第 10-1 章 IP路由（選徑協定簡介） IP 路由、Network Layer Addressing

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1 第 10-1 章 IP路由（選徑協定簡介） IP 路由、Network Layer Addressing
路由表的欄位（網路位址 、網路遮罩 、介面 、閘道 、成本 ） 路由器決定路徑的步驟 路由表的路徑種類－靜態路徑（Static Route）、動態路徑（Dynamic Route）、預設路徑 路由表的建立方式：靜態路由與動態路由 使用靜態路由建立路由表範例、Cisco 路由器設定靜態路徑的語法、預設路徑的表示法 資訊網路 第 10-1 章

2 IP 路由(IP Routing) IP 主要的功能：負責在網際網路傳遞 IP 封包 為達成傳遞封包的目的，IP 需包含兩類規格：
靜態規格： IP 封包的格式、IP 位址的規劃等 動態規格： IP 封包在網路之間傳送的方式，統稱為 IP 路由 (IP Routing) IP 路由(IP Routing)定義： 網路之間將 IP 封包傳送到目的節點的過程，稱為 IP 路由，也就是路徑的選擇（path selecting） 資訊網路 第 10-1 章

3 節點、主機與路由器 節點 (Node)： 使用 TCP / IP 協定組合的網路裝置，包含主機和路由器 主機 (Host)：
無路由功能的節點，一般配備網路卡的個人電腦，皆可視為主機 路由器 (Router)： 具有路由功能的節點 資訊網路 第 10-1 章

4 Network Layer Addressing
封包路徑判斷： 第三層 (網路層) 的功能 路由器先評估到達目的地的可用路徑，決定封包的最佳處理方式 使用網路拓樸及地圖（路由表）來選擇下一個轉運站 路由器也根據流量密集與否，及連結速度（頻寬）來做決定 路由器遞送封包的方式： 先依據目的地的網路號碼遞送封包 最後一個網路，再根據主機位址送到目的地 資訊網路 第 10-1 章

5 路由器傳送封包的範例 路由器 Network D Network C A1 A2 A3 A4 B4 A5 B5 B3 B1 B2
一路由器連接網路A、B、C與D，欲將資料從來源網路A傳到目的地網路B 當資料由網路A傳到路由器，路由器執行下列功能： 除去訊框所帶的資料鏈結層表頭（包含來源及目的地的MAC位址） 檢查網路層位址以判斷目的地網路 參考路由表，決定傳送資料介面（port） 路由器判斷由位址B5的介面傳送 從B5送出資料前，路由器會將資料重新封裝在資料鏈結層訊框 路由器 Network D Network C A1 A2 A3 A4 B4 A5 B5 B3 B1 B2 資訊網路 第 10-1 章

6 路由器的特性 路由器特性： 具有兩個 (含) 以上的網路介面，可連接多個網路， 或是直接連接到其他路由器
網路介面：所有可連接網路的裝置，例如：個人電腦上的網路卡 能解讀封包在 OSI 模型第 3 層 (網路層) 的資訊 路由器需知道封包的目的網路位址， 才能執行路由工作 具有路由表 (Routing Table) 路由器需根據路由表，判斷要將 IP 封包轉送到哪一個網路，為 IP 封包選擇最佳的路徑 注意： 除廠商製造、販售的路由器外，個人電腦只要符合上述特性，亦可視為路由器 將電腦插兩張網路卡並安裝合適的軟體，也可扮演一部路由器 資訊網路 第 10-1 章

7 路由器的功能 路由器最主要的功能：轉送 IP 封包 路徑，主要兩種資訊： 經過路由器的哪個網路介面 再送到另一部路由器或是直接送到目的節點
為能正確地轉送 IP 封包，路由器必須根據封包的目的 IP 位址，選擇一條最佳路徑 路徑，主要兩種資訊： 經過路由器的哪個網路介面 再送到另一部路由器或是直接送到目的節點 目的節點位於與路由器直接連接的網路，則不必再轉送給其他路由器，直接將 IP 封包送至目的節點即可 資訊網路 第 10-1 章

8 路由器的功能範例 A1 主機要傳送 IP 封包給 F1 主機：
R1 路由器收到 A1 的 IP 封包，根據封包的目的 IP 位址 (F1 主機的 IP 位址) ，對照 R1 本身的路由表決定其路徑 從網路組態看，將 IP 封包送至 F1 主機，R1 只有一條路徑可選擇－將封包轉送給 R2 路由器 R1 將封包從連接 B 網路的介面送出，轉交給 R2 路由器繼續下一步動作 資訊網路 第 10-1 章

9 IP 路由的過程－ A1 主機 檢視上例傳送過程： A1 主機： 若 F1 位於 A1 主機的區域網路 (即 A 網路) ：
A1 先利用 ARP 取得 F1 的 MAC 位址，以該 MAC 位址作為 資料鏈結層（Data Link）的目的位址，將封包直接送給 F1 若 F1 不在 A1 主機的區域網路： A1 根據路由表，判斷將 IP 封包送至哪一部路由器 區域網路通常只有一部路由器，即預設閘道：R1 路由器 A1 決定將 IP 封包送至 R1 後，先利用 ARP 取得 R1 連接 A 網路的網路介面 MAC 位址，直接將 IP 封包傳送給 R1 1. A1 主機 2. R1路由器 3. R2路由器 4. R3路由器 資訊網路 第 10-1 章

10 IP 路由的過程－ R1路由器 R1 路由器： 解讀 IP 封包表頭的資訊 讀取 IP 封包的目的位址（即 F1 主機 IP 位址）
存活時間等於 1，停止轉送此 IP 封包，並發出 ICMP 的錯誤訊息給 A1 若存活時間大於 1，則將存活時間減 1 讀取 IP 封包的目的位址（即 F1 主機 IP 位址） 根據 IP 封包的目的位址，及 R1 路由器的路由表，為 IP 封包選擇一條路徑 若 F1 主機位於 R1 所連接的網路 (A、B、C 網路) ，直接以 ARP 取得 F1 的 MAC 位址，將 IP 封包傳送給 F1 若 F1 主機位於遠端的網路 (未與 R1 連接的網路，如：D、E、F 網路) ，則從路由表判斷將 IP 封包轉送給哪一部路由器處理 將封包轉送給 R2 路由器，R1 用 ARP 取得 R2 路由器連接 B 網路的網路介面 MAC 位址，直接將 IP 封包傳送給 R2 資訊網路 第 10-1 章

11 IP 路由的過程 － R2路由器 & R3路由器 R2 路由器： R3 路由器： 判斷 IP 封包表頭的存活時間
讀取 IP 封包的目的位址，根據路由表將封包送給 R3 路由器，再利用 ARP 取得 R3 的 MAC 位址 將 IP 封包轉送至 R3 路由器 R3 路由器： 讀取 IP 封包的目的位址，並選擇最佳路徑 因為 F1 位於 R3 所連接的網路 (F 網路) ，R3 直接以 ARP 取得 F1 的 MAC 位址，將 IP 封包傳送給 F1 資訊網路 第 10-1 章

12 IP 封包的直接與間接傳遞 IP 封包的傳遞分為直接與間接兩種形式： 直接傳遞： 間接傳遞： IP 封包由某一節點傳送至同一網路的另一節點
直接傳遞只能在同一個網路內進行，不會通過路由器 如前例：R3 → F1 間接傳遞： IP 封包由某一節點傳送至不同網路的另一節點 間接傳遞必須先將 IP 封包轉送給適當的路由器 如前例： A1 → R1 R1 → R2 R2 → R3 資訊網路 第 10-1 章

13 路由表簡介 路由表為一個小型的資料庫： 每一筆路由紀錄，記載通往每個節點或網路路徑 使用方式：
路由器收到 IP 封包，根據 IP 封包的目的位址，更精確地說， IP 位址的網路位址（Network ID），選擇一筆合適的路由紀錄，將封包透過此紀錄指定的網路介面轉送出去 資訊網路 第 10-1 章

14 路由表的欄位 路由表的欄位：（製造廠商及規格有差異，基本有以下欄位）： 網路位址 (Network Destination)
網路遮罩 (Netmask) 介面 (Interface) 閘道 (Gateway) 成本 (Metric) 資訊網路 第 10-1 章

15 模擬一個簡化的網路環境 右圖總共有 4 個網路，假設 R1 路由器有 4 筆路由紀錄，分別記載通往這 4 個網路的路徑
以這 4 筆紀錄說明路由表各欄位的功能 資訊網路 第 10-1 章

16 路由表的欄位 －網路位址與網路遮罩 路由紀錄利用網路位址與網路遮罩欄位：
代表目的地 IP 位址的範圍，定義目的網路 R1 路由器通往 A、B、C、D 網路的路由記錄，網路位址與網路遮罩兩個欄位值如下 ： A B 前三個都是R1路由器的網路介面 C 不是R1路由器的網路介面 D 資訊網路 第 10-1 章

17 路由表的欄位 －網路位址與網路遮罩－單一主機
路由紀錄也可用來代表通往某個主機的路徑 當路由紀錄代表單一主機，網路位址欄位需填入主機的 IP 位址，網路遮罩則是 如： R1 路由器有一筆 A1 主機的路由記錄， 則網路位址與網路遮罩兩個欄位值如下： 注意： 為了節省空間，路由表的紀錄一般代表一個網路；代表單一主機的紀錄較為罕見 資訊網路 第 10-1 章

18 路由表的欄位 －介面(Interface)
介面(Interface) ：記錄路由器本身網路介面的 IP 位址 路由器有多個網路介面，每個網路介面對應一個 IP 位址，當路由器決定以某筆路由紀錄來轉送 IP 封包，會將 IP 封包從該紀錄指定的介面轉送出去 資訊網路 第 10-1 章

19 路由表的欄位 －閘道(Gateway) 閘道(Gateway) ：記錄要將 IP 封包轉送至哪一部路由器
若目的網路直接連接在此路由器，毋須再將 IP 封包轉送給其他路由器，閘道欄位填入網路介面的 IP 位址即可 例：R1 路由器通往 A、B、C 網路直接與 R1 連接，不必轉送給其他路由器，閘道欄位填入網路介面的 IP 位址 D 網路需將封包轉送給 R2 路由器，閘道欄位填入 R2 路由器連接 B 網路的網路介面位址 資訊網路 第 10-1 章

20 路由表的欄位 －成本 (Metric) 成本 (Metric、公制) ：表示路徑的成本
若有兩筆路由紀錄的網路位址與網路遮罩相同，則路由器會挑選成本最小的路徑來使用 成本通常設為到達目的網路所須經過的躍程 (Hop) 數目 躍程數目：IP 封包從來源端傳送到目的端，所經過的路由器數目 資訊網路 第 10-1 章

21 路由表的欄位 －成本範例 例：R1 路由器到 A、B、C 網路的路徑為 1 個躍程；到 D 網路則為 2 個躍程 資訊網路 第 10-1 章

22 路由表的欄位 －成本的意義 成本欄位： 對於每條路徑的加權 (Weighting) 值，路由器會優先選擇成本最小的路徑
不一定就是代表躍程數目，不同的路由協定會有不同的意義 例： OSPF (Open Shortest Path First) ： 一種動態路由協定，根據頻寬、延遲等因素計算成本欄位值 A link-state、hierarchical Interior Gateway Protocol (IGP) routing algorithm proposed as a successor to Routing Information Protocol (RIP) in the Internet community OSPF features include least-cost routing、multipath routing and load balancing. OSPF was derived from an early version of the Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS) protocol. See also Enhanced IGRP、IGP、IGRP、IS-IS and RIP. 資訊網路 第 10-1 章

23 路由器決定路徑的步驟－步驟 1 將 IP 封包目的 IP 位址與路由紀錄的網路遮罩做位元 AND 運算
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24 路由器決定路徑的步驟－步驟2~5 運算結果為 203.74.205.32與路由紀錄的網路位址比較
若二者相同，代表適合用這筆路由紀錄來轉送此 IP 封包 對每一筆路由紀錄重複第 1、2 步驟 若找不到適用的紀錄，使用預設路由，即將封包轉送預設的路由器來處理 若有多筆符合紀錄，找出網路遮罩欄位最多 1 的紀錄 網路遮罩欄位的 1 愈多，代表目的網路的規模愈小，路徑較為精確 假設符合步驟 1、2 有兩筆紀錄，則路由器會優先使用第 1 筆紀錄 找出成本最小的紀錄 成本欄位代表路徑的成本，路由器會優先選擇成本較低路徑 資訊網路 第 10-1 章

25 路由表的路徑種類 路由表的路徑種類有三種： 靜態路徑（Static Route）： 動態路徑（Dynamic Route） ： 預設路徑：
人工輸入路徑資訊 動態路徑（Dynamic Route） ： 自動偵測得知的路徑 預設路徑： 可由手動方式設定或自動偵測得知 預設路徑是每一個路由表ㄧ定會有的項目 當路由表沒有列出所要去的目的地網路，就會到預設路徑指定的位址 ㄧ般電腦的預設路徑便是預設閘道 通常位於相同網路的路由器介面的位址 資訊網路 第 10-1 章

26 靜態路徑（Static Route） －使用時機＆優缺點
靜態路徑使用時機： 只能經由一個路徑到達的網路 此網路稱為存根網路（stub network） 安全的考慮： 靜態設定不會和別人互換路徑資訊，且可隱藏部分資訊 優點： 節省網路資源 缺點： 費時且無效率： 路徑資訊更新需由網路管理員輸入新的靜態路徑 資訊網路 第 10-1 章

27 路由表的建立方式 －靜態與動態路由 路由表的建立方式有兩種： 靜態方式 (Static)： 動態方式 (Dynamic)：
由網管人員手動將路由紀錄逐一加入路由表 適用於小型且穩定的網路環境 動態方式 (Dynamic)： 由路由協定自動建立與維護路由表，無須人為輸入 多重路徑可供選擇，自動計算出最佳的路徑來傳送封包 資訊網路 第 10-1 章

28 使用靜態路由 －範例一 1 部連接兩個網路的路由器 LAN 1 與 LAN 2 的網路位址與網路遮罩如右表： R1 路由器介面如右：
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29 使用靜態路由 －範例一：1 部路由器的環境 讓 LAN 1 與 LAN 2 能夠互傳封包，需在 R1 加入以下兩筆路由紀錄：
第 1 筆紀錄可轉送目的地為 LAN 1 的 IP 封包 第 2 筆紀錄可轉送目的地為 LAN 2 的 IP 封包 資訊網路 第 10-1 章

30 使用靜態路由 －如何在路由表新增路由紀錄？
硬體路由器： 例：思科 (Cisco) 的路由器，可用 telnet 命令連上路由器，以 ip route 命令來新增路由紀錄 個人電腦作為路由器： 作業系統或軟體會提供相關的工具程式 例：Windows 2000 Server 可在路由及遠端存取中設定路由紀錄，也可從命令提示字元執行 route 命令，新增、修改或刪除路由表中的路由紀錄 資訊網路 第 10-1 章

31 Cisco 路由器設定靜態路徑的語法 {位址|介面} ： [距離] ：
ip route 目的地網路位址 目的地網路遮罩 {位址|介面} [距離] {位址|介面} ： 擇一填寫， 不可不寫 位址：下一個轉運站的IP位址 介面：經由本路由器的哪一個介面轉送 [距離] ： 用來設定本路徑的優先次序，數值愈小，優先性愈高 如果不寫，預設值為1，僅次於直接連接的0 直接連接： 設定路由器介面組態，輸入IP位址及子網路遮罩，便會產生該路由器介面直接連接的網路位址 位址指閘道 資訊網路 第 10-1 章

32 Cisco 路由器設定靜態路徑的範例 ip route 140.111.0.0 255.255.0.0 163.28.1.2
告訴路由器若要到 /16這個網路，請使用 這個點轉送 前提：路由器必須事先知道 的位置可以由哪一個介面到達 注意： 讓靜態路徑資訊傳送出去給別的路由器知道 config-router模式，指令：redistributed static 資訊網路 第 10-1 章

33 路由器預設路徑的表示法 IP預設路徑的表示法： 位址與遮罩均為0.0.0.0 或 default 例如：
以 為預設閘道 Cisco 路由器可用 ip default-network 或 ip route 建立網路預設路徑 ip default-network ip route 兩指令都以 為預設的下一站 資訊網路 第 10-1 章

34 使用靜態路由 －範例二： 2 部路由器的環境 以 2 部路由器連接 3 個網路： 資訊網路 第 10-1 章

35 使用靜態路由 －範例二： 2 部路由器的環境 R1 路由器的介面： R2 路由器的介面： 資訊網路 第 10-1 章

36 使用靜態路由 －範例二： 2 部路由器的環境 3 個網路要正常運作， 需在 R1 與 R2 加入適當的路由紀錄
前兩筆紀錄與範例 1 相同，用來轉送 LAN 1 與 LAN 2 的封包 第 3 筆紀錄可將目的地為 LAN 3 的 IP 封包轉送給 R2，閘道欄位必須填入 R2 連接 LAN 2 的介面 IP 位址 資訊網路 第 10-1 章

37 使用靜態路由 －範例二： 2 部路由器的環境 R2 必須加入 3 筆路由紀錄：
第 1 筆紀錄可將目的地為 LAN 1 的 IP 封包轉送給 R1，閘道欄位必須填入 R1 連接 LAN 2 的介面 IP 位址 後兩筆紀錄用來轉送 LAN 2 與 LAN 3 的封包 資訊網路 第 10-1 章

38 使用靜態路由 －範例三： 2 部路由器 + 預設路由
加上一部 R3 路由器，對外連接至網際網路 LAN 1、LAN 2、LAN 3 及 R1、R2 設定與範例 2 同；R3介面如下 資訊網路 第 10-1 章

39 使用靜態路由 －範例三： 2 部路由器 + 預設路由
R1 與 R2 除需加入範例 2 的路由紀錄外，還要再建立預設路由 當 R1 與 R2 收到的 IP 封包與所有的路由紀錄都不相符，便會使用預設路由將之傳送給 R3 例：R1 收到目的位址為 的 IP 封包，與 3 個 LAN 的路由紀錄不相符，便轉送給 R3， 再送到網際網路 R1 必須建立預設路由： R2 必須建立預設路由： 資訊網路 第 10-1 章

40 使用靜態路由 －範例三： 2 部路由器 + 預設路由
R3是 LAN 1、LAN 2、LAN3 網路聯外的閘道， 3 個網路的路由紀錄： 這 3 筆紀錄分別負責轉送目的地為 LAN 1、LAN 2 與 LAN 3 封包 R3 也需設定預設路由，將封包轉送到網際網路 R3 的預設路由通常是指向與 ISP 連接的路由器 資訊網路 第 10-1 章