第9章 IP路由原理
详解路由器的工作原理
详解路由器的工作原理路由器是现代网络中不可或缺的设备，它在不同的网络之间传输数据并确保数据的准确和高效传递。
本文将详细解释路由器的工作原理，包括路由器的功能、数据转发、路由选择以及网络地址转换等。
通过深入了解路由器的运作原理，我们可以更好地理解网络通信的基本原理。
一、路由器的功能路由器作为一个关键的网络设备，具有以下三个基本功能：数据转发、路由选择和网络地址转换。
1. 数据转发数据转发是路由器最重要的功能之一，它负责将数据包从一个网络转移到另一个网络。
当路由器接收到数据包时，它会根据源IP地址和目标IP地址来确定下一跳，然后将数据包发送到正确的出口。
2. 路由选择路由选择是路由器决定数据包传输路径的过程。
路由器拥有路由表，其中包含了网络的拓扑结构信息和最优路径信息。
根据路由表中的信息，路由器会选择最佳的路径将数据包发送到目标网络。
3. 网络地址转换网络地址转换（NAT）是路由器提供给内部网络使用外部IP地址的方式。
当内部网络中的终端设备通过路由器进行互联网访问时，路由器会将内部IP地址转换为外部IP地址，以确保内部网络与互联网之间的通信。
二、数据转发的过程数据转发是路由器的核心功能之一，它包括数据包的接收、路由选择和数据包的转发。
当路由器接收到一个数据包时，它首先会检查数据包的目标IP地址是否在路由表中。
如果目标IP地址在路由表中，路由器将选择下一跳并将数据包转发到正确的出口。
如果目标IP地址不在路由表中，路由器将丢弃该数据包或将其传送到默认路由。
路由选择的过程是基于路由表的信息进行的。
路由表中的信息包括目标网络的地址和下一跳的地址。
路由器通过查找路由表来确定数据包的正确路径，并确保数据包能够按照最佳路径传输。
一旦路由器确定了下一跳，它会将数据包发送到适当的出口。
数据包将通过物理链路转发到下一个路由器或目标网络。
物理链路可能是通过以太网、无线网络或其他网络技术实现的。
三、路由选择的算法路由器使用不同的路由选择算法来确定最佳路径。
无线路由的工作原理
无线路由的工作原理无线路由器的工作原理是通过无线局域网（WLAN）技术将互联网信号传输到连接在同一网络下的多个设备上。
下面将详细介绍无线路由器的工作原理。
1. 无线信号传输：无线路由器通过内置的天线将无线信号发射出去，设备上的电子器件（例如手机、电脑、平板电脑等）可以通过无线网卡接收到这个信号。
路由器将从互联网服务提供商（ISP）处接收到的数据转换为无线信号，然后通过天线发射出去。
2. 网络地址转换（NAT）：当数据通过无线路由器传输时，路由器使用网络地址转换（NAT）技术分配IP地址。
NAT将局域网内设备的私有IP地址映射到公共IP地址上，以便与互联网进行通信。
这使得多个设备可以共享一个公共IP地址，并且在互联网上似乎只有一个IP地址。
3. 数据分组和路由：无线路由器还负责将收到的数据分组并将其路由到目标设备。
数据包括源IP地址、目标IP地址和要传输的数据。
路由器会根据目标IP地址来判断数据是发送到本地设备还是发送到互联网上。
4. 无线加密和安全性：无线路由器通常提供无线加密功能，例如WEP（有线等效隐私）、WPA（Wi-Fi保护访问）或WPA2（Wi-Fi保护访问第二代）等加密协议。
这些协议用于保护无线信号的安全性，以防止未经授权的设备接入网络。
5. 频段选择和信道管理：无线路由器可以在不同的频段（如2.4GHz和5GHz）之间进行切换，以避免干扰和拥堵。
同时，它还可以管理和调整信道，以提供更好的无线连接质量。
总之，无线路由器通过将互联网信号转换为无线信号并使用NAT技术进行路由和地址分配，实现了多个设备之间的互联和无线上网功能。
第9章3IP交换
标记映射
将标记分配给FEC。
38
IP转发 ISP
标记交换
IP转发 ISP
MPLS核心网络 IP L2 IP LER IP L1 LSR IP L3 ISP LSR LER IP
园区
ISP LER LSR LSR
LER 园区
39
组成MPLS网络的设备分为两类，即位于网络核心的LSR
和位于网络边缘的LER。构成MPLS网络的其它核心成分包括
32
4、多协议标记交换——MPLS
什么是MPLS
MPLS是利用标记进行数据转发的。当分组进入网络 时，要为其分配固定长度的短的标记并将标记与分组封装 在一起，在整个转发过程中，交换节点仅根据标记进行转 发。 MPLS具有“多协议”特性，对上兼容IPv4、IPv6等 多种主流网络层协议，将各种传输技术统一在一个平台之 上；对下支持ATM、FR、PPP等链路层多种协议，从而 使得多种网络的互连互通成为可能。
(2) 具有一定的服务质量保证，但需要特殊质量保证的业
务需要实现标签交换协议或人为向网络申请，因此使用不够灵 活。 (3) 具有支持多媒体应用中所需的QoS和组播能力，但组播 需要预先配置，灵活性较差。
31
(4) 支持路由信息层次化结构，并通过分离内部路由和外
部路由使网络具有较强的扩展能力和可管理性。 (5) 标签交换采用拓扑驱动的解决方案，将目的地前缀算 法与标准路由协议相结合，最有效地使用了现有连接，无需在 数据流到达时才建立通道，没有建立时延，减少了数据转发时 延。
2
3
在IP over ATM方案中，IP层主要实现多业务汇聚和数
据的封装，ATM层负责提供端到端的QoS。
IP与ATM技术相结合的主要难点在于：ATM是面向连 接的技术，而IP是无连接的技术，并且两者都有自己的编 址方案和选路规程，相互间的协调配合较复杂。 目前，关于IP over ATM的方案，ITU-T、IETF、ATM-
路由器的工作原理
路由器的工作原理路由器是一种网络设备，用于在计算机网络中传输数据包。
它通过将数据包从一个网络接口传输到另一个网络接口，实现不同网络之间的连接和通信。
路由器在互联网中起到了至关重要的作用，它负责将数据包从源地址传输到目的地址，并选择最佳的路径来实现数据的传输。
路由器的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 数据包传输：当一个数据包进入路由器时，路由器会检查该数据包的目的地址，并根据其目的地址决定将数据包发送到哪个网络接口。
路由器通过查找路由表来确定最佳路径，该路由表包含了网络地址和对应的下一跳地址。
2. 路由表查找：路由器会根据数据包的目的地址在路由表中查找匹配的网络地址。
路由表中的每一项都包含了网络地址和对应的下一跳地址。
路由器会比较目的地址和路由表中的网络地址，选择最长匹配的项作为下一跳。
如果找不到匹配的网络地址，则路由器会丢弃该数据包或者将其发送到默认网关。
3. 下一跳选择：路由器根据路由表中的下一跳地址选择出口接口，将数据包发送到下一个网络节点。
下一跳选择通常是基于路由器的路由协议，如OSPF（开放最短路径优先）或者BGP（边界网关协议）。
4. 数据包转发：一旦确定了下一跳和出口接口，路由器将数据包从输入接口转发到输出接口。
路由器通常使用硬件转发引擎来加速数据包的处理和转发。
转发引擎可以根据数据包的目的地址和接口的状态进行快速转发决策。
5. 路由更新：路由器会定期更新路由表，以便适应网络拓扑的变化。
路由器可以使用路由协议来交换路由信息，并更新路由表中的网络地址和下一跳地址。
这样可以确保路由器始终选择最佳的路径来传输数据。
总结起来，路由器的工作原理是通过查找路由表来确定数据包的下一跳和出口接口，然后将数据包转发到目的地址。
路由器的性能和可靠性对于网络的正常运行至关重要，因此，网络管理员需要合理配置和管理路由器，以确保网络的高效运行。
ip基本原理
ip基本原理IP基本原理IP（Internet Protocol）是互联网中最常用的网络协议之一，它负责将数据包从源主机传输到目标主机。
IP基本原理是互联网通信的基础，它采用分组交换的方式，将数据分割成小的数据包，并通过网络传输到目的地。
下面将详细介绍IP的基本原理。
一、IP地址IP地址是IP协议中用于唯一标识网络设备的一串数字。
IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址。
IP地址分为网络地址和主机地址两部分，网络地址用于标识网络，主机地址用于标识网络中的具体设备。
IP地址的分配由互联网号码分配机构负责管理，确保每个设备都拥有一个唯一的IP地址。
二、IP数据包IP协议将数据分割成小的数据包进行传输。
每个数据包中包含了源IP地址、目标IP地址以及其他控制信息。
数据包在传输过程中可能会经过多个网络节点，每个节点根据目标IP地址来决定将数据包传递给下一个节点，直到达到目标主机。
三、IP路由IP路由是指数据包在互联网中传输时，经过多个网络节点的路径选择。
路由器是实现IP路由的关键设备，它根据路由表中的信息来确定数据包的下一个节点，并将数据包传递给相应的节点。
路由表中包含了网络地址和下一跳节点的对应关系。
四、IP协议的可靠性IP协议是一种无连接协议，它不提供数据传输的可靠性保证。
在数据传输过程中，IP协议不会检查数据包是否完整，也不会对数据包进行重发。
这意味着在传输过程中，数据包可能会丢失、损坏或乱序。
为了保证数据传输的可靠性，上层协议通常会使用TCP协议来建立可靠的连接。
五、IP地址的分类为了更好地管理和分配IP地址，IPv4地址被划分为不同的类别：A、B、C、D和E类。
其中A、B和C类地址用于分配给不同规模的网络，D类地址用于多播，E类地址保留未使用。
随着互联网的发展，IPv4地址已经不够用了，因此引入了IPv6地址，它具有更大的地址空间，可以满足互联网的需求。
六、IP地址转换由于IPv4和IPv6是不兼容的，为了实现IPv4到IPv6的过渡，需要进行地址转换。
路由器的工作原理
路由器的工作原理路由器是一种网络设备，用于在计算机网络中转发数据包。
它可以将数据包从源地址转发到目标地址，实现不同网络之间的通信。
路由器在网络中起到了至关重要的作用，它是实现互联网连接的关键设备之一。
下面将详细介绍路由器的工作原理。
一、数据包的传输过程路由器的工作原理是基于数据包的传输。
当一台计算机向另一台计算机发送数据时，数据会被分成小的数据包进行传输。
每个数据包包含了源地址、目标地址以及数据内容。
路由器根据目标地址来决定将数据包转发到哪个网络接口，以便最终到达目标地址。
二、路由表的作用路由器通过维护一张路由表来决定数据包的转发路径。
路由表中包含了网络地址和相应的下一跳地址。
当路由器接收到数据包时，它会查找路由表，找到与目标地址匹配的网络地址，并将数据包发送到相应的下一跳地址。
这个过程被称为路由选择。
三、路由选择的算法路由选择算法是决定数据包转发路径的关键。
常见的路由选择算法有距离矢量算法和链路状态算法。
1. 距离矢量算法：每个路由器维护一个距离矢量表，记录到达目标网络的距离。
路由器通过交换距离矢量表来更新路由信息，选择距离最短的路径进行转发。
2. 链路状态算法：每个路由器维护一个链路状态数据库，记录整个网络的拓扑结构和链路状态信息。
路由器通过交换链路状态信息来计算最短路径，并选择最优路径进行转发。
四、数据包的转发过程当路由器收到数据包时，它会根据目标地址查找路由表，并确定下一跳地址。
然后，它将数据包封装在新的数据帧中，设置目标MAC地址为下一跳地址，并将数据帧发送到相应的网络接口。
下一跳路由器收到数据帧后，再次进行路由选择，重复上述过程，直到数据包到达目标地址。
五、网络地址转换（NAT）网络地址转换是路由器的另一个重要功能。
当内部网络中的计算机访问外部网络时，路由器会将内部计算机的私有IP地址转换为公共IP地址，以便与外部网络通信。
这样可以有效地利用有限的公共IP地址资源。
六、防火墙功能许多路由器还具有防火墙功能，用于保护网络安全。
第九章 路由器配置(清华大学)
– 2. 配置文件
» (1) 启动配置文件：也称为备份配置文件，被保存在NVRAM中， 并且在路由器每次初始化时加载到内存中变成运行配置文件。 » (2)运行配置文件：也称为活动配置文件，驻留在内存中。当通过 路由器的命令行接口对路由器进行配置时，配置命令被实时添加 到路由器的运行配置文件中并被立即执行。
9.1 路由器的基本配置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9.1.7 常用路由器基本配置命令
– 1. 帮助
» 在IOS操作中，无论任何状态和位置，都可以键入“？”得到系 统的帮助。
9.1 路由器的基本配置
任务 命令 enable disable setup config terminal end interface type slot/number interface type number.subinterface [pointto-point | multipoint] line type slot/number router protocol exit
9.1 路由器的基本配置
» 在工作站端启动超级终端应用程序，如图所示，并为此连接输入 一个名称。
9.1 路由器的基本配置
» 然后，选择连接所使用的端口，如图所示。
9.1 路由器的基本配置
» 最后，必须将终端设备配置成工作于9600波特率、8个数据位、 没有奇偶校验、一个停止位的状态。数据流控制可以选择 Xon/Xoff，如图所示。
第九章 路由器配置
第九章 路由器配置
学习目的与要求
本章主要介绍路由器的基本配置方法，基于路由器的 常用配置方法。通过本章的学习，读者可以了解路由器 的软、硬件构成，了解路由器的启动过程；掌握路由器 的配置方式，掌握路由器手工配置方法，掌握基于路由 的访问控制列表配置，掌握IP路由的配置。
第9章-综合IP网-wj
第9章综合IP网BIT 王晶BIT通信技术研究所1第9章宽带综合IP网9.1 背景介绍9.2 IP over ATM9.3 多协议标记交换939.4 IP over SDH/SONet9.5 IP over WDM思考题通信技术研究所29.1 背景介绍•传统Internet的主要问题–综合业务传送的能力：为数据传输设计的Internet，底层结构难以提供更高的带宽，通信协议难以支持复杂的多媒体数据流的传送流的传送。
–可靠的网络QoS能力：非面向电信运营的Internet，无连接型的IP协议只提供尽力而为的数据传输服务，不能为业务提供有保证的QoS。
–路由器的线速率分组转发能力：数据报的交换方式在业务量日益增长的Internet中，路由器就成为性能瓶颈。
–支持超大型网络结构的能力：由于Internet 网络规模和用户数目增长迅速，IPv4的地址空间已基本耗尽。
–流量工程能力：Internet上的主要路由协议都是基于计算分组在网上传输的最短路径算法来设计的，很少考虑时延、抖动、拥塞等因素，这样网络管理者很难进行流量工程。
通信技术研究所3实现宽带综合IP网的主要方案9.2 IP over ATM•IP over ATM方案中，IP层主要实现多业务汇聚和数据的封装，ATM层负责提供端到端的QoS 和数据的封装，SDH层提供光网络的管理和保护切换功能，光网络层基于WDM提供高带宽•IP与ATM技术相结合的主要难点在于ATM是面的技术而向连接的技术，而IP是无连接的技术•IP over ATM可分为重叠模式(Overlay Model)和集成模式(Integration Model)两种通信技术研究所5MPLS模式•重叠模式–基本思想：IP 与ATM 各自保持原有的网络结构、协议通过在两个不同层次的网络之间进行数据结构不变，通过在两个不同层次的网络之间进行数据映射、地址映射和控制协议映射来实现IP over ATM –从IP 层的角度来看，ATM 层只是另一个异构的网络而已它们通过协议实现网间互连已，它们通过IP 协议实现网间互连，ATM 网络作为传送IP 分组的数据链路层来使用；从ATM 层来看，IP 层产生的业务只是它承载的一种业务类型，它使用AAL5分组将其封装成信元使用标准适配IP 分组，将其封装成ATM 信元，使用标准ATM 信令建立端到端的VC 连接，并在其上传送已封装成ATM 信元形式的IP 业务流。
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什么是路由
路由是指导IP报文发送的路径信息
（N,RTD）
（N,RTB）
（N,RTC）
（N,RTE）
RTC RTA RTB PC RTD RTE 网络N Server
路由表的构成
路由表是路由器转发报文的判断依据。
E0/0 10.0.0.2/24 20.0.0.0/24
目的地址/掩码 目的地址 掩码
10
0 0 0 1 3 0
转发
路由的来源
直连路由
开销小，配置简单，无需人工维护。只能发现本接口所属网段的路由。
手工配置的静态路由
无开销，配置简单，需人工维护，适合简单拓扑结构的网络。
路由协议发现的路由
开销大，配置复杂，无需人工维护，适合复杂拓扑结构的网络。
0.0.0.0/0
10.0.0.0/24 20.0.0.0/24 20.0.0.1/32 40.0.0.0/24 40.0.0.0/8 50.0.0.0/24
20.0.0.2
10.0.0.1 20.0.0.1 127.0.0.1 20.0.0.2 30.0.0.2 40.0.0.2
E0/2
E0/1 E0/2 InLoop0 E0/2 E0/3 E0/2
E0/2 20.0.0.2/24 40.0.0.0/24
E0/3
最长匹配 然后转发
路由表查找规则（2）
E0/1 10.0.0.2/24 目的地址 50.0.0.2的 报文入站
目的地址/掩码 目的地址 掩码 10.0.0.0/24 20.0.0.0/24 20.0.0.1/32 40.0.0.0/24 40.0.0.0/8 50.0.0.0/24 下一跳地址 10.0.0.1 20.0.0.1 127.0.0.1 20.0.0.2 30.0.0.2 40.0.0.2 出接口 E0/1 E0/2 InLoop0 E0/2 E0/3 E0/2 度量值 0 0 0 1 3 0
添加到路由表 优先级比较 优先级高
Hale Waihona Puke 各类路由默认优先级路由类型 直连路由（ 直连路由（Direct） ） OSPF内部路由 内部路由 静态路由（ 静态路由（Static） ） RIP路由 路由 OSPF外部路由 外部路由 BGP路由 路由 默认优先级 0 10 60 100 150 256
下一跳地址
出接口
度量值
0.0.0.0/0
10.0.0.0/24 20.0.0.0/24 20.0.0.1/32 40.0.0.0/24 40.0.0.0/8 50.0.0.0/24
20.0.0.2
10.0.0.1 20.0.0.1 127.0.0.1 20.0.0.2 30.0.0.2 40.0.0.2
IP路由原理
ISSUE 1.0
日期： 杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播
概述
路由器负责将数据报文在逻辑网段间进行转发 路由是指导路由器如何进行数据报文发送的路径信息 每台路由器都有路由表， 每台路由器都有路由表，路由存储在路由表中 路由环路是由错误的路由导致的，它会造成 报文在 路由环路是由错误的路由导致的，它会造成IP报文在 网络中循环转发， 网络中循环转发，浪费网络带宽
RTC
目标网络 11.4.0.0
接口 S0/1
权值 2
11.4.0.0
环路产生的原因：配置错误或协议缺陷
查看设备路由表
查看IP路由表摘要信息 查看 路由表摘要信息
[Router] display ip routing-table
查看符合指定目的地址的路由信息
[Router] display ip routing-table ip-address [ masklength | mask ]
路由环路
11.1.0.0
E1/0 S0/0 S0/1
权值 4
RTB
S0/0 S1/0
Routing Table 目标网络 11.4.0.0 接口 S1/0 权值 3
RTA
Routing Table 目标网络 11.4.0.0. 接口 S0/0
S0/1 E1/0
S0/0
Routing Table
Static 60 Static 60 RIP 100 O_ASE 150 Direct 0 Direct 0 Direct 0
路由度量值 路由优先级
杭州华三通信技术有限公司
路由度量值（Metric）
路由度量值表示到达这条路由所指目的地址的代价。 路由度量值表示到达这条路由所指目的地址的代价。 通常影响路由度量值的因素： 通常影响路由度量值的因素：
线路延迟、带宽、线路使用率、线路可信度、跳数、最大传输单元
不同路由协议参考的因素不同
路由类型 静态路由（ 静态路由（Static） ） OSPF路由协议 路由协议 RIP路由协议 路由协议
路由表查找规则（1）
E0/1 10.0.0.2/24 目的地址 40.0.0.2的 报文入站
目的地址/掩码 目的地址 掩码 10.0.0.0/24 20.0.0.0/24 20.0.0.1/32 40.0.0.0/24 40.0.0.0/8 50.0.0.0/24 下一跳地址 10.0.0.1 20.0.0.1 127.0.0.1 20.0.0.2 30.0.0.2 40.0.0.2 出接口 E0/1 E0/2 InLoop0 E0/2 E0/3 E0/2 度量值 0 0 0 1 3 0
度量值参考因素 固定值， 固定值，0 带宽 跳数
路由优先级
如果到相同目的地址有多个路由来源， 如果到相同目的地址有多个路由来源，则：
以Preference（优先级）确定不同类型优先级 Preference越小，优先级越高 优先级最高的路由被添加进路由表
生效路由
不同
目的网段比较 相同
查看路由表的统计信息
[Router] display ip routing-table statistics
IP路由表摘要信息
[Router]display ip routing-table Routing Tables: Public Destinations : 7 Routes : 7 Destination/Mask 0.0.0.0/0 1.1.1.0/24 2.2.2.2/32 3.3.3.3/24 10.153.43.0/24 10.153.43.116/32 127.0.0.0/8 Proto Pre Cost 0 0 4 1 0 0 0 NextHop 10.153.43.1 2.2.2.2 10.153.43.10 10.153.43.10 10.153.43.116 127.0.0.1 127.0.0.1 Interface Eth0/0 Eth0/0 Eth0/0 Eth0/0 Eth0/0 InLoop0 InLoop0
E0/2
E0/1 E0/2 InLoop0 E0/2 E0/3 E0/2
10
0 0 0 1 3 0
路由器单跳操作
IP报文入站
没有匹配路由 查找路由表 以下一跳作 为目的地址
有匹配路由 查看下 一跳地 址 不在直连链路上
丢弃
在直连链路上 报文封装 送往接口 转发
E0/2 20.0.0.2/24 40.0.0.0/24
E0/3
转发
路由表查找规则（3）
E0/1 10.0.0.2/24 目的地址 30.0.0.2的 报文入站
目的地址/掩码 目的地址 掩码 下一跳地址 出接口 度量值
E0/2 20.0.0.2/24 40.0.0.0/24
E0/3