验证路由转发和路由表之间的关系
网络性能分析与测试第3章 三层网络测试
驱动问题
涉及的知识或技能点
学习要求
为什么要进行三层测试？
三层测试的必要性
理解
路由器是如何工作的？
IP分组转发的工作原理 掌握
三 层 IP 网 络 测 试 关 注 哪 些 问 题 ？IP网络测试的主要技术指
涉及哪些技术指标？
标
掌握
如何进行测试？是否有相应的 规则或方法可循？
IP网络测试的RFC文档
路由器的组成（3）
2.数据包转发部分
• 功能：主要是根据控制层面生成的转发表（FIB）转发IP 数据包。
• 注意：转发表是根据路由表生成的，其表项和路由表项 有直接对应关系，但转发表的格式和路由表的格式不同， 它更适合实现快速查找
（1）交换结构
• 作用：根据转发表对来自某个输入端口的数据包进行处 理，并使之从一个合适的输出端口转发，以完成输入端 口和输出端口之间的互连功能。
• 三层功能的重要性：
• 直接影响到整个网络的通信质量
• 路由器作为整个网络的交通枢纽，测试非常必要 • 三层测试的运用：
• 研发与生产 • 网络规划部署 • 维护
第3章 三层网络测试
3.2 三层IP网络技术概述
IP协议
• 为计算机网络的互连互通专门设计的协议
• IP分组首部是IP协议的具体体现
• 背靠背、恒定负载、数据链路帧大小、丢帧（包）率、帧间空隙、延迟、 重启行为、吞吐量
相关RFC文档（2）
3.4.2 RFC2544概述
• 通常被称为网络测试的“圣经” • 最主要内容是基准测试
• 吞吐量（Throughput） • 丢包率（Packet Loss Rate） • 延迟（Latency） • 背靠背（Back-to-back） • 系统恢复（System recovery） • 重启（Reset）
《网络协议分析》习题答案
备注：以下给出习题答案作为参考，对于部分习题，读者也可以思考给出更好的答案。
第一章1. 讨论TCP/IP成功地得到推广和应用的原因TCP/IP是最早出现的互联网协议，它的成功得益于顺应了社会的需求；DARPA采用开放策略推广TCP/IP，鼓励厂商、大学开发TCP/IP产品；TCP/IP与流行的UNIX系统结合是其成功的主要源泉；相对ISO的OSI模型，TCP/IP更加精简实用；TCP/IP技术来自于实践，并在实践中不断改进。
2. 讨论网络协议分层的优缺点优点：简化问题，分而治之，有利于升级更新；缺点：各层之间相互独立，都要对数据进行分别处理；每层处理完毕都要加一个头结构，增加了通信数据量。
3. 列出TCP/IP参考模型中各层间的接口数据单元（IDU）应用层/传输层：应用层报文；传输层/IP层：TCP报文段或UDP分组；IP层/网络接口层：IP数据报；网络接口层/底层物理网络：帧。
4. TCP/IP在哪个协议层次上将不同的网络进行互联？IP层。
5. 了解一些进行协议分析的辅助工具可在互联网上搜索获取适用于不同操作系统工具，比如Sniffer Pro、Wireshark以及tcpdump等。
利用这些工具，可以截获网络中的各种协议报文，并进一步分析协议的流程、报文格式等。
6. 麻省理工学院的David Clark是众多RFC的设计者，在论及TCP/IP标准的形成及效果时，曾经讲过这样一段话:”We reject kings, presidents and voting. We believe in rough consensus and running code.”你对他的观点有什么评价。
智者见智，我认为这就是“实践是检验真理的唯一标准”。
7. 你认为一个路由器最基本的功能应该包含哪些?对于网桥、网关、路由器等设备的分界已经逐渐模糊。
现代路由器通常具有不同类型的接口模块并具有模块可扩展性，由此可以连接不同的物理网络；路由表的维护、更新以及IP数据报的选路转发等，都是路由器的基本功能。
路由表和转发表
路由表是工作在IP协议网络层实现子网之间转发数据的设备。
路由器内部可以划分为控制平面和数据通道。
在控制平面上，路由协议可以有不同的类型。
路由器通过路由协议交换网络的拓扑结构信息，依照拓扑结构动态生成路由表。
在数据通道上，转发引擎从输入线路接收IP包后，分析与修改包头，使用转发表查找输出端口，把数据交换到输出线路上。
转发表是根据路由表生成的，其表项和路由表项有直接对应关系，但转发表的格式和路由表的格式不同，它更适合实现快速查找。
转发的主要流程包括线路输入、包头分析、数据存储、包头修改和线路输出。
路由协议详解
3.配置实例
(1)路由器RA的配置 在路由器RA上指定凡是目的地址是 192.168.30.0/24网段的数据包将由RA的串 行接口Serial 0/2(简写为S0/2)发送出去. 具体配置方法如下,在全局配置模式下进 行配置. 方法一:RouterA_config#ip route 192.168.30.0 255.255.255.0 192.168.20.2 方法二:RouterA_config#ip route 192.168.30.0 255.255.255.0 S0/3
内部网关协议和外部网关协议
6.2.3 距离矢量,链路状态路由选择协议
1.距离矢量路由选择协议 距离向量路由选择协议基于距离矢量的路由算 法,也称贝尔曼-福特算法.距离矢量路由选择协议 计算网络中所有链路的向量(即什么方向)和距离 (有多远).它是为小型网络环境设计的,在大型 网络环境下,这类协议在学习路由及保持路由时将 产生较大的流量,占用过多的带宽.距离向量路由 协议在使用跳数作为度量值,来计算到达目的地要 经过的路由器数. 基于距离矢量路由选择算法的路由协议包括RIP, IGRP等.
2.RIP诊断命令
(1)命令:show ip rip (2)命令:show ip protocol (3)命令:debug ip rip
6.5 OSPF协议
6.5.1 OSPF概述 OSPF是open shortest path first(开放最短路由优 先协议)的缩写. 它是IETF(Internet Engineering Task Force, Internet工程任务组)组织开发的一个基于链路状态 的内部网关协议的典型代表.用于在单一自治系统 (autonomous system,AS)内决策路由.与RIP相对, OSPF是链路状态路由协议,而RIP是距离向量路由 协议.链路是路由器接口的另一种说法,因此 OSPF也称为接口状态路由协议.
路由器测试技术方法大全
路由器测试技术方法大全路由器需要连接两个或多个逻辑端口，至少拥有一个物理端口。
路由器根据收到的数据包中网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一条路由器地址或主机地址，并且重写链路层数据包头。
路由表必须动态维护来反映当前的网络拓扑。
路由器通常通过与其他路由器交换路由信息来完成动态维护路由表。
一、测试的目的和内容路由器是通过转发数据包来实现网络互连的设备，可以支持多种协议(例如TCP/IP，SPX/IPX，AppleTalk)，可以在多个层次上转发数据包(例如数据链路层、网络层、应用层)。
路由器需要连接两个或多个逻辑端口，至少拥有一个物理端口。
路由器根据收到的数据包中网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一条路由器地址或主机地址，并且重写链路层数据包头。
路由表必须动态维护来反映当前的网络拓扑。
路由器通常通过与其他路由器交换路由信息来完成动态维护路由表。
(一)路由器分类当前路由器分类方法各异。
各种分类方法有一定的关联，但是并不完全一致。
通常可以按照路由器能力分类、结构分类、网络中位置分类、功能分类和性能分类等方法。
在路由器标准制定中主要按照能力分类，按能力分为高端路由器和低端路由器。
背板交换能力大于20Gbit/s，吞吐量大于20Mbit/s的路由器称为高端路由器。
交换能力在上述数据以下的路由器成为低端路由器。
与此对应，路由器测试规范分为高端路由器测试规范和低端路由器测试规范。
(二)测试目的及内容通过测试路由器，可以了解到哪些路由器能提供最好的性能、路由器在不同负载下的行为、模型化网络使用路由器的设计参数、路由器能否处理突发流量、路由器的性能限制、路由器能否提供不同服务质量、路由器不同体系结构对功能和性能的影响、路由器的功能特性和性能指标、路由器的使用是否影响网络安全、路由器协议实现的一致性以及路由器可靠性和路由器产品的优势和劣势等内容。
低端路由器设备测试主要包括：常规测试，即电气安全性测试;环境测试，包括高低温、湿度测试和高低温存储测试;物理接口测试，测试低端路由器可能拥有接口的电气和物理测性;协议一致性测试，测试协议实现的一致性;性能测试，测试路由器的主要性能;管理测试，主要测试路由器对无大项网管功能的支持。
路由器转发IP数据报的基本过程
路由器转发IP数据报的基本过程1. 路由器的基本概念和作用路由器是一种网络设备，用于在不同网络之间传输数据。
它可以根据网络地址将数据从源地址转发到目的地址。
路由器是网络中的交通警察，负责决定数据的最佳路径并转发数据包。
2. IP数据报的基本结构IP数据报是在网络中传输的基本单位，它包含了源地址、目的地址、数据内容和其他控制信息。
IP数据报的基本结构如下：•版本：标识IP协议的版本，通常为IPv4或IPv6。
•头部长度：指示IP数据报头部的长度。
•服务类型：用于指定数据报的服务质量要求。
•总长度：指示整个IP数据报的长度。
•标识、标志和片偏移：用于分片和重组IP数据报。
•生存时间：指示数据报在网络中可以存活的时间。
•协议：指示IP数据报的上层协议，如TCP、UDP等。
•头部校验和：用于检测IP数据报头部的错误。
•源地址：发送IP数据报的源主机的IP地址。
•目的地址：接收IP数据报的目的主机的IP地址。
•选项：可选字段，用于提供一些附加的功能。
3. 路由器的转发过程路由器的转发过程是指将收到的IP数据报从一个接口转发到另一个接口的过程。
下面是路由器转发IP数据报的基本过程：步骤1：接收数据报路由器从一个接口接收到来自源主机的IP数据报。
步骤2：检查目的地址路由器检查IP数据报的目的地址，以确定数据报的最终目的地。
步骤3：查找路由表路由器使用路由表来决定将数据报转发到哪个接口。
路由表是路由器的重要组成部分，它记录了网络地址与接口之间的映射关系。
步骤4：选择最佳路径路由器根据路由表中的信息选择最佳路径，以确保数据报能够快速、安全地到达目的地。
最佳路径通常是根据距离、带宽和网络拥塞等因素来确定的。
步骤5：转发数据报路由器将数据报从源接口转发到目的接口。
在转发过程中，路由器会根据目的地址修改数据报的目的MAC地址，并重新计算IP数据报的校验和。
步骤6：发送数据报路由器将修改后的数据报发送到下一个接口，继续转发到下一个路由器或目的主机。
路由器基础配置检查及故障排查思路
路由器基础配置检查及故障排查思路路由器作为计算机网络中的重要设备之一，负责数据包的转发和路由选择，是网络通信的关键。
在网络运维过程中，经常需要对路由器进行基础配置检查和故障排查，以确保网络正常运行。
本文将介绍路由器基础配置检查的主要内容和故障排查的思路。
一、基础配置检查1. 物理连接检查：首先，我们需要确认路由器与其他设备之间的物理连接是否正常。
检查电源连接、网线连接、接口状态等，确保设备之间能够正常通信。
2. IP地址配置检查：确认路由器的IP地址配置是否正确，包括管理IP地址、接口IP地址等。
可以通过命令行界面或者网络管理平台查看路由器的配置信息，确保IP地址的子网掩码、网关等参数设置正确。
3. 路由配置检查：验证路由器的路由配置是否正确。
可以通过查看路由表、路由协议状态等，确认路由器是否正确选择了最优路径，并且邻居路由器之间的邻居关系是否建立。
4. 访问控制列表（ACL）配置检查：检查路由器的ACL配置是否正确，确保对于不需要通过路由器的流量能够被过滤掉，提高网络的安全性。
5. NAT配置检查：确认路由器的网络地址转换（NAT）配置是否正确。
NAT用于将私有网络内的IP地址映射到公网IP地址，确保路由器的NAT配置能够正确地将内部IP地址转换为外部IP地址。
二、故障排查思路1. 确认故障现象：首先，我们需要对网络中出现的故障现象进行观察和确认。
比如网络连接中断、数据包丢失等情况，通过观察和收集相关的信息，确立故障的范围和影响。
2. 分析故障可能原因：根据故障现象，分析可能导致故障的原因。
可以考虑硬件故障、配置错误、网络拓扑问题等多种可能性，并根据经验和排查思路进行判断。
3. 验证故障猜测：针对可能的原因，逐一验证猜测。
可以通过Ping命令、Traceroute命令等工具来验证网络的连通性，确认是否存在故障点。
4. 逐步缩小故障范围：在验证故障猜测的过程中，不断缩小故障的范围。
可以通过切换设备、更改配置等方式，排除不可能的原因，逐渐接近故障点。
简述路由的概念
路由的概念什么是路由路由是计算机网络中的一个重要概念，指的是在网络中选择传输数据的路径和方式。
它是实现网络通信和数据传输的基础构建之一。
通过将数据包从源地址发送到目标地址，路由器能够在网络中进行转发和选择最佳路径。
路由器的作用路由器是实现路由功能的网络设备。
它通过分析数据包的目标地址，将数据包转发到目标网络中的下一个节点。
路由器能够根据网络拓扑和路由表来选择最佳路径，实现数据的快速传输。
路由器在互联网中起到了承载数据、转发数据和连接不同网络的重要作用。
路由器的作用主要包括： - 转发数据：路由器能够根据数据包的目标地址，将数据包转发到下一个节点。
- 路由选择：路由器中的路由选择算法可以帮助选择最佳路径，确保数据包的快速传输和可靠性。
- 网络分割：路由器可以将一个网络划分为多个子网，实现网络的分层和管理。
路由表在路由器中，路由表被用于存储网络地址和下一跳的关系。
路由表中的每一项记录了目标网络地址和下一跳地址之间的对应关系。
当接收到数据包时，路由器会根据路由表中的信息进行转发决策，将数据包发送到合适的出接口。
路由表的构建可以基于静态路由或动态路由协议，通过路由协议的交互和路由算法的计算来更新和维护路由表。
路由算法路由算法是用来确定数据包在网络中传输的最短路径或最佳路径的算法。
常用的路由算法包括距离矢量算法（Distance Vector）、链路状态算法（Link State）、路径向量算法（Path Vector）等。
- 距离矢量算法：距离矢量算法采用分散式计算的方式，每个节点只知道与邻居节点的距离信息，然后根据最小距离选择下一跳节点。
常用的距离矢量算法有RIP（Routing Information Protocol）和EIGRP （Enhanced Interior Gateway Routing Protocol）。
- 链路状态算法：链路状态算法中的每个节点都会向网络中的其他节点发送链路状态信息，然后综合所有节点的信息，计算出最短路径。
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试验要求：R1 R2不使用动态路由协议。
使得R1looback 0上的地址 ping 通 R2looback0上的地址试验目的：验证路由转发和路由表之间的关系。
试验步骤如下：基本配置：R1：Router>enRouter#enabelRouter(config)#hostname R1R1(config)#interface s0/0R1(config-if)#ip address 2.2.2.2 255.255.255.0R1(config-if)#no shutdownR1(config)#interface looback0R1(config-if)#ip address 1.1.1.1 255.255.255.0R2：Router>enRouter#enabelRouter(config)#hostname R2R2(config)#interface s0/0R2(config-if)#ip address 3.3.3.3 255.255.255.0R2(config-if)#no shutdownR2(config)#interface looback0R2(config-if)#ip address 4.4.4.4 255.255.255.0解决方案一：同时在R1 R2的全局模式下no ip routing 关闭路由功能测试：R1#ping 4.4.4.4 sou 1.1.1.1Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 4.4.4.4, timeout is 2 seconds: Packet sent with a source address of 1.1.1.1!!!!!Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 4/41/64 ms R1#*Mar 1 00:24:10.075: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1 *Mar 1 00:24:10.139: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 00:24:10.167: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 00:24:10.171: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 00:24:10.227: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1测试结果R1的1.1.1.1 ping 通 R2的2.2.2.2方法总结：no ip routing 关闭路由功能，使得数据在转发时不在使用路由表转发就可以直接发送出去。
解决方案二在R1上配置一条到达目标网络4.4.4.0/24的静态路由R1(config)#ip route 4.4.4.0 255.255.255.0 3.3.3.3配置如上命令时发现路由没有在路由表中生成。
原因路由写入路由表中必须满足以下要求：1.有目标网络或地址2.有掩码长度3.有可达的下一跳地址在R1上配置ip route 4.4.4.0 255.255.255.0 3.3.3.3这条静态路由的下一跳不可达，因此先要解决下一跳不可达的问题，在R1上在追加一条到达下一跳的静态路由R1(config)#ip route 3.3.3.3 255.255.255.255 s0/0同时再次配置：R1(config)#ip route 4.4.4.0 255.255.255.0 3.3.3.3由上可知因先配置到达下一跳的路由再配置到达目标的路由查看R1的路由表：R1#sh ip routeCodes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGPD - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter areaN1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static routeGateway of last resort is not set1.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 1.1.1.0 is directly connected, Loopback02.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 2.2.2.0 is directly connected, Serial0/03.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnetsS 3.3.3.3 is directly connected, Serial0/04.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsS 4.4.4.0 [1/0] via 3.3.3.3查看路由表可以看到现在路由表中生成两条静态路由，一条到达目标，一条到达下一跳。
如以上步骤配置R2R2(config)#ip route 2.2.2.2 255.255.255.255 s0/0R2(config)#ip route 1.1.1.0 255.255.255.0 2.2.2.2查看R2路由表R2#sh ip rouCodes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGPD - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter areaN1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static routeGateway of last resort is not set1.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsS 1.1.1.0 [1/0] via 2.2.2.22.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnetsS 2.2.2.2 is directly connected, Serial0/03.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 3.3.3.0 is directly connected, Serial0/04.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 4.4.4.0 is directly connected, Loopback0完成以上配置在R1上测试R1#ping 4.4.4.4 source 1.1.1.1Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 4.4.4.4, timeout is 2 seconds:Packet sent with a source address of 1.1.1.1!!!!!Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 28/56/88 msR1#*Mar 1 00:50:15.563: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 00:50:15.635: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 00:50:15.703: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 00:50:15.735: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 00:50:15.767: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1测试结果R1的1.1.1.1 ping 通 R2的2.2.2.2方法总结：这是路由表的递归查询原理，路由器先查找到达目标网络的路由，如果路由的下一跳可达就将数据转发出去。
如果到达目标的路由的下一跳不可达时，路由器就会再次查找是否有到达下一跳的路由，如果找到有到达下一跳的路由即转发出去，如果没有就丢弃。
解决方案三：在R1 R2，配置一条静态路由如下：R1(config)#ip route 4.4.4.0 255.255.255.0 s0/0 3.3.3.3查看路由表R1#sh ip routeCodes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGPD - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter areaN1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static routeGateway of last resort is not set1.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 1.1.1.0 is directly connected, Loopback02.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 2.2.2.0 is directly connected, Serial0/04.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsS 4.4.4.0 [1/0] via 3.3.3.3, Serial0/0由路由表可以看出R1到达4.4.4.0 的下一跳是3.3.3.3 从s0/0接口转发出去R2R2(config)#ip route 1.1.1.0 255.255.255.0 s0/0 2.2.2.2查看路由表R2#sh ip routeCodes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGPD - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter areaN1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static routeGateway of last resort is not set1.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsS 1.1.1.0 [1/0] via 2.2.2.2, Serial0/03.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 3.3.3.0 is directly connected, Serial0/04.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnetsC 4.4.4.0 is directly connected, Loopback0由路由表可以看出R2到达1.1.1.0 的下一跳是2.2.2.2 从s0/0接口转发出去在R1上测试R1#ping 4.4.4.4 sou 1.1.1.1Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 4.4.4.4, timeout is 2 seconds:Packet sent with a source address of 1.1.1.1!!!!!Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 32/50/64 msR1#*Mar 1 01:07:51.583: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 01:07:51.643: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 01:07:51.703: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 01:07:51.735: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1*Mar 1 01:07:51.771: ICMP: echo reply rcvd, src 4.4.4.4, dst 1.1.1.1测试结果R1的1.1.1.1 ping 通 R2的2.2.2.2方法总结：在高版本中静态路由可以书写成 ip route 目标网络掩码出接口下一跳的形式。