数据通信2020.pdf

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1、路由基础V1.13基本概念4路由器工作原理5IP路由过程1网络层介绍网络层介绍6VLAN路由2路由器的定义与作用路由器的定义与作用OSI七层模型网络层（七层模型网络层（Network Layer）网络层（Network Layer）负责寻址，追踪设备在网络上的位置，决定传送数据的最佳路径（路由选择），这意外着网络层必须能够在不同地域的设备之间传输数据，转发数据包。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。TELNETTELNETSMTPSMTPDNSDNSFTPFTPTFTPTFTPTCPTCPUDPUDPICMPICMPIPIPARPARPRARPRARP网络接口层网络接口层TCP/I

2、P协议族Internet Protocol(IP)地址解析地址解析/反向解析协议（反向解析协议（ARP/RARP）互联网控制消息协议（）互联网控制消息协议（ICMP）Internet Protocol(IP)地址解析地址解析/反向解析协议（反向解析协议（ARP/RARP）互联网控制消息协议（）互联网控制消息协议（ICMP）应用层传输层网络层网络接口层应用层传输层网络层网络接口层网络层IP数据包格式Version(4)Destination IP Address(32)Options(0 or 32 if any)Data(varies if any)1Bit 0Bit 15Bit 16Bit

3、31HeaderLength(4)Priority&Typeof Service(8)Total Length(16)Identification(16)Flags(3)Fragment offset(13)Time to live(8)Protocol(8)Header checksum(16)Source IP Address(32)20Bytes协议类型字段?决定目的地的上层协议类型传输层网络层传输层网络层TCPUDP协议号协议号IP176错误消息；询问消息；IP辅助协议ICMP?ICMP是一种集差错报告与控制于一身的协议。在所有TCP/IP主机上都可实现ICMP。ICMP消息被封装在I

4、P数据报里，用来发送差错和控制信息。消息传递可发生在主机、路由器，主机、主机或路由器、路由器之间。ICMP报文的接收者根据报文类型采取相应的措施。?ICMP消息类型：网络控制消息协议(ICMP)ApplicationTransportInternetData LinkPhysicalPingTracertICMP1ICMP 测试?目的地不可达主机或端口不可达网络不可达Host A我不知道如何到达我不知道如何到达 Z.发送发送 ICMP.To Z目的地不可达发送数据给目的地不可达发送数据给 Z.DataNetworkICMP测试?由Ping命令产生的回声应答A我在这儿我在这儿.ICMP回声应答回

5、声应答B可到达吗可到达吗?BICMP 回声请求回声请求 地址解析协议（地址解析协议（ARP协议）协议）是用来将一个已知的IP地址解析或映射到MAC子层地址，以便能在多路访问介质上进行通信。ABIP辅助协议ARP?主机A广播一条ARP请求报文（广播包），请求主机B的物理地址；?主机B收到ARP请求报文，向主机A发送一条ARP应答报文，主机B的物理地址包含在应答报文中；?主机A收到主机B发出的应答报文，得到B的物理地址。ARP工作机制172.16.3.1172.16.3.2IP:172.16.3.2=?IP:172.16.3.2=?我需要我需要IP地址为地址为172.16.3.2主机的主机的MAC

6、地址，我的物理地址地址，我的物理地址00d0.d011.9527ARP工作机制172.16.3.1172.16.3.2IP:172.16.3.2=?IP:172.16.3.2=?我听到广播包了，这个目的我听到广播包了，这个目的IP地址是我的，我该回应地址是我的，我该回应MAC地址给它。地址给它。我需要我需要IP地址为地址为172.16.3.2主机的主机的MAC地址，我的物理地址地址，我的物理地址00d0.d011.9527ARP工作机制172.16.3.1IP:172.16.3.2 Ethernet:00d0.d020.1111 IP:172.16.3.2 Ethernet:00d0.d020

7、.1111 172.16.3.2IP:172.16.3.2=?IP:172.16.3.2=?我需要我需要IP地址为地址为176.16.3.2主机的物理地址这是我主机的物理地址这是我MAC地址；顺便把它的地址；顺便把它的MAC记下来吧记下来吧ARP工作机制172.16.3.1IP:172.16.3.2 Ethernet:00d0.d020.1111 IP:172.16.3.2 Ethernet:00d0.d020.1111 172.16.3.2IP:172.16.3.2=?IP:172.16.3.2=?快点把它的快点把它的MAC地址记下来地址记下来3基本概念4路由器工作原理5IP路由过程2路由器

8、的定义与作用路由器的定义与作用6VLAN路由1网络层介绍网络层介绍路由器的定义和作用?路由器用于网络互连的设备?路由器的核心作用是实现网络互连，数据转发?路由（寻径）：路由表建立、刷新?交换(转发forewording)：在网络之间转发分组数据?隔离广播，指定访问规则?异种网络互连IP网络数据传输：逐跳转发、尽力而为数据包4路由器工作原理5IP路由过程6VLAN路由2路由器的定义与作用路由器的定义与作用3基本概念基本概念1网络层介绍网络层介绍路由表?路由器为执行数据转发、路径选择所需要的信息被包含在路由器的一个表项中，称为“路由表”?当路由器检查到包的目的IP地址时，它就可以根据路由表的内容决

9、定包应该转发到哪个下一跳地址上去。?路由表被存放在路由器的RAM上路由表的构成路由表的构成路由表的构成?目的网络地址（Dest）目的网络地址（Dest）?掩码（Mask）掩码（Mask）?下一跳地址（Gw）下一跳地址（Gw）?发送的物理端口（interface）发送的物理端口（interface）?路由信息的来源（Owner）路由信息的来源（Owner）?路由优先级（pri）路由优先级（pri）?度量值（metric）度量值（metric）路由表的构成路由表构成示例172.16.8.0-目的逻辑网络地址或子网地址255.255.255.0 -目的逻辑网络地址或子网地址的网络掩码1.1.1.1

10、-下一跳逻辑地址fei_0/1.1-学习到这条路由的接口和数据的转发接口static-路由器学习到这条路由的方式1-路由优先级0-Metric 值DestMask GwInterface Owner pri metric172.16.8.0 255.255.255.0 1.1.1.1 fei_0/1 static 1 0路由表的建立和维护路由表最开始是如何建立起来的？在路由表建立起来之后，是如何进行维护的？路由分类直连路由静态路由缺省路由直连路由静态路由缺省路由动态路由动态路由192.168.0.1/30192.168.0.2/3010.0.0.1/24172.16.0.1/24192.168

11、.0.1/30192.168.0.2/3010.0.0.1/24172.16.0.1/24IPv4 Routing Table:DestMask GwInterface Owner primetric10.0.0.0 255.255.255.0 10.0.0.1 fei_0/1 direct 0 010.0.0.1 255.255.255.255 10.0.0.1 fei_0/1 address 0 0192.168.0.0 255.255.255.252 192.168.0.1 e1_1 direct 0 0192.168.0.1 255.255.255.255 192.168.0.1 e1

12、_1 address 0 0ZXR10#直连路由?直连路由?当接口配置了网络协议地址并状态正常时，接口上配置的网段地址自动出现在路由表中并与接口关联，并随接口的状态变化在路由表中自动出现或消失ABfei_0/1e1_1静态路由配置ip route 10.0.0.0 255.0.0.0 172.16.2.2这是一条单向路由，还需要在对方的路由器上配置一条相反的路由这是一条单向路由，还需要在对方的路由器上配置一条相反的路由。Stub Network172.16.2.1S0172.16.1.0B172.16.2.2Network10.0.0.0BA缺省路由示例缺省路由示例缺省(默认)路由配置Stub

13、 Networkip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.2.2172.16.2.1S0172.16.1.0B172.16.2.2Network这条路由可以配置在只有一条出口的这条路由可以配置在只有一条出口的“根状网络根状网络”的出口路由器上，可以访问的出口路由器上，可以访问“未知的未知的”目的网络。目的网络。AB路由协议是运行在路由器上的软件进程，与其他路由器上相同路由协议之间交换路由信息，学习非直连网络的路由信息，加入路由表。并且在网络拓扑结构变化时自动调整，维护正确的路由信息。路由协议是运行在路由器上的软件进程，与其他路由器上相同路由协议之间交换路由信息，学习非直连

14、网络的路由信息，加入路由表。并且在网络拓扑结构变化时自动调整，维护正确的路由信息。RIPOSPFRIPOSPF1.0.0.0/82.0.0.0/83.0.0.0/8动态路由RIPOSPF路由表路由表10.0.0.0/16 fei_1/1注意：必须是完全相同的一条路由才进行路由优先级的比较注意：必须是完全相同的一条路由才进行路由优先级的比较10.0.0.0/16 fei_1/310.0.0.0/16 fei_1/3路由优先级?从路由优先级最高（优先级数值最小）的协议获取的路由被优先选择加入路由表中。Connected interface 0Static route 1External BGP20

15、OSPF110IS-IS 115RIP v1,v2120Internal BGP200Special(内部处理使用内部处理使用)255Connected interface 0Static route 1External BGP20OSPF110IS-IS 115RIP v1,v2120Internal BGP200Special(内部处理使用内部处理使用)255Route SourceRoute SourceRoute SourceDefault priorityDefault priorityDefault priority各种路由协议缺省优先级Network10M专线专线DDN有备份链路

16、的情况下如何设置路由？fei_1/1178.1.1.1177.1.1.1路由优先级应用-浮动静态路由ZXR10(config)#ip route 10.0.0.0 255.0.0.0 177.1.1.1ZXR10(config)#ip route 10.0.0.0 255.0.0.0 178.1.1.1 5 tag 200Network10M专线专线DDNfei_1/1177.1.1.1178.1.1.1浮动静态路由配置最长匹配原则10.1.1.1?ZXR10#show ip routeIPv4 Routing Table:DestMask GwInterface Owner primetri

17、c1.0.0.0 255.0.0.0 1.1.1.1 fei_0/1.1 direct 0 01.1.1.1 255.255.255.255 1.1.1.1 fei_0/1.1address 0 02.0.0.0 255.0.0.0 2.1.1.1 fei_0/1.2 direct 0 02.1.1.1 255.255.255.255 2.1.1.1 fei_0/1.2address 0 03.0.0.0 255.0.0.0 3.1.1.1 fei_0/1.3 direct 0 03.1.1.1 255.255.255.255 3.1.1.1 fei_0/1.3address 0 010.0.

18、0.0 255.0.0.0 1.1.1.1 fei_0/1.1 ospf110 1010.1.0.0 255.255.0.0 2.1.1.1 fei_0/1.2 static 1 010.1.1.0 255.255.255.0 3.1.1.1 fei_0/1.3 rip 120 50.0.0.0 0.0.0.0 1.1.1.1 fei_0/1.1 static 0 023546基本概念路由器工作原理路由器工作原理IP路由过程路由器的定义与作用VLAN路由1网络层介绍网络层介绍4路由器工作原理5IP路由过程6VLAN路由2路由器的定义与作用路由器的定义与作用3基本概念基本概念1网络层介绍网络层介

19、绍路由器的工作原理?路由功能：学习和维护网络拓扑结构知识的机制，产生和维护路由表?交换/转发功能：数据在路由器内部移动与处理的过程（从路由器一个接口输入，然后选择合适接口输出、做帧的解封装与封装，并对包做相应处理）路由功能学习和维持网络拓扑结构知识的机制被认为是路由功能。完成路由功能需要的几个基本信息：目的地址是否已存在?从哪个端口发送出去？下一跳地址是什么？帧校验并缓存数据包帧校验并缓存数据包进入接口进入接口将目的地逻辑地址与下一跳逻辑设备和外出接口相关联将目的地逻辑地址与下一跳逻辑设备和外出接口相关联路由表路由表将下一跳逻辑设备与物理地址相关联以生成帧头将下一跳逻辑设备与物理地址相关联以生

20、成帧头ARP缓存（局域网）缓存（局域网）封装数据包并转发帧封装数据包并转发帧外出接口外出接口由路由协议维护由路由协议维护由由ARP或逆向或逆向ARP进程所维护进程所维护映射列表（广域网）映射列表（广域网）交换/转发功能Routing processRouting processRouting processRouting processRouting tableForwardingprocess基于目的地址查找路由条目遵循最长匹配原则基于路由优先级向路由表加入路由路由协议学习所有可能的路由，基于metric值选择最佳路由路由器工作过程总结13245基本概念路由器工作原理IP路由过程路由过程路由

21、器的定义与作用VLAN路由同一网络内部的通信?我们从简单的问题开始讨论：在同一网络内部的通信。为了便于讨论，不妨假设“IP层眼中的网络”一图中，网络A是一个以太网，内部有两台主机想要互相通信：网络AHub通向路由器1通信需求通信过程图示HubIP地址：地址：192.168.1.2MAC地址：地址：00:20:AF:00:00:02IP地址：地址：192.168.1.1MAC地址：地址：00:20:AF:00:00:01以 太网以 太网IP层层上层协议这里无需考虑上层协议这里无需考虑封装封装IP包包发往包包发往IP地址地址192.168.1.2以 太网以 太网IP层层封装封装MAC帧帧发往帧帧发

22、往MAC地址地址00:20:AF:00:00:02封装封装MAC帧收到帧收到MAC帧帧ARP拆封拆封IP包收到包收到IP包包AB网络情况协议层次不同网络之间的通信?了解了同一网络内部的通信之后，我们再来看不同网络之间的通信。假设“IP层眼中的网络”一图中，网络A中有一台主机想要和网络B中一台主机通信，而网络A是一个以太网，网络B是一个X.25网络：网络网络B网络网络A路由器路由器1通信需求通信需求以 太网以 太网以太网接口以太网接口不同网段的通信过程以 太网以 太网IP层层上层协议这里无需考虑上层协议这里无需考虑MAC帧IP层层串行接口串行接口以太网接口以太网接口IP层层网络情况协议层次PPP

23、分组分组IP包包IP包发送端主机包发送端主机A接收端主机接收端主机B路由器路由器EthernetPPPHOST AHOST Bfei-1/1e1_2/1Ethernetfei-1/1e1_2/1上层协议这里无需考虑上层协议这里无需考虑IP层层路由器路由器PPP帧IP包包IP包包串行接口串行接口MAC帧IP包包IP包包判断与对端是否处于同一网段检查ARP表是否有对端的MAC地址做数据链路层封装（目的MAC为对端MAC地址）通过物理层发送数据通过ARP获得对端MAC地址YESNOYESNO是否配置了缺省网关？YES检查ARP表是否有网关MAC地址做数据链路层封装（目的MAC为网关MAC地址）通过A

24、RP获得网关MAC地址NO发送错误信息YESNOEnd获取对端IP地址通信流程IP通信流程基本概念?IP通信流程基本概念?IP通讯是基于 hop by hop 的方式?从源到目的之间源IP和目的IP地址保持不变?每经过一个数据链路层，数据链路层封装都要做相应的重新封装?返回的数据选路与到达的数据选路无关?路由器每一个端口处于一个冲突域?每一个端口处于一个广播域网络层协议的操作XYApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalApplicationPresentationSessionTransportNetwork

25、Data LinkPhysicalABCXYNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalA AB BC C路由过程示例路由过程示例192.168.6.0/24192.168.2.0/24e1_1e1_1fei_1/1192.168.2.3 192.168.1.0/24192.168.3.0/24192.168.3.3192.168.4.1/24R1R2R3R1 路由表192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.4.1 e1_1 direct 0 0 192.168.2.0

26、 255.255.255.0 192.168.2.1 fei_1/1 direct 0 0192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.4.2 e1_1 rip 120 1192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.4.2 e1_1 rip 120 1 R1 路由表192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.4.1 e1_1 direct 0 0 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.2.1 fei_1/1 direct 0 0192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.

27、4.2 e1_1 rip 120 1192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.4.2 e1_1 rip 120 1 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.4.2 e1_1 rip 120 2192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.4.2 e1_1 rip 120 2e1_2e1_1fei_1/1fei_1/1目的地址为:192.168.3.3目的地址为:192.168.3.3AB192.168.4.2/241.目的地址为:192.168.3.31.目的地址为:192.168.3.3192.168.6.2/241

28、92.168.2.0/24192.168.2.3 192.168.1.0/24192.168.3.0/24192.168.3.3192.168.4.0/24R1R2R3R2 路由表192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.4.2 e1_1 direct 0 0 192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_2 direct 0 0192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.1 fei_1/1 direct 0 0192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.4.1 e1_1 rip

29、120 1R2 路由表192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.4.2 e1_1 direct 0 0 192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_2 direct 0 0192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.1 fei_1/1 direct 0 0192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.4.1 e1_1 rip 120 1192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.6.2 e1_2 rip 120 1192.168.3.0 255.255.25

30、5.0 192.168.6.2 e1_2 rip 120 1e1_1e1_1fei_1/1e1_2e1_1fei_1/1fei_1/1目的地址为:192.168.3.3目的地址为:192.168.3.3路由过程示例（续）192.168.6.1/24路由过程示例（续）192.168.6.0/24192.168.2.0/24192.168.2.3 192.168.1.0/24192.168.3.0/24192.168.3.3192.168.4.0/24R1R2R3R3 路由表R3 路由表192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.3.1 fei_1/1 direct 0 0

31、192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.3.1 fei_1/1 direct 0 0192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.6.2 e1_1 direct 0 0192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_1 rip 120 1192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_1 rip 120 1192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_1 rip 120 2192.168.6.0 255.255.255.0 192.168.6

32、.2 e1_1 direct 0 0192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_1 rip 120 1192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_1 rip 120 1192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.6.1 e1_1 rip 120 2反方向数据包的转发流程？e1_1e1_1fei_1/1e1_2e1_1fei_1/1fei_1/1目的地址为:192.168.3.3目的地址为:192.168.3.313254基本概念路由器工作原理IP路由过程路由器的定义与作用VLAN路由路由VLAN

33、 oneVLAN twoVLAN three方式一普通路由方式二单臂路由方式三三层/多层交换机VLAN oneVLAN twoVLAN threefei_1/1fei_1/3fei_1/2VLAN oneVLAN twoVLAN three802.1Q trunkencapsulationfei_0/1.1fei_0/1.2 fei_0/1.3VLAN间路由VLAN oneVLAN twoVLAN threefei_1/1fei_1/3配置：路由器上在多个物理接口配置不同VLAN缺省网关IP地址，交换机上的端口设置为ACCESS PORT，分别属于不同的VLAN特点：需要多个路由器物理接口，成

34、本高灵活性与可扩展性差fei_1/2方式一：普通路由VLAN oneVLAN twoVLAN three802.1Q trunkencapsulationfei_0/1.1fei_0/1.2 fei_0/1.3ZXR10(config)#interface fei_0/1.1ZXR10(config-subif)#encapsulation dot1Q 1ZXR10(config-subif)#ip add 1.1.1.1 255.0.0.0ZXR10(config)#interface fei_0/1.2ZXR10(config-subif)#encapsulation dot1Q 2ZXR

35、10(config-subif)#ip add 2.1.1.1 255.0.0.0ZXR10(config)#interface fei_0/1.3ZXR10(config-subif)#encapsulation dot1Q 3ZXR10(config-subif)#ip add 3.1.1.1 255.0.0.0方式二：单臂路由?配置：?在路由器单个物理接口配置多个子接口,做802.1Q封装，不同子接口配置不同VLAN的缺省网关IP地址，交换机上的端口设置为802.1Q trunk VLAN oneVLAN twoVLAN three802.1Q trunkencapsulationfei

36、_0/1.1fei_0/1.2 fei_0/1.3ZXR10(config)#interface fei_0/1.1ZXR10(config-subif)#encapsulation dot1Q 1ZXR10(config-subif)#ip add 1.1.1.1 255.0.0.0ZXR10(config)#interface fei_0/1.2ZXR10(config-subif)#encapsulation dot1Q 2ZXR10(config-subif)#ip add 2.1.1.1 255.0.0.0ZXR10(config)#interface fei_0/1.3ZXR10(

37、config-subif)#encapsulation dot1Q 3ZXR10(config-subif)#ip add 3.1.1.1 255.0.0.0方式二：单臂路由?特点：?只需要一个路由器物理接口，成本低 可扩展性好,需要路由器支持trunk封装VLAN oneVLAN twoVLAN threeZXR10(config)#interface vlan 1ZXR10(config-subif)#ip add 1.1.1.1 255.0.0.0ZXR10(config)#interface vlan 2ZXR10(config-subif)#ip add 2.1.1.1 255.0.0.0ZXR10(config)#interface vlan 3ZXR10(config-subif)#ip add 3.1.1.1 255.0.0.0方式三：三层/多层交换机方式?特点：?同一机架内集成了路由与交换功能 可见接口都是二层端口（port）需创建三层接口（interface）并与vlan关联?配置：?为每个VLAN配置逻辑接口（interface）其IP地址为对应VLAN的缺省网关地址路由器的定义与作用基本概念路由器工作原理IP路由过程VLAN路由本章内容回顾