IP 路由基本原理
IP路由协议原理
IP路由协议原理IP路由协议是计算机网络中的核心技术之一，用于确定数据包从源地址到目的地址的传输路径。
在互联网中，IP路由协议被广泛应用，保障了网络的可靠性和稳定性。
本文将介绍IP路由协议的原理及其常见的几种类型。
一、IP路由协议的基本原理IP路由协议是基于路由表的，路由表记录了不同网络之间的连接关系和传输路径。
当一台主机或路由器接收到数据包时，它会根据数据包的目标IP地址查询路由表，确定下一跳的传输路径，并将数据包转发给下一跳。
这个过程被称为IP路由。
在IP路由中，路由表中的每一项都包括目标网络地址、下一跳地址、接口和距离等信息。
目标网络地址指示了数据包要到达的目标网络，下一跳地址是指下一个路由器的IP地址，接口是指数据包离开当前路由器的接口，而距离表示了目标网络与当前路由器之间的跳数或成本。
路由表的更新是IP路由协议的核心机制之一。
由于网络拓扑的动态变化和通信流量的变化，路由表需要及时更新以保持网络的正常运行。
不同的IP路由协议采用了不同的路由更新机制，常见的有距离矢量路由协议和链路状态路由协议。
二、距离矢量路由协议距离矢量路由协议是一种简单且易于实现的IP路由协议。
它基于每台路由器维护的距离向量表进行路由选择。
每个距离向量表的项包括目标网络地址、下一跳地址和距离。
距离矢量路由协议中，路由器周期性地广播自己的距离向量表给相邻的路由器，并通过接收到的距离向量表更新自己的路由表。
通过不断地交换和更新距离向量表，最终每台路由器都能够获得整个网络的路由信息。
常见的距离矢量路由协议有RIP（Routing Information Protocol）和IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）等。
它们通过基于跳数或其他度量标准来确定最佳的路由路径，并具有一定的容错性和自动收敛的能力。
三、链路状态路由协议链路状态路由协议是一种基于图论的高级IP路由协议。
与距离矢量路由协议不同，链路状态路由协议中的每个路由器都会维护整个网络的拓扑信息，包括与其相邻的路由器、连接状态和链路成本等。
移动ip路由器技术的基本原理与工作过程
移动ip路由器技术的基本原理与工作过程移动IP路由器技术是一种用于支持移动设备在网络中进行无缝漫游的技术。
它允许移动设备在不改变其IP地址的情况下切换到不同的网络，并且能够保持与其他设备的通信。
下面将详细介绍移动IP路由器技术的基本原理和工作过程。
1. 基本原理：移动IP路由器技术的基本原理是通过引入一个额外的网络层，称为移动IP层，来实现移动设备的无缝漫游。
该层位于网络层和传输层之间，负责处理移动设备的位置更新和数据传输。
2. 工作过程：（1）移动设备加入网络：当移动设备加入网络时，它会向网络中的移动IP路由器发送一个加入请求。
移动IP路由器会为该设备分配一个唯一的移动IP地址，并将该地址与设备的物理地址进行映射。
（2）设备位置更新：当移动设备移动到另一个网络时，它会发送一个位置更新请求给当前网络中的移动IP路由器。
该请求包含了设备的新位置信息。
移动IP路由器会根据该信息更新设备的位置，并将新位置信息广播给其他网络中的移动IP路由器。
（3）数据传输：当其他设备想要与移动设备通信时，它们会将数据包发送给移动设备的移动IP 地址。
数据包首先会到达当前网络中的移动IP路由器。
移动IP路由器会根据设备的位置信息将数据包转发到正确的网络中。
如果移动设备仍然在当前网络中，数据包将直接传递给设备。
如果移动设备已经移动到其他网络中，数据包将通过其他网络中的移动IP路由器转发给设备。
（4）数据包转发：移动IP路由器在转发数据包时，会根据设备的位置信息来确定转发路径。
它会将数据包转发到最近的移动IP路由器，然后由该路由器继续转发，直到数据包到达目标设备。
3. 优点和应用：移动IP路由器技术的主要优点是实现了移动设备的无缝漫游，使得移动设备能够在不同的网络中进行通信。
这种技术在移动互联网、无线通信和物联网等领域有着广泛的应用。
它可以提供更好的用户体验，同时也为移动设备的管理和维护提供了便利。
总结：移动IP路由器技术通过引入移动IP层来实现移动设备的无缝漫游。
路由原理与技术第2章IP路由基础PPT
❖自治系统和路由域
➢ 由于Internet规模太大，分布范围太广，所以路由表中对 应每一个目的网络都有一个条目是不可能的；同样，也 不可能采用一个全局的路由算法或协议。因此，Internet 将整个网络划分为若干个相对自治的局部系统，即自治 系统（AS，Autonomous System）。自治系统可以定义 为同一机构下管理的路由器和网络的集合。
本章提纲
❖互联网的体系结构 ❖IP路由中的基本概念 ❖IPv6协议体系及地址结构 ❖路由转发原理 ❖路由选择算法 ❖路由器硬件体系结构
❖路由器
➢ 路由器是工作在网络层上，可以连接不同类型的网络， 能够选择数据传送路径并对数据进行转发的网络设备。 从通信的角度看，路由器是一种中继系统。
应用层 传输层 IP层 子网层
➢ 链路状态路由选择协议也被称为最短路径优先协议，它基于链路状态 路由算法。采用这种协议的路由器都要维护一张可以表示整个网络拓 扑结构的无向图G（V，E），在图G中，节点V表示路由器，边E表 示连接路由器的链路，因此G又可以称为L-S（链路-状态）图，各路 由器的路由表通过L-S图计算。
➢ 一个自治系统内部还可以再划分几个小的路由域，也称 作区域。
❖ 内部网关协议和外部网关协议
路由协议可以分为内部网关协议（IGP，Interior Gateway Protocol） 和外部网关协议（EGP，Exterior Gateway Protocol）两大类。
❖ 内部网关协议是用于自治系统内部的动态路由协议
➢ 选路机制（Routing Mechanism）：搜索路由表，决定向 哪个接口转发数据，并执行相应的操作；
➢ 选路策略只影响路由表的内容，比如对同一个目的地址 来说，由于选路策略的不同，最佳路径可能会不一样， 但这并不影响选路机制的执行过程，只是会对其执行的 结果产生影响。
简要说明路由器的工作原理。
简要说明路由器的工作原理。
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
的工作原理包括以下几个方面：
1. 数据包转发，路由器根据目标 IP 地址来决定如何转发数据包。
它会查找路由表，找到与目标地址最匹配的路由，然后将数据
包发送到相应的接口。
2. 路由选择，路由器通过路由选择协议（如 RIP、OSPF、BGP 等）来学习网络拓扑，并更新路由表。
这样可以确保数据包能够按
照最佳路径传输，提高网络效率。
3. 分割广播域，路由器能够分割不同的网络，从而减少广播域
的大小。
这样可以降低网络中的广播风暴，提高网络性能和安全性。
4. NAT（网络地址转换），路由器可以执行 NAT，将内部网络
的私有 IP 地址转换为公共 IP 地址，以实现内部网络和外部网络
的通信。
总的来说，路由器的工作原理就是根据路由表转发数据包，选
择最佳路径，分割网络，以及执行地址转换等功能，从而实现不同网络之间的通信和数据传输。
IP路由基础
路由表
路由表：交通路标牌/地图
路由器最核心的表项，指导报文的转发 一般包含如下内容：目的地、得到的途径及开 销、下一跳地址、下一跳出接口
[Quidway]display Routing Tables: Destination/Mask 0.0.0.0/0 8.0.0.0/8 9.0.0.0/8 9.1.0.0/16 20.0.0.0/8 。。。。。。
ip routing-table proto Static RIP OSPF RIP Direct pref Metric 60 0 100 3 10 50 100 4 0 0 Nexthop 120.0.0.2 120.0.0.2 20.0.0.2 120.0.0.2 20.0.0.1 Interface Serial0 Serial0 Ethernet0 Serial0 Ethernet0
路由器基本功能（四）
四。总结－－图示路由器的基本工作过程
路由选择 协议转换
路由器 下一跳路由器
IP
拆包
IP
PPP
串口
协议封装
ETH
以太网口
PPP
串口
ETH
以太网口
LAN1 发送
WAN
LAN2
传送
接收
目 录
IP地址－无类编址 路由器基本功能 路由的基本概念
静态路由配置与案例
动态路由协议基本原理
IP地址－无类编址（三）
192.168.1.32/27
192.168.1.164/30
192.168.1.64/27
ISP
通告 192.168.1.0
192.168.1.168/30 192.168.1.172/30
IP技术基本原理
IP技术基本原理IP（Internet Protocol）是一种在计算机网络中进行数据传输的协议，它是因特网的核心协议之一、IP技术主要通过将数据包进行路由和传输，实现不同网络之间的相互连接和通信。
本文将详细介绍IP技术的基本原理。
IP技术是一种面向无连接的协议，它不会维护临时的会话状态，也不会为每一个数据包建立专门的连接。
相反，IP将数据包划分为一系列的数据包发送，每个包都包含发送和接收主机的IP地址以及其他控制信息。
IP协议的核心功能就是将数据包从源主机发送到目标主机。
为了实现这个功能，IP使用了两个重要的协议：IPv4和IPv6IPv4是最早的版本，通过32位的IP地址来唯一标识每一个主机。
IPv4的格式是X.X.X.X，其中每一个X表示一个8位的二进制数，即一个字节。
IPv4的地址空间有限，总共只有2的32次方个地址，远远不够支持当前的互联网。
为了解决地址空间不足的问题，IPv6被提出。
IPv6采用了128位的IP地址，地址空间极大，可以提供足够的地址来支持未来互联网的发展。
IP数据包传输的过程可以简单描述为以下几个步骤：首先，源主机将数据分割成一系列小的IP数据包；然后，每个数据包被赋予一个目标主机的IP地址，并通过网络传输。
在传输过程中，每个数据包可以选择不同的路径，这依赖于路由协议和路由器的选择；最后，数据包到达目标主机后，再根据IP地址将数据包重新组装成原始数据。
IP数据包的传输依赖于路由协议和路由器的支持。
路由协议可以帮助路由器选择传输数据包的最优路径，并且根据网络拓扑和流量情况进行适当的调整。
常见的路由协议有OSPF（开放最短路径优先）、BGP（边界网关协议）等。
在IP数据包传输的过程中，可能会面临一些问题，如数据包丢失、延迟和拥堵等。
IP通过检验和机制来确保数据包的正确传输，对数据包进行校验和计算后再发送，并在目标主机进行校验和比较。
此外，IP还通过重发机制来解决数据包丢失的问题。
IP路由原理-静态路由配置
3．最长掩码匹配原则
图1-5 最长掩码匹配原则
4．路由过程中的数据包交换
图1-6 路由过程中的数据包交换
5.1.2 路由协议的分类
被路由协议（routed protocols） 路由选择协议（routing protocols）
1．直连路由、静态路由、动态路由
直连路由（connected route） 静态路由（static route） 动态路由（dynamic route）
一、实验目的 掌握利用路由器连接本地局域网的方法。 二、实验任务 利用路由器连接本地局域网。 三、实验设备 路由器Cisco 2611一台，带有网卡的工作站PC两台， 控制台电缆一条，交叉双绞线两条。
“本地局域网互连”实验环境
实验步骤
1．按图连接路由器和各工作站。 2．按图配置路由器和各工作站IP地址等参数。 3．检查路由器的路由表信息。 4．测试各工作站之间的连通性。 5．检查路由器的运行配置文件内容。
2.2 缺省路由配置
缺省路由（default route）又称为默认路由， 是静态路由的一个特例。
缺省路由的使用
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 serial 0/1 或者 ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.2
图2-3 缺省路由
3 实验1 本地局域网互连（直连路由）
S0/1 S0/0:10.0.0.1/24 F0/0:192.168.0.1/24 S0/0:10.0.0.2/24 F0/0:192.168.1.1/24
Host A IP Address:192.168.0.2/24 Default Gateway:192.168.0.1
Host B IP Address:192.168.1.2/24 Default Gateway:192.168.1.1
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。
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等价路由 ECMP(续）
3、per flow转发 基于流的转发，一个流基本有五元素来确定（源IP地址、源MAC、目的IP地址、目的MAC、端口）。 如下图，对于访问不同的服务器，流量将在两条路径上负载分担；但是如果其中每个服务的流量大，将导致两条 路径上的负载分担不均匀。 C A RTA 2 2 2 2 RTD 2 2 B WEB SERVE R 2 RTC 2 2 2 2 RTB 2 FTP SERVE R
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第1章 IP路由的基本概念和原理 第2章 IP选路的基本原则和等价路由 第3章 路由协议
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发性能有所提高。
Per flow 1、快速转发，不需要在 CPU中查找路由表，直接 通过接口硬件Fib表项转发， 转发性能高。 2、能够比较的负载分担 1、五元组使用Hash算法，来计算等价的路径，计算复杂，可 能导致某条路径上承载了大量的流量。
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等价路由 ECMP
等价路由ECMP(equal cost multi-path):就是在目的地有多个相同开销的路径，在路由表中同一条路由有两个 不同的下一跳存在。去往该目的地址的报文在这两条路径上分担。
CPU
CPU
交换网
ASIC ASIC
接口 接口
转发路由器
CPU
CPU
口 网络接口 网络接口
网络接口
网络接口
第一代
网络接口
第二代
第三代
接口
CPU
第四代
第五代
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华为路由器介绍
3
通告直连的网段N1
DA OUTINTERFCE 接受网段N2, 形成 NH 路由表 N2 E0 IP4 转发：PC1和PC2相互访问过程
通告直连的网段N2
PC1访问PC2， RTA查找路由表 N2找到出接口和 下一跳 路由器的路由的过程：通告直连的网段－>路由表形成->转发
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路由表
路由表记录了所有的路由、出接口、下一跳、路由的开销、优先级，以及通过什么路由协议学习 到。
[Quidway]display ip routing-table Routing Tables: Destination/Mask proto pref Metric Nexthop Interface
核心路由器/ 通用交换路由器
Quidway NE5000
Quidway NE80 Quidway NE40-2 Quidway NE40-4
Quidway NE40-8
骨干路由器
Quidway NE16E
Quidway NE05
Quidway NE08E Quidway R3680E/3640E
中低端路由器
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路由协议的优先级
不同的路由协议，使用不同的优先级。 当一条路由从不同路由协议学习到的时候，优先级高的路由协议将被优先。
路由协议 优先级（华为） 管理级别（cisco）
Direct
OSPF IS-IS STATIC RIP OSPF ASE / OSPF NSSA IBGP EBGP UNKNOWN
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第1章 IP路由的基本概念和原理 第2章 IP选路的基本原则和等价路由 第3章 路由协议
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2013-12-27
Security Level:
IP 路由基本原理
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Contents
• IP路由的基本概念和选路原则
学习完此课程，您将会：
了解和掌握IP路由的基本概念 影响IP路由选路的原则 等价路由的概念 链路聚合的概念和配置
0.0.0.0/0
8.0.0.0/8 9.0.0.0/8 9.1.0.0/16 20.0.0.0/8 20.0.0.1/32
Static 60
RIP 1003 OSPF 10 RIP 1004 Direct 0 Direct 0
0
50 0 0
120.0.0.2 Serial0
120.0.0.2 Serial0 20.0.0.2 20.0.0.1 Ethernet0 Ethernet0 120.0.0.2 Serial0 127.0.0.1 LoopBack0
2 RTB 2
B
3
对于在同一个网络但是不同目的地址的报文在等价路径上转发。
B A RTA 2 2 C 2 2 RTD
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2
RTC 2
2
2
2 RTB 2
B:172.1.1.1 3
2
2
C:172.1.1.2
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0
10 20 60 100 150 256 256 255
0
110 115 1 120 110 200 20
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路由的选路原则
路由的选路原则：
1、优先：最长匹配原则。 在路由表中存在同一个网络地址，但带有不同的子网掩码；根据选路原则，掩码最长的优先转发。例如在路 由表中存在以下几条路由（10.1.0.0/16,10.1.1.0/24,10.1.1.0/30），那么去往10.1.1.1目的地的报文，优先选 择10.1.1.0/30在路由表中对应的出接口、下一跳来选择转发路径。 2、其次：路由协议优先级 如果同一条路由从多个不同的路由协议学习到，优先级级别低的路由协议优先考虑。比如路由10.1.1.0/30 从ospf ,bgp分别学习到，根据优先级低的原则，报文将优先选择从ospf路由协议学习的路径进行转发。 3、cost 同样的路由，报文优先选择cost值小的路径。
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路由通告和转发
路由通告和转发是两个相反的过程。 路由通告是指路由器将自己直连的网段通告给其它的路由器设备，是目的地址的发起者或者源。 路由转发是指路由器根据目的地址将报文转发给发起者或者源。
下面的例子来PC1访问PC2说明路由通告和转发的区别：
通告过程和路由表形成 E1 PC1:N 1 RT A E0:IP N3 RT E0:IP4 B E1 PC2:N2 DA OUTINTERFCE NH N1 E0 接受网段N1, 形成 IP3 路由表
理解route、routing、router
IP路由是基于目的地址查找IP路由表，找到报文转发的出接口以及对应的下一跳路由器，然后将报文转发给下 一跳路由器，直到到达最终的目的地。这里的路由实际指单播路由，将报文逐跳逐跳送到目的地。当然每个转发 报文的设备都需要决定是否进行转发、以及选择最近的路径到达目的地。 在IP路由中，有几个概念十分重要： 1、route：指目的地址，就是例子中的“最终目的地”。达到目的地址经过的设备上都需要知道该目的地址，即 route。如果有多个目的地址，就有多个route。 2、routing：指决定到达每个下一跳的最短路径和转发出接口，以及决策，即寻路和决策。在每台设备上都需要运 行一些算法来实现routing，这些算法就是路由协议，路由协议有静态路由协议（需要人工配置），动态路由协议（ 设备根据一些规则自动找到最短的路径和转发出口）。 3、router：指使用专门的存储介质保存这些route，并使用专用的操作系统来实现routing，并使用专门的通信芯 片和硬件提供各种接口来转发报文的设备
3
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几种等价路由转发方式的比较
等价路由转发方式 Per packet 优点 流量能够均匀的负载分担 缺点 1、对于同一个流的报文，都需要进行路由查找，目的是选择等 价路由上不同出接口，导致报文的转发效率低。 2、可能导致同一个报文在不同的路径上。 Per destination 第一个报文上到CPU查找， 1、由于基于具体的目的地址，可能导致一条路径上的流量很大。 后续的报文直接转发，转 2、第一个报文也需要查找路由表。
路由开销 Cost
路由开销是指从源到目的地经过所有链路的开销的总和。不同的路由协议使用不同的计算方法来 计算路由的开销。 对于RIP协议使用跳数来计算开销，跳数等于经过路由器的数量。对于RIP最大的cost为15跳。 对应IGRP和EIGRP协议，cisco的私用协议，使用链路的bandwidth, delay, reliability, load等接口 参数来计算。默认使用bandwidth、delay来计算。 • IGRP=107/BW (min) + delay (sum) (BW,delay表示到目的地经过的所有路由器出接口的带宽,） • EIGRP=256*IGRP 对于OSPF协议使用： 108 / BW (BW表示链路带宽）。Cost的开销等于到目的地址经过的所有路 A访问B有两条路径： 由器出接口的总和。 路由转发时，总是选择开销最小的路径。 以OSPF为例来说明cost的计算： A 3 3 2 2 2 2 2 3 3 3 •一条路径的cost值为:2+2+2+3=9 •另外一条路径cost为：3+3+3+3=12 最后结果，A到B的数据流从下面的路径。 B 3 3 2