Routing Protocols and Concepts – Chapter 1 路由和数据报的转发 Routing Protocols and Concepts – Chapter 1

目标 了解路由器是带操作系统的计算机，而且还有专为路由器处理而设计的硬件 尝试配置设备及应用地址. 了解路由表结构. 了解路由器如何决定路径和数据报的交换

索引 1.1 路由器内部构造 1.2 CLI 配置和编址 1.3 建立路由表 1.4 路径的确定与交换功能 1.5 路由器配置实验

1.1 路由器内部构造

1.1.1路由器是计算机 路由器的基本组件 路由器是网络组成的中心 -CPU RAM ROM 操作系统 -路由器通常用于两种连接: -WAN 连接 (连接到ISP) -LAN 连接

1.1.1路由器是计算机 路由器检查数据报的目的IP地址，有助于确定最佳路径添加到路由表中

1.1.2 路由器的 CPU 和存储器 路由器的组成及功能 CPU – 执行操作系统的指令 随机访问存储器 (RAM) – RAM中内容断电丢失 运行操作系统: 运行配置文件: IP 路由表: ARP 缓存: 数据包缓存区: 只读存储器 (ROM) – 保存开机自检软件. ，存储路由器的启动引导程序 bootstrap 指令 基本的自检软件 迷你版 IOS. 非易失 RAM (NVRAM) – 存储启动配置. 这包括IP地址，路由协议，主机名 闪存– 运行操作系统 (Cisco IOS) Interfaces – 拥有多种物理接口用于连接网络.接口类型举例:

1.1.2路由器的 CPU 和存储器 路由器组件 路由器软件 Internetwork Operating System （IOS）

1.1.3 Internetwork Operating System 思科路由器所应用的操作系统被称为 Internetwork Operating System (IOS).

1.1.4 路由器启动步骤 路由器启动的主要步骤 定位加载启动配置文件或进入配置模式 -启动程序搜寻配置文件 检测路由器硬件 Power-On Self Test (POST) 执行引导装入程序 定位加载 Cisco IOS 软件 -定位 IOS -加载 IOS 定位加载启动配置文件或进入配置模式 -启动程序搜寻配置文件

1.1.4路由器启动步骤 验证路由器启动过程: -show version 命令用于查看路由器在启动过程中的信息。信息包括: 平台的 model number 镜像名称 和IOS 版本 只读存储器中的引导程序版本 镜像文件名及存储路径 接口的类型及编号 NVRAM的容量 flash的容量 配置寄存器的值

1.1.4路由器启动步骤

1.1.5 路由器接口 路由器管理接口： 路由器物理接口使得路由器接受或发送数据包 每个接口连接到一个独立的网络 Console 口 Auxiliary 口 路由器物理接口使得路由器接受或发送数据包 每个接口连接到一个独立的网络 路由器外部由各种插孔和插座组成 接口类型: -以太网 -快速以太网 -串口 -DSL -ISDN -Cable

1.1.5路由器接口 两组主要的路由器接口 局域网接口: 被用来连接局域网 拥有二层mac地址 可被分配三层IP地址 通常由 RJ-45接口组成 广域网接口 用于连接外部网络. 依靠广域网技术, 可应用二层地址. 使用三层地址

1.1.6 路由器和网络层 路由器和网络层 路由器借助目的IP地址转发数据包 路由表决定数据包的路径. 确定最佳路径 包被封装成帧 帧通过媒介以比特流的形式排列

1.1.6路由器和网络层 Routers Operate at Layers 路由器接收一串编码比特流 比特流被解码后传至二层 路由器解压缩数据帧 保留数据包传至第三层 -在这层检测目的IP地址决定路由路径 数据包被压缩封装送至出口

1.2 CLI 的配置和编址

1.2.1 执行最基本的编址方案 在设计新网络或规划现有网络时，请将网络记录下来。至少要绘制一幅指示物理连接的拓扑图，以及一张列出以下信息的地址表： 设备名称 接口使用规划 IP地址和子网掩码 设备的默认网关地址，例如PC机

1.2.2 基本的路由器配置 基本的路由器配置

1.2.2基本的路由器配置 执行基本的编址方案

1.2.2基本的路由器配置 检验基本的路由配置 -使用 show running-config 命令 -存储路由器基本配置 copy running-config startup-config -其他检验路由器的命令: Show running-config – 显示当前随机访问存储器中的配置 Show startup-config – 显示NVRAM中的配置文件 Show IP route – 现实路由表 Show interfaces – 显示所有接口的配置信息 Show IP int brief -显示接口的简要信息

1.3 建立路由表

1.3.1 路由表介绍 路由表存储在 RAM 中，包含以下信息: 建立路由表的三种途径: 直连网络 – 一个设备连接到另一个路由器接口时会出现 远程网络连接 – 这个网络并非直接连接到某一台路由器 网络的详细信息 包括源信息, 网络地址和子网掩码, 下一条路由的IP地址 建立路由表的三种途径: 直连路由 –直接连到路由器上的网络 静态路由 –管理员手工构建路由表 动态路由 –路由器之间动态学习到的路由表

1.3.2 直连网络 Show ip route 用于查看路由表

现实中的路由表

1.3.2直连网络 添加一个直连网络到路由表 直连路由出现在路由表的条件 接口应该 up up. IP 地址通过接口分配.

现实中的路由

1.3.3 静态路由 路由表中的静态路由 何时使用静态路由 -包含: 网络地址和子网掩码 以及路由下一跳IP地址或出接口 -在路由表中用S标出 -在静态或动态路由被使用之前，路由表中必须包含与远程网络相关的直连路由 何时使用静态路由 -路由器较少 -唯一外连出口 -星型拓扑

1.3.3静态路由

现实世界的静态路由

1.3.4 动态路由 动态路由协议 自主网络探索 -向路由表中添加远程网络 -探索网络 -更新和维护路由表 -通过共享路由表信息路由器能探索到新的网络

1.3.4动态路由 维护路由表 IP routing protocols. 常见的路由协议: -动态路由协议用来共享路由信息 维护更新自身的路由表 IP routing protocols. 常见的路由协议: -RIP -IGRP -EIGRP -OSPF

1.3.5 路由表原理 路由表的原则 -3 条法则: 每台路由器根据其自身路由表中的信息独立作出决策. 一台路由器的路由表中包含某些信息并不表示其它路由器也包含相同的信息 有关两个网络之间路径的路由信息并不能提供反向路径（即返回路径）的路由信息.

1.3.5路由表原理 ？ 1: 2: 3: ？

1.4 路径的确定和交换功能

1.4.1 数据包字段与数据帧字段 IP数据包字段提供关于数据包发送和接受主机的信息 对于学习CCNA的同学要掌握以下几个部分: -版本号和生存周期 -IP 包头长度 -优先级和服务类型 -数据包长度

1.4.1数据包字段与数据帧字段 MAC 子层帧格式 MAC 帧字段包括: -报头 -起始定界符 -目的 MAC 地址 -源 MAC地址 -类型/长度 -数据和填充体 -帧校验序列

1.4.2 最佳路径和度量值 Metric是一个数值，用以确定到达目的地的最佳路径 Metrics 可以是一个简单的变量也可以是有多个变量符合而成 路由协议有两种Metric : -跳数 -带宽 Metric（度量）越小路由越优先 Metric（度量）越小路由越优先

1.4.3 等价负载均衡 等价 metric 是同样的目的地有多条等价路径 等价负载均衡解决这个问题. 路由器通过多个出口发送数据包

1.4.4 确定路径 包转发包括两个功能: 通过以下三个方法之一确定结果: 找出最佳路径 送到外出接口 -Directly Connected Network 直接通过本路由器接口转发数据包到主机 -Remote Network 转发数据包到下一跳路由器 -No Route Determined 丢弃该数据包并报告差错

1.4.5交换功能 路由器的交换功能把数据包从一个接口转到另一个接口 -当数据包到达路由器将做以下处理: 剥离二层帧头. 根据目的IP地址选出最佳路由. 将数据包重新封装成帧. 将帧转发出去. 一个数据包从一台网络设备到另一台 -源和目的IP地址在过程中不会改变 -包在路由器之间传输其源和目的2层地址地址将随之变化 next.（二层地址不一定总是MAC地址） -TTL值每经过一跳减1

1.4.5 交换功能 Step1- PC1 将 IP 数据包封装成以太网帧，并将其目的 MAC 地址设为 R1 FastEthernet 0/0 接口的 MAC 地址

1.4.5交换功能 Step2(1)- R1 发现帧的目的mac地址是自己的mac地址 Step2(2-3)- R1 剥离以太网帧后检测目的IP地址.

1.4.5交换功能 Step2(4)- R1 在路由表中寻找目的 IP地址.

1.4.5交换功能 Step2(5)- R1 查询下一跳IP地址，更新目的地址从新封装成帧 After finding destination IP in routing table, R1 now looks up next hop IP address. R1 re-encapsulates IP packet with a new Ethernet frame. R1 forwards Ethernet packet out Fa0/1 interface.

1.4.5交换功能 Step2(6)- R3 将以太网数据包从接口 Fa0/0转发出去

1.4.5交换功能 Step3(1)- R2发现帧的目的mac地址是自己的mac地址 Step3(2-3)- R2 剖离以太网帧头 检测目的ip地址

1.4.5交换功能 Step3(4)- R2在路由表中寻找目的 IP地址

1.4.5交换功能 Step3(4)- R2更新目的地址从新封装成帧

1.4.5交换功能 Step3(5)- R2将以太网数据包从接口 S0/0转发出去

1.4.5交换功能 Step4(1)- R3 接受 PPP 帧 Step4(2-3)- R3 剥离 PPP 帧 检测目的 IP地址 R3 receives PPP frame and R3 then strips off PPP frame

1.4.5交换功能 Step4(4)- R3在路由表中寻找目的 IP地址

1.4.5交换功能 Step4(5)- R3 的快速以太口直接连接到目的，更新目的地址从新封装成帧. R3 re-encapsulates IP packet with a new Ethernet frame R3 forwards Ethernet packet out Fa0/0 interface

1.4.5交换功能 Step5- IP 数据包到达 PC2. 帧被剥离后继续检测上层协议

1.5 路由器配置实验

总结 路由器和计算机通过网络发送数据. 路由器组件: -硬件. CPU, 存储器, 系统总线, 接口 -软件 IOS 配置文件 路由器基本配置: -主机名 -路由器标语 -口令 -接口配置也就是IP地址和子网掩码 路由表包括以下信息 -直连网络 -远程网络 -网络地址和子网掩码 -下一跳IP地址

总结 路由器确定包的路径经过以下几步： 接收二层帧确定其目的地址. 检测目的IP地址. 若路由表中有相应路由条目，路由器将其封装成帧后将其送往下一个目的. 过程将持续到数据包到达目的. 注意 – 只有 MAC 地址才改变源和目的地址 IP 地址不会变.