统包括两方面的内容：

        · 自治系统内部的路由器了解内部网络的全部路由信息。

        · 自治系统内部的路由器要向主路由器报告内部路由信息。

        路由选择协议：内部网关协议（RIP/OSPF）和外部网关协议（BGP）。

二.路由信息协议

        RIP（路由信息协议）是一种分布式、基于距离向量的内部网关协议。适用于小型同类型网络的一个自治系统内的路由信息的传递。它使用“跳数”来衡量到达目标地址的路由距离。

4.2.2 内部网关协议（RIP，路由信息协议,Routing Information Protocal）

一.RIP的原理

        路由刷新报文主要内容是由若干个（V,D）组成的表。

        V：表示该路由器可以达到的目的网络或者目的主机；

        D：对应该路由上的“跳数”。

RIP规定，路由器每30秒向外广播一个（V,D）报文（周期性）。

RIP规定，一条有限的路径长度不得超过15。

二.RIP的工作过程

（1）接受路由表和原表比较是否有更新项。

（2）最短路径原则。

例题：

R1收到R2后：0 4 4 2 2

            R2为：0 5 4 3 2        -> 故20.0.0.0和40.0.0.0距离不变        故选C

4.2.3 内部网关协议（OSPF，开放最短路径协议，Open Source Path First）

一.OSPF协议概述

        OSPF是开放最短路径优先（Open Source Path First）协议，也是内部网关协议的一种，它的出现是为了解决RIP协议中的不足。开放式最短路径优先协议主要用于在自治系统（AS）内部路由器之间传输路由信息，也是属于内部网关协议。

二.OSPF的特点

（1）OSPF协议使用分布式链路状态协议，而RIP使用的是距离向量协议（使用距离或跳数来确定传输路径）；

（2）OSPF协议要求路由器发送的信息是本路由器与哪些路由器相连，以及链路状态的度量。链路状态“度量”主要是指费用、距离、延时、带宽等。

（3）OSPF协议要求当链路状态发生变化时用“洪泛法”向所有路由器发送此信息，而RIP仅向自己相邻的几个路由器发送交换路由信息；

（4）OSPF协议的路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有路由器最终都会建立一个链路状态数据库，也就是全网拓扑结构图；

（5）为了适应规模很大的网络，并使更新过程收敛的更快，OSPF协议将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域；

（6）在一个OSPF区域内部的路由器不知道其他区域的网络拓扑；

（7）每个区域有一个32位区域表示法（用点分十进制表示），在一个区域内的路由器数不超过200个。

注意：OSPF协议的运行过程：（1）路由器的初始化（2）网络运行（洪泛法向全网更新链路状态）

4.2.4 外部网关协议（BGP，边界网关协议，Border Gateway Protocol）

一.BGP协议主要特征：

（1）BGP也称边关网关协议（又称为外部网关协议），是在AS之间传递路由信息以及控制优化路由信息。

（2）BGP是一种“路径矢量”路由协议，BGP-4采用了路由向量路由协议，与RIP、OSPF有很大区别。

（3）为了保证BGP的可靠传输，BGP发言人之间交换信息需要先建立TCP连接：通过TCP的可靠传输机制、重传、排序等机制来保证BGP消息报文传输的可靠性。

（4）BGP支持CIDR和路由聚合，可以将一些连续的子网聚合合成较大的子网（图片了标准分类地址限制），从而可以在一定程度上控制路由表的快速增长，并降低了路由查找的复杂度。

（5）与IGP不同，BGP最重要的特性是丰富的路由属性以及强大的路由过滤和路由策略。通过使用路由策略等方法来更改路由属性，或根据路由更新信息中的属性来实现路由过滤和路由策略，从而使BGP的使用者可以非常灵活地对路由进行选路和控制。

（6）BGP协议交换路由信息的节点数是以自治系统数为单位的。

二.BGP路由选择协议工作过程

（1）边缘路由器初始化

（2）BGP路由协议四种分组

        · 打开（Open）分组：用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系。

        · 更新（Update）分组：用来发送某一路由信息，以及列出要撤销的多条路由。路由信息发生变化时，分组通知相邻自治系统（AS）。

        · 保活（Keepalive）分组：用来确认打开报文和周期性（30秒）地证实相邻边界路由器的存在。

        · 通知（Notification）分组：用来发送检测到的差错。