1、專題專題4路由器原理路由器原理近十年來，隨著計算機網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，大型互聯(lián)網(wǎng)絡（如近十年來，隨著計算機網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，大型互聯(lián)網(wǎng)絡（如Inter）的迅猛發(fā)展，）的迅猛發(fā)展，路由技術在網(wǎng)絡技術中已逐漸成為關鍵部分，路由器也隨之成為最重要的網(wǎng)絡設備。路由技術在網(wǎng)絡技術中已逐漸成為關鍵部分，路由器也隨之成為最重要的網(wǎng)絡設備。1、網(wǎng)絡互連、網(wǎng)絡互連把自己的網(wǎng)絡同其它的網(wǎng)絡互連起來，從網(wǎng)絡中獲取更多的信息和向網(wǎng)絡發(fā)布自己的消息，把自己的網(wǎng)

2、絡同其它的網(wǎng)絡互連起來，從網(wǎng)絡中獲取更多的信息和向網(wǎng)絡發(fā)布自己的消息，是網(wǎng)絡互連的最主要的動力。網(wǎng)絡的互連有多種方式，其中使用最多的是網(wǎng)橋互連和路由器互是網(wǎng)絡互連的最主要的動力。網(wǎng)絡的互連有多種方式，其中使用最多的是網(wǎng)橋互連和路由器互連。連。1.11.1網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡網(wǎng)橋工作在網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀（模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀（frame）的轉發(fā)，主要目的是）的轉發(fā)，主要目的是在連接

3、的網(wǎng)絡間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來判斷一個在連接的網(wǎng)絡間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來判斷一個幀是否應轉發(fā)和轉發(fā)到哪個端口。幀中的地址稱為幀是否應轉發(fā)和轉發(fā)到哪個端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或地址或“硬件硬件”地址，一般就是網(wǎng)卡所地址，一般就是網(wǎng)卡所帶的地址。帶的地址。網(wǎng)橋的作用是把兩個或多個網(wǎng)絡互連起來，提供透明的通信。由于網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)幀上進行網(wǎng)橋的作用是把兩個或多

4、個網(wǎng)絡互連起來，提供透明的通信。由于網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)幀上進行轉發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡（相同或相似結構的數(shù)據(jù)幀）轉發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡（相同或相似結構的數(shù)據(jù)幀），如以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)，如以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)與令牌環(huán)（與令牌環(huán)（tokenring）之間的互連。）之間的互連。網(wǎng)橋擴大了網(wǎng)絡的規(guī)模，提高了網(wǎng)絡的性能，給網(wǎng)絡應用帶來了方便，在以前的網(wǎng)絡中，網(wǎng)橋擴大了網(wǎng)絡的規(guī)模，提高了網(wǎng)絡的性能，給網(wǎng)絡應用帶來了方便，在以前的網(wǎng)

5、絡中，網(wǎng)橋的應用較為廣泛。但網(wǎng)橋互連也帶來了不少問題：一個是廣播風暴，第二個問題是，當與網(wǎng)橋的應用較為廣泛。但網(wǎng)橋互連也帶來了不少問題：一個是廣播風暴，第二個問題是，當與外部網(wǎng)絡互連時，網(wǎng)橋會把內(nèi)部和外部網(wǎng)絡合二為一，成為一個網(wǎng)，雙方都自動向對方完全開外部網(wǎng)絡互連時，網(wǎng)橋會把內(nèi)部和外部網(wǎng)絡合二為一，成為一個網(wǎng)，雙方都自動向對方完全開放自己的網(wǎng)絡資源。放自己的網(wǎng)絡資源。1.21.2路由器互連網(wǎng)絡路由器互連網(wǎng)絡路由器工作在路由器工作在OSI

6、模型中的第三層，即網(wǎng)絡層。路由器利用網(wǎng)絡層定義的模型中的第三層，即網(wǎng)絡層。路由器利用網(wǎng)絡層定義的“邏輯邏輯”上的網(wǎng)絡上的網(wǎng)絡地址（即地址（即IP地址）來區(qū)別不同的網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)絡的互連和隔離，保持各個網(wǎng)絡的獨立性。路由地址）來區(qū)別不同的網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)絡的互連和隔離，保持各個網(wǎng)絡的獨立性。路由器不轉發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)首先被送到器不轉發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡的數(shù)

7、據(jù)首先被送到路由器，再由路由器轉發(fā)出去。路由器，再由路由器轉發(fā)出去。IP路由器只轉發(fā)路由器只轉發(fā)IP分組，把其余的部分擋在網(wǎng)內(nèi)（包括廣播）分組，把其余的部分擋在網(wǎng)內(nèi)（包括廣播），從而保持各個網(wǎng)絡具有相，從而保持各個網(wǎng)絡具有相對的獨立性，這樣可以組成具有許多網(wǎng)絡（子網(wǎng)）互連的大型的網(wǎng)絡。由于是在網(wǎng)絡層的互連，對的獨立性，這樣可以組成具有許多網(wǎng)絡（子網(wǎng)）互連的大型的網(wǎng)絡。由于是在網(wǎng)絡層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網(wǎng)絡，只要網(wǎng)絡層運行

8、的是路由器可方便地連接不同類型的網(wǎng)絡，只要網(wǎng)絡層運行的是IP協(xié)議，通過路由器就可互連起來。協(xié)議，通過路由器就可互連起來。網(wǎng)絡中的設備用它們的網(wǎng)絡地址（網(wǎng)絡中的設備用它們的網(wǎng)絡地址（TCP／IP網(wǎng)絡中為網(wǎng)絡中為IP地址）互相通信。地址）互相通信。IP地址是與硬地址是與硬件地址無關的件地址無關的“邏輯邏輯”地址。路由器只根據(jù)地址。路由器只根據(jù)IP地址來轉發(fā)數(shù)據(jù)。地址來轉發(fā)數(shù)據(jù)。一般網(wǎng)絡通信只能在具有相同網(wǎng)絡號的一般網(wǎng)絡通信只能在具有相同網(wǎng)絡

9、號的IP地址之間進行，要與其它地址之間進行，要與其它IP子網(wǎng)的主機進行通子網(wǎng)的主機進行通信，則必須經(jīng)過同一網(wǎng)絡上的某個路由器或網(wǎng)關（信，則必須經(jīng)過同一網(wǎng)絡上的某個路由器或網(wǎng)關（gateway）出去。不同網(wǎng)絡號的）出去。不同網(wǎng)絡號的IP地址不能地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。2、路由原理、路由原理當IP子網(wǎng)中的一臺主機發(fā)送子網(wǎng)中的一臺主機發(fā)送IP分組給同一分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺主

10、機時，它將直接把子網(wǎng)的另一臺主機時，它將直接把IP分組分組送到網(wǎng)絡上，對方就能收到。而要送給不同送到網(wǎng)絡上，對方就能收到。而要送給不同IP于網(wǎng)上的主機時，它要選擇一個能到達目的子網(wǎng)于網(wǎng)上的主機時，它要選擇一個能到達目的子網(wǎng)上的路由器，把上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負責把分組送給該路由器，由路由器負責把IP分組送到目的地。如果沒有找到這分組送到目的地。如果沒有找到這樣的路由器，主機就把樣的路由器，主機就把IP分組送給一個稱

11、為分組送給一個稱為“缺省網(wǎng)關（缺省網(wǎng)關（defaultgateway）”的路由器上。的路由器上。路由器轉發(fā)路由器轉發(fā)IP分組時，只根據(jù)分組時，只根據(jù)IP分組目的分組目的IP地址的網(wǎng)絡號部分，選擇合適的端口，把地址的網(wǎng)絡號部分，選擇合適的端口，把IP分組送出去。同主機一樣，路由器也要判定端口所接的是否是目的子網(wǎng)，如果是，就直接把分組送出去。同主機一樣，路由器也要判定端口所接的是否是目的子網(wǎng)，如果是，就直接把分組通過端口送到網(wǎng)絡上，否則，也

12、要選擇下一個路由器來傳送分組。路由器也有它的缺省網(wǎng)分組通過端口送到網(wǎng)絡上，否則，也要選擇下一個路由器來傳送分組。路由器也有它的缺省網(wǎng)關，用來傳送不知道往哪兒送的關，用來傳送不知道往哪兒送的IP分組。這樣，通過路由器把知道如何傳送的分組。這樣，通過路由器把知道如何傳送的IP分組正確轉分組正確轉發(fā)出去，不知道的發(fā)出去，不知道的IP分組送給分組送給“缺省網(wǎng)關缺省網(wǎng)關”路由器，這樣一級級地傳送，路由器，這樣一級級地傳送，IP分組最終將送到目分組

13、最終將送到目的地，送不到目的地的的地，送不到目的地的IP分組則被網(wǎng)絡丟棄了。分組則被網(wǎng)絡丟棄了。0SPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個路由器向其同一管理域的所有其它路由器是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個路由器向其同一管理域的所有其它路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些變量。利用些變量。利用0S

14、PF的路由器首先必須收集有關的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計算出到的路由器首先必須收集有關的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計算出到每個節(jié)點的最短路徑。而基于距離向量的路由協(xié)議僅向其鄰接路由器發(fā)送有關路由更新信息。每個節(jié)點的最短路徑。而基于距離向量的路由協(xié)議僅向其鄰接路由器發(fā)送有關路由更新信息。與RIP不同，不同，OSPF將一個自治域再劃分為區(qū)，相應地即有兩種類型的路由選擇方式：當將一個自治域再劃分為區(qū)，相應地即有兩種類型的路由選擇方式

15、：當源和目的地在同一區(qū)時，采用區(qū)內(nèi)路由選擇；當源和目的地在不同區(qū)時，則采用區(qū)間路由選擇。源和目的地在同一區(qū)時，采用區(qū)內(nèi)路由選擇；當源和目的地在不同區(qū)時，則采用區(qū)間路由選擇。這就大大減少了網(wǎng)絡開銷，并增加了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。當一個區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時并不影響這就大大減少了網(wǎng)絡開銷，并增加了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。當一個區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時并不影響自治域內(nèi)其它區(qū)路由器的正常工作，這也給網(wǎng)絡的管理、維護帶來方便。自治域內(nèi)其它區(qū)路由器的正常工作，這也給網(wǎng)

16、絡的管理、維護帶來方便。3.43.4BGPBGP和BGP4BGP4路由協(xié)議路由協(xié)議BGP是為是為TCP／IP互聯(lián)網(wǎng)設計的外部網(wǎng)關協(xié)議，用于多個自治域之間。它既不是基于純互聯(lián)網(wǎng)設計的外部網(wǎng)關協(xié)議，用于多個自治域之間。它既不是基于純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其它自治域的粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其它自治域的BGP交換網(wǎng)絡可達信息。各個自治域可以運行不同的內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議

17、。交換網(wǎng)絡可達信息。各個自治域可以運行不同的內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議。BGP更新信息包括網(wǎng)絡號／自更新信息包括網(wǎng)絡號／自治域路徑的成對信息。自治域路徑包括到達某個特定網(wǎng)絡須經(jīng)過的自治域串，這些更新信息通治域路徑的成對信息。自治域路徑包括到達某個特定網(wǎng)絡須經(jīng)過的自治域串，這些更新信息通過TCP傳送出去，以保證傳輸?shù)目煽啃?。傳送出去，以保證傳輸?shù)目煽啃浴?.53.5路由表項的優(yōu)先問題路由表項的優(yōu)先問題在一個路由器中，可同時配置靜態(tài)路由和一種或多種動態(tài)路

18、由。它們各自維護的路由表都在一個路由器中，可同時配置靜態(tài)路由和一種或多種動態(tài)路由。它們各自維護的路由表都提供給轉發(fā)程序，但這些路由表的表項間可能會發(fā)生沖突。這種沖突可通過配置各路由表的優(yōu)提供給轉發(fā)程序，但這些路由表的表項間可能會發(fā)生沖突。這種沖突可通過配置各路由表的優(yōu)先級來解決。通常靜態(tài)路由具有默認的最高優(yōu)先級，當其它路由表表項與它矛盾時，均按靜態(tài)先級來解決。通常靜態(tài)路由具有默認的最高優(yōu)先級，當其它路由表表項與它矛盾時，均按靜態(tài)路由轉發(fā)

19、。路由轉發(fā)。4、路由算法、路由算法路由算法在路由協(xié)議中起著至關重要的作用，采用何種算法往往決定了最終的尋徑結果，路由算法在路由協(xié)議中起著至關重要的作用，采用何種算法往往決定了最終的尋徑結果，因此選擇路由算法一定要仔細。通常需要綜合考慮以下幾個設計目標：因此選擇路由算法一定要仔細。通常需要綜合考慮以下幾個設計目標：（1）最優(yōu)化：指路由算法選擇最佳路徑的能力。）最優(yōu)化：指路由算法選擇最佳路徑的能力。（2）簡潔性：算法設計簡潔，利用最少的軟件

20、和開銷，提供最有效的功能。）簡潔性：算法設計簡潔，利用最少的軟件和開銷，提供最有效的功能。（3）堅固性：路由算法處于非正常或不可預料的環(huán)境時，如硬件故障、負載過高或操作失誤時，）堅固性：路由算法處于非正?；虿豢深A料的環(huán)境時，如硬件故障、負載過高或操作失誤時，都能正確運行。由于路由器分布在網(wǎng)絡聯(lián)接點上，所以在它們出故障時會產(chǎn)生嚴重后果。最好都能正確運行。由于路由器分布在網(wǎng)絡聯(lián)接點上，所以在它們出故障時會產(chǎn)生嚴重后果。最好的路由器算法通常能

21、經(jīng)受時間的考驗，并在各種網(wǎng)絡環(huán)境下被證實是可靠的。的路由器算法通常能經(jīng)受時間的考驗，并在各種網(wǎng)絡環(huán)境下被證實是可靠的。（4）快速收斂：收斂是在最佳路徑的判斷上所有路由器達到一致的過程。當某個網(wǎng)絡事件引起）快速收斂：收斂是在最佳路徑的判斷上所有路由器達到一致的過程。當某個網(wǎng)絡事件引起路由可用或不可用時，路由器就發(fā)出更新信息。路由更新信息遍及整個網(wǎng)絡，引發(fā)重新計算最路由可用或不可用時，路由器就發(fā)出更新信息。路由更新信息遍及整個網(wǎng)絡，引發(fā)重新

22、計算最佳路徑，最終達到所有路由器一致公認的最佳路徑。收斂慢的路由算法會造成路徑循環(huán)或網(wǎng)絡佳路徑，最終達到所有路由器一致公認的最佳路徑。收斂慢的路由算法會造成路徑循環(huán)或網(wǎng)絡中斷。中斷。（5）靈活性：路由算法可以快速、準確地適應各種網(wǎng)絡環(huán)境。例如，某個網(wǎng)段發(fā)生故障，路由）靈活性：路由算法可以快速、準確地適應各種網(wǎng)絡環(huán)境。例如，某個網(wǎng)段發(fā)生故障，路由算法要能很快發(fā)現(xiàn)故障，并為使用該網(wǎng)段的所有路由選擇另一條最佳路徑。算法要能很快發(fā)現(xiàn)故障，并為使