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1、第第6章章 路由协议路由协议6.1路由表路由表简介路由表是路由器中路由条目项的集合，这个路由表中包含有路由器掌握的目的网络地址以及通过此路由器可以到达这些网络的最佳路径，如某个接口或下一跳的地址，正是由于路由表的存在，路由可以依据它进行转发。6.1.2 路由表结构1路由来源v路由来源表示路由条目项的产生来源，说明该路由条目项是从何而来的，在路由条目中用第一项标识。2目标网络地址v目的地址用来指明目标IP包的网络地址或目的网络。v网络掩码与目的地址一起来标识目的主机或路由器所在网段的地址。3管理距离和代价v用来指明该条路由的可信程度以及目标网络的代价（即花费）v管理距离是用于不同路由来源之间的比
2、较，而代价是同一路由来源不同路径之间的比较 常见的管理距离值 路由信息源默认管理距离Connected（直接路由）0Stztic（静态路由）1EIGRP90IGRP100OSPF110RIP120EGP140外部EIGRP170未知/不可信任的255管理距离 路由代价 4下一跳v标明被路由的数据包将被送到的下一跳路由器的入口IP地址。5输出接口v指明去往目标网络的数据包从本地路由器的哪个接口送出。路由表匹配过程和原则进行匹配查找的原则就是选择具有最长(最精确)的子网掩码。这就是所谓的最长掩码匹配原则。只有当没有任何路由条目匹配待路由数据包时，路由才会采用最后一条路由条目网络号和掩码位全为0的路
3、由，该路由称缺省路由，也就是任何一个目的IP地址都可以匹配成功的路由。6.2路由协议的分类v路由选择协议（Routing Protocol）：用来建立和维护路由表，并按照到达数据包的目的地址的最佳路径转发数据包。v被路由协议（Routed Protocol）：亦称为网络层协议。用来将数据和网络层地址信息一起封装在数据包中，目的是它可以通过互连网络进行中继传输。v路由选择协议和被路由协议区别：路由选择协议简称为路由协议，路由协议负责学习最佳路径并转发，而被路由协议根据最近路径将来自上层的信息封装在IP包里传输；被路由协议在网络中被路由，例如IP、IPX、AppleTalk、Novell NetW
4、are、OSI等，而路由选择协议是实现路由算法的协议，简单地说，它给网络协议做导向，路由选择协议如：OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、EGP、BGP等。6.2.1 直连路由、动态路由和静态路由1直连路由直连路由是路由器自动发现并安装的路由信息，即直连路由不需进行配置维护。2动态路由动态路由是网络中的路由器之间相互通信、传递路由信息、利用收到的路由信息更新路由表的过程。3静态路由静态路由是由网络管理员在路由表中设置的固定的路由条目 直连路由、动态路由和静态路由6.2.2 内部网关协议（内部网关协议（IGP）和外部网关协议（）和外部网关协议（EGP）v根据是否在一个自治系统（Autonomo
5、us System，AS）内部使用，路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。v这里的自治系统指具有统一管理机构、统一路由策略的网络。Internet由一系列的自治系统组成，各个自治系统经核心路由连接主干网。每个自治系统一般是一个组织实体（比如公司、ISP等）内部的网络与路由器结合。v在一个自治系统内部运行的路由协议称为内部网关协议IGP（Interior GateWay Protocol），目前最流行的是RIP协议、OSPF协议等，这些协议没有一个是占主导地位的，但是RIP可能是最常见的IGP协议。v用于不同自治系统之间的路由协议称为外部网关协议EGP（Exterior G
6、ateway Protocol）。外部网关协议起着连接不同自治区域并在各个自治区域间转发路由数据包的桥梁作用。典型的外部网关协议是边界网关路由协议BGP（Border Gateway Protocol）。内部网关协议和外部网关协议 6.2.3 距离矢量、链路状态路由选择协议1距离矢量路由选择协议距离向量路由选择协议基于距离矢量的路由算法，也称贝尔曼-福特算法。距离矢量路由选择协议计算网络中所有链路的向量（即什么方向）和距离（有多远）。它是为小型网络环境设计的，在大型网络环境下，这类协议在学习路由及保持路由时将产生较大的流量，占用过多的带宽。距离向量路由协议在使用跳数作为度量值，来计算到达目的地
7、要经过的路由器数。基于距离矢量路由选择算法的路由协议包括RIP、IGRP等。2链路状态路由选择协议链路状态路由选择协议基于链路状态路由选择算法，也称为最短路径优先算法SPF（Shortest-path fast）。它在路由选择过程中使用“代价”作为度量单位，而一般作为代价的网络参数有速度、费用、可靠性等。链路状态路由选择协议定时重新发现整个网络或是路由器所在的部分网络。此类协议基于拓扑数据库来建立路由表。该数据库是根据所在的路由器之间传递的链路状态数据包建立起来的，用以描述网络状态。基于链路状态的路由选择算法就是使用此数据库建立路由选择表。基于链路状态路由选择算法的路由协议包括OSPF、IS-
8、IS等。链路状态路由选择协议工作流程 6.2.4 有类路由和无类路由1有类路由协议v有类路由协议的特点是发送路由更新包的时候不携带路由条目的子网掩码。v有类路由协议包括RIPv1、IGRP等 2无类路由协议v无类路由协议的特点是发送路由更新包的时候携带自己的子网掩码信息。v无类路由协议包括RIPv2、EIGRP、OSPF、IS-IS等。6.3 静态路由配置静态路由配置1静态路由简介静态路由（Static route）是由管理员在路由器中手动配置的固定路由，路由明确地指定了数据包到达目的地必须经过的路径，除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。2静态路由的配置命令ip route|v和分别
9、为目的IP地址和子网掩码，点分十进制格式；v为该路由器的输出接口名称和接口号；v为下一跳的IP地址，点分十进制格式；v为路由优先级，取值范围为1255，preference的值越小优先级越高。3配置实例（1）路由器RA的配置v在路由器RA上指定凡是目的地址是网段的数据包将由RA的串行接口Serial 0/2（简写为S0/2）发送出去。具体配置方法如下，在全局配置模式下进行配置。v方法一：RouterA_config#ipv方法二：RouterA_config#ip route 192.168.30.0 255.255.255.0 S0/3（2）路由器RB的配置v在路由器RB上指定凡是目的地址是
10、网段的数据包将由RA的串行接口Serial 0/2（简写为S0/2）发送出去。具体配置方法如下，在全局配置模式下进行配置。v方法一：RouterB_config#ipv方法二：RouterB_config#ip route 192.168.10.0 255.255.255.0 S0/2（3）配置检查缺省路由配置路由器A上配置命令如下：v方法一：RouterA_config#ip route 0.0.0.0 v方法二：RouterA_config#ip route 0.0.0.0 S0/2v其中，方法一称地址缺省路由，0.0.0.0 代表未知网络，即任何无法判断的网络地址，是Internet的入
11、口路由接口地址。方法二称接口缺省路由，在网络目标未知下，用S0/2指定数据包的出口。路由器B上配置命令如下：v方法一：RouterB_config#ip route 0.0.0.0 v方法二：RouterB_config#ip route 0.0.0.0 S0/2 路由器RA路由表信息 6.4 RIP协议6.4.1 RIP概述vRIP属于典型的距离向量路由选择协议。vRIP以到目的网络的最小跳数作为路由选择度量标准，而不是在链路的带宽和延迟的基础上进行选择。vRIP的跳数计数限制为16跳，16跳即表示不可达，这限制了网络的规模。vRIPV1是一种有类路由协议，不支持不连续子网设计；而RIPV2
12、是一种无类路由协议。vRIP周期进行路由更新，将路由表广播给邻居路由器，广播周期为30秒。vRIP的管理距离为120。vRIP使用非常广泛，它简单、可靠、便于配置，但是只适用于小型的同构网络。RIP封装结构 6.4.2 RIP路由表形成过程1路由表的初始状态2路由表的更新3路由表的收敛6.4.3 路由自环问题及解决方法1路由自环问题的产生2常用的路由环路解决技术（1）定义最大值（2）水平分割（3）路由中毒（也称为路由毒化）（4）反向中毒（也称为毒化逆转）（5）控制更新时间（即抑制计时器hold down）（6）触发更新（triggered update）3RIP的计时器（1）更新计时器（Upd
13、ate Timer）30秒（2）失效计时器（Invalid Timer）180秒（3）清空（Flushed）计时器270秒（4）抑制计时器（Hold down Timer）180秒6.4.4 RIP配置1RIP常用配置命令路由器RA配置如下。RouterA_config#router ripRouterA_configRouterA_config路由器RB配置如下。RouterB_config#router rip RouterB_configRouterB_config路由器RC配置如下。RouterC_config#router rip RouterC_configRouterC_conf
14、ig2RIP诊断命令（1）命令：show ip rip（2）命令：show ip protocol（3）命令：debug ip rip6.5 OSPF协议6.5.1 OSPF概述vOSPF是open shortest path first（开放最短路由优先协议）的缩写。v它是IETF(Internet Engineering Task Force，Internet工程任务组)组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议的典型代表。用于在单一自治系统(autonomous system,AS)内决策路由。与RIP相对，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离向量路由协议。链路是路由器接口的另一种说
15、法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。OSPF特性如下v适应范围：支持各种规模的网络，最多可支持几百台路由器；同时OSPF也支持可变长子网掩码VLSM；v快速收敛：在网络的拓扑结构发生变化后立即发送更新报文，使这一变化在自治系统中同步,当网络拓外改变后迅速收敛，协议带来的网络开销很小；v无自环：由于ospf 根据收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由，从算法本身保证了不会生成自环路由；v区域划分：允许自治系统的网络被划分成区域来管理，从而减少了占用的网络带宽；v等价路由：支持到同一目的地址的多条等价路由；v路由分级：使用4 类不同的路由，按优先顺序来说分别是：区域内路由、区域间路由、第一类
16、外部路由、第二类外部路由；v支持验证：支持基于接口的报文验证以保证路由计算的安全性，也可以防止对路由器、路由协议的攻击行为；同时OSPF数据包直接封装于IP协议之上（使用协议号89）；v组播发送：支持组播地址（对所有DR/BDR路由器的组播地址为，对所有的非DR/BDR路由器的组播地址为）；同时OSPF并不是周期性地广播路由表，节省了宝贵的带宽资源；并且OSPF数据包的TTL值被设为1，即OSPF数据包只能被传送到1跳范围之内的邻居路由器。6.5.2 OSPF协议的基本术语1路由器标识(Router ID)2邻居（Neighbors）3邻接（Adjacency）4指定路由器（DR）5备份指定路
17、由器（BDR）6非指定路由器（DRother）7OSPF链路状态数据库(Link-StateDatabase)6.5.3 OSPF数据包类型1OSPF数据包类型编号类型用途1HELLO报文发现邻居、维持邻居关系、选举DR/BDR2数据库描述报文交换链路状态数据库LSA头3链路状态请求请求一个指定的LSA数据细节4链路状态更新发送被请求的LSA数据包5链路状态确认对链路状态更新包的确认2OSPF数据包头部结构6.5.4 5种类型的OSPF数据包1Hello数据包vHello数据包是编号为1的OSPF数据包。v运行OSPF协议的路由器每隔一定时间发送一次Hello数据包，用以发现、保持邻居（Nei
18、ghbors）关系并可以选举DR/BDR。2链路状态数据库描述据包v 链路状态数据库描述数据包（DataBase Description,DBD）是编号为2的OSPF数据包。该数据包在链路状态数据库交换期间产生。它的主要作用有三个：v选举交换链路状态数据库过程中的主/从关系。v确定交换链路状态数据库过程中的初始序列号。v交换所有的LSA数据包头部。3链路状态请求数据包v链路状态请求数据包（LSA-RED）是编号为3的OSPF数据包。v该数据包用于请求在DBD交换过程发现的本路由器中没有的或已过时的LSA包细节 4链路状态更新数据包v链路状态更新数据包（LSA-Update）是编号为4的OSPE
19、数据包。v该数据包用于将多个LSA泛洪，也用于对接收到的链路状态更新进行应答。如果一个泛洪LSA没有被确认，它将每隔一段时间（缺省是5秒）重传一次。5链路状态确认数据包v链路状态确认数据包（LSA-Acknowledgement）是编号为5的OSPF数据包。v该数据包用于对接收到的LSA进行确认。6.5.5 LSA数据包作为一种链路状态的路由协议，OSPF将链路状态广播数据包LSA（Link State Advertisement）传送给在某一区域内的所有路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器。LSA数据包类型 编号类型生
20、成描述和传递范围1路由器LSA每个路由器生成描述了路由器的链路状态和花费，传递到整个区域2网络LSA由DR生成描述本网段的链路状态，传递到整个区域3网络汇总LSA由ABR生成描述到区域内某一网段的路由，传递到相关区域4ASBR汇总LSA由ASBR生成描述了到ASBR的路由，传递到相关区域。5AS扩展LSA由ASBR生成描述了到AS外部的路由，传递到整个ASLSA头 6.5.6 OSPF的网络类型1点到点2广播3非广播多路访问4点到多点5点到多点非广播介介质类质类型型寻寻址址DB/DBRDB/DBR手工手工设设置置邻邻居居HelloHello时间时间（秒）（秒）死亡死亡间间隔隔时间时间（秒）（秒
21、）点到点组播否否1040广播组播是否1040非广播多路访问单播手工指定是30120点到多点组播否否30120点到多型非广播单播否是301205种类型的介质特性表 6.5.7 OSPF协议工作过程第一步：建立路由器的邻接关系v所谓“邻接关系”（Adjacency）是指OSPF路由器以交换路由信息为目的，在所选择的相邻路由器之间建立的一种关系。v路由器首先发送拥有自身ID信息（Loopback端口或最大的IP地址）的Hello报文。与之相邻的路由器如果收到这个Hello报文，就将这个报文内的ID信息加入到自己的Hello报文内。v如果路由器的某端口收到从其他路由器发送的含有自身ID信息的Hello
22、报文，则它根据该端口所在网络类型确定是否可以建立邻接关系。v在点对点网络中，路由器将直接和对端路由器建立起邻接关系，并且该路由器将直接进入到第三步操作：发现其他路由器。若为非广播多路访问网络,该路由器将进入选举步骤。第二步：选举DR/BDRv不同类型的网络选举DR和BDR的方式不同。v非广播多路访问网络支持多个路由器，在这种状况下,OSPF需要建立起作为链路状态和LSA更新的中心节点。选举利用Hello报文内的ID和优先权(Priority)字段值来确定。优先权字段值大小从0到255，优先权值最高的路由器成为DR。如果优先权值大小一样，则ID值最高的路由器选举为DR，优先权值次高的路由器选举为
23、BDR。优先权值和ID值都可以直接设置。第三步：发现路由器v在这个步骤中，路由器与路由器之间首先利用Hello报文的ID信息确认主从关系，然后主从路由器相互交换部分链路状态信息。每个路由器对信息进行分析比较，如果收到的信息有新的内容，路由器将要求对方发送完整的链路状态信息。这个状态完成后，路由器之间建立完全相邻关系，同时邻接路由器拥有自己独立的、完整的链路状态数据库。v在非广播多路访问网络内，DR与BDR互换信息，并同时与本子网内其他路由器交换链路状态信息。v点对点或点到多点网络中，相邻路由器之间交换信息。第四步:选择适当的路由器v当一个路由器拥有完整独立的链路状态数据库后，它将采用SPF算法
24、计算并创建路由表。OSPF路由器依据链路状态数据库的内容，独立地用SPF算法计算出到每一个目的网络的路径，并将路径存入路由表中。vOSPF利用量度（Cost）计算目的路径，Cost最小者即为最短路径。在配置OSPF路由器时可根据实际情况，如链路带宽、时延或经济上的费用设置链路Cost大小。Cost越小，则该链路被选为路由的可能性越大。第五步：维护路由信息v当链路状态发生变化时，OSPF通过泛洪过程通告网络上其他路由器。OSPF路由器接收到包含有新信息的链路状态更新报文，将更新自己的链路状态数据库，然后用SPF算法重新计算路由表。在重新计算过程中，路由器继续使用旧路由表，直到SPF完成新的路由表
25、计算。新的链路状态信息将发送给其他路由器。值得注意的是，即使链路状态没有发生改变，OSPF路由信息也会自动更新，默认时间为30分钟。OSPF路由器之间使用链路状态通告(LSA)来交换各自的链路状态信息，并把获得的信息存储在链路状态数据库中。各OSPF路由器独立使用SPF算法计算到各个目的地址的路由。6.5.8 OSPF区域v区域内路由器（Inter Area Router,IAR）。如图6.39中的路由器RA、RB、RC、RE、RF、RG、RI、RK。一个区域内路由器的所有接口都在同一个区域中，该路由器负责维护本区域内部路由器之间的链路状态数据库。v骨干（主干）路由器：位于区域0内的路由器被称
26、为骨干路由器。骨干路由器可以是区域内路由器，也可以是区域边界路由器。如图6-36中的路由器RD、RE、RF、RG、RH。v区域边界路由器（Area Bouter Router,ABR）。该路由器处于两个区域的交界处。一台路由器若在两个及以上的区域内都有接口，则此路由器称为ABR.如图6-36中的路由器RD、RH。区域边界路由器拥有所连接的区域的所有链路状态数据库并负责在区域之间发送LSA更新消息。v自治系统边界路由器（nonymous System Border Router,ASBR）。该路由器处于自治系统边界，负责和自治系统外部交换路由信息。如图6-36中的路由器RJ。6.5.9 OSPF
27、单区域的配置（1）启用OSPF路由器协议进程路由器RA启用OSPF路由器协议进程命令如下：RouterA_config#router ospf 100 其中100表示本地OSPF协议进程号，只具有本地意义。在同一台路由器上运行多个OSPF协议实例时，OSPF协议进程代号用于区别不同的OSPF协议进程。同理路由器RB、RC的配置命令格式相同。（2）声明OSPF协议的路由器接口IP地址和子网地址声明OSPF协议的路由器接口IP地址和子网地址命令格式如下：RouterA_config_ ospf_100#network 10.1.1.0 255.255.255.0 area 0 RouterA_co
28、nfig_ ospf_100#network 10.1.2.0 255.255.255.0 area 0其中，第一个地址代表网络号，第二个地址代表OSPF通配符掩码。0表示OSPF区域号。同理，路由器RB、RC的配置如下：RouterB_config_ ospf_100#network 10.1.2.0 255.255.255.0 area 0 RouterB_config_ ospf_100#network 10.1.3.0 255.255.255.0 area 0 RouterC_config_ ospf_100#network 10.1.3.0 255.255.255.0 area 0 RouterC_config_ ospf_100#network 10.1.4.0 255.255.255.0 area 0