您好,欢迎访问三七文档
Sub-M1路由基础单元能力标准能力要素实作标准掌握路由器的定义、作用及工作原理;了解IP通信的路由过程、不同网段之间的通信过程、VLAN路由过程掌握路由器的定义、作用及工作原理教材应用指南分三部分:(学生预习,课堂讲解)章节说明知识介绍部分(材料中有说明)自我评估单元内容描述路由器的定义、作用及工作原理IP通信及不同网段之间通信的路由过程VLAN路由过程学习前需要具备的知识/技能具备简单通信、网络常识、对通信网络有一定认识前期学习《计算机网络技术基础》、《现代通信原理》、《数字与数据通信》教学资源准备教学参考资料设备与设施教材《数据通信网络技术》多媒体教室、数据实验室单元教学方法建议预习评估课堂讲解激励问答角色扮演小组讨论预习题:路由器有哪些作用?简述路由器的工作原理。比较相同网段与不同网段间的通信。什么叫IP通信?它有什么优点?实现VLAN间路由有哪些方式?1.1路由器的定义现在Internet上的应用已经非常广泛,从早期的远程登陆和文件传输,到现在的电子邮件,Web浏览等。Internet网络就是这些应用的基础设施,是一组互相连接的网络。每一个单独的网络都有它自己的网络号,网络号对于特定的互连网络必须是唯一的。随着网络的发展,每台计算机要跟踪互联网络上其他每台计算机的地址是很不适宜的,必须有一些方案来减少每台计算机和其他每台计算机通信必须拥有的信息量。因此,我们将一个互连网络分成许多分离的但互相连接的网络,使得网络计算机只需跟踪互连网络上的一些网络计算机,而不必跟踪每一台网络计算机。路由器就是负责完成这种分离网络工作的设备。目前路由器已经广泛应用于各行各业,各种不同档次的产品已经成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。一般来说,在路由过程中,信息至少会经过一个或多个中间节点。早在40多年之前就已经出现了对路由技术的讨论,但是直到80年代路由技术才逐渐进入商业化的应用。路由技术之所以在问世之初没有被广泛使用主要是因为80年代之前的网络结构都非常简单,路由技术没有用武之地。直到最近十几年,大规模的互联网络才逐渐流行起来,为路由技术的发展提供了良好的基础和平台。路由器是用于连接不同网络的专用计算机设备,在不同网络间转发数据单元,是互连网络的枢纽、交通警察。我们这样来打个比喻:如果把Internet的传输线路看作一条信息公路的话,组成Internet的各个网络相当于分布于公路上各个信息城市,它们之间传输的信息(数据)相当于公路上的车辆,而路由器就是进出这些城市的大门和公路上的驿站,它负责在公路上为车辆指引道路和在城市边缘安排车辆进出。因此,作为不同网络之间互相连接的枢纽,路由器系统构成了基于TCP/IP的国际互连网络Internet的主体脉络,是Internet的骨架。在园区网、地区网、乃至整个Internet研究领域中,路由器技术始终处于核心地位,其发展历程和方向,成为整个Internet研究的一个缩影。由于未来的宽带IP网络仍然使用IP协议来进行路由(或基于该路由技术的某些改进),路由器将扮演着重要的角色。路由器之所以在互连网络中处于关键地位,是因为它处于网络层,一方面它屏蔽了下层网络的技术细节,能够跨越不同的物理网络类型(DDN、FDDI、以太网等等),使各类网络都统一为IP,这种一致性使全球范围用户之间的通信成为可能;另一方面在逻辑上将整个互连网络分割成逻辑上独立的网络单位,使网络具有一定的逻辑结构。同时路由器还负责对IP包进行灵活的路由选择,把数据逐段向目的地转发,使全球范围用户之间的通信成为现实。这里面所说的不同网络指的是运行同一通讯协议(如IP或IPX)的不同逻辑网段。其数据链路层协议可以相同,也可以不同,如路由器可以在以太网之间做数据转发,也可以在以太网与FrameRelay网络之间进行数据转发,但其上层(网络层)协议必须一致。路由器不能在不同的三层网络之间做数据转发,如路由器不能在IP与IPX网络之间做数据转发。1.2路由器的作用路由器的核心作用是实现网络互连,在不同网络之间转发数据单元。为实现在不同网络间转发数据单元的功能,路由器必须具备以下条件。首先,路由器上多个三层接口要连接不同的网络上,每个三层接口连接到一个逻辑网段。这里面所说的三层接口可以是物理接口,也可以是各种逻辑接口或子接口。在实际组网中确实存在只有一个接口的情况,这种方式我们称之为单臂路由,单臂路由应用很少。其次,路由器协议至少向上实现到网络层,路由器工作在网络层,根据目的网络地址进行数据转发,所以协议至少向上实现到网络层。再次,路由器必须具有存储、转发、寻径功能。下面将路由器需要要具备得主要功能解释如下:路由功能(寻径功能):包括路由表的建立、维护和查找。交换功能:路由器的交换功能与以太网交换机执行的交换功能不同,路由器的交换功能是指在网络之间转发分组数据的过程,涉及到从接收接口收到数据帧,解封装,对数据包做相应处理,根据目的网络查找路由表,决定转发接口,做新的数据链路层封装等过程。隔离广播、指定访问规则:路由器阻止广播的通过。并且可以设置访问控制列表(ACL)对流量进行控制。异种网络互连:支持不同的数据链路层协议,连接异种网络。子网间的速率匹配:路由器有多个接口,不同接口具有不同的速率,路由器需要利用缓存及流控协议进行速率适配。对于不同规模的网络,路由器作用的侧重点有所不同:在骨干网上,路由器的主要作用是路由选择。骨干网上的路由器,必须知道到达所有下层网络的路径。这需要维护庞大的路由表,并对连接状态的变化作出尽可能迅速的反应。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。在地区网中,路由器的主要作用是网络连接和路由选择,即连接下层各个基层网络单位---园区网,同时,负责下层网络之间的数据转发。在园区网内部,路由器的主要作用是分隔子网。早期的互连网基层单位是局域网,其中所有主机处于同一个逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大,局域网演变成以高速骨干和路由器连接的多个子网所组成的园区网。在其中,各个子网在逻辑上独立,而路由器就是唯一能够分隔它们的设备,它负责子网间的报文转发和广播隔离,在边界上的路由器则负责与上层网络的连接。1.3路由器的工作原理路由器被认为执行两个最重要的基本功能:路由功能与交换功能。路由器的工作流程大致是指路由器从一个端口收到一个报文后,去除链路层封装,交给网络层处理。网络层首先检查报文是否是送给本机的,若是,去掉网络层封装,送给上层协议处理。若不是,则根据报文的目的地址查找路由表,若找到路由,将报文交给相应端口的数据链路层,封装端口对应的链路层协议后,发送报文。若找不到路由,将报文丢弃。路由器查找的路由表,可以是管理员手工配置的,也可以是通过动态路由协议自动学习形成的。为了实现正确的路由功能,路由器必须负责管理维护路由表的工作。路由器的交换/转发功能指的是数据在路由器内部移动与处理的过程:从路由器一个接口接收,然后选择合适接口转发,其间做帧的解封装与封装,并对数据包做相应处理。1.3.1路由功能完成路由功能需要路由器学习与维护以下几个基本信息:首先需要知道被路由协议的是什么。一旦在接口上配置了IP地址,子网掩码,即在接口上启动了IP协议,缺省情况下IP路由是打开的,路由器一旦在接口上配置了三层的地址信息并且接口状态正常就可以利用这个接口转发数据包。目的网络地址是否已存在。通常IP数据包的转发依据是目的网络地址,路由表中必须有能够匹配得上的路由条目才能够转发此数据包,否则此IP数据包将被路由器丢弃。路由表中还包含为将数据包转发至目的网络需要将此数据包从哪个端口发送出和应转发到那一个下一跳地址等信息。1.3.2交换/转发功能路由器的交换/转发功能指的是数据在路由器内部移动与处理的过程:从路由器一个接口接收,然后选择合适接口转发,其间做帧的解封装与封装,并对包做相应处理。首先当一个数据帧到达某一端口,端口对帧进行CRC校验并检查其目的数据链路层地址是否与本端口符合,如通过检查则去掉帧的封装并读出IP数据包中的目的地址信息,查询路由表,决定转发接口与下一跳地址。获得了转发接口与下一跳地址信息后路由器将查找缓存中是否已经有了在外出接口上进行数据链路层封装所需的信息,如果没有这些信息路由器将通过适当的进程获得这些信息:外出接口如果是以太网将通过ARP协议获得下一跳IP地址所对应的MAC地址;而如果外出接口是广域网接口将通过手工配置或自动实现的映射过程获得相应的2层地址信息。然后做新的数据链路层封装并依据外出接口上所做的QOS策略入相应的队列,等待端口空闲进行数据转发。1.4同一网络内部的通信这章主要讲解IP路由的通信过程,我们从简单的问题开始学起:在同一网络内部的通信。为了便于学习,我们来借助下图,网络A是一个以太网,内部有两台主机想要互相通信:首先主机A通过本机的HOSTS表或WINS系统或DNS系统先将主机B的计算机名转换为IP地址,然后用自己的IP地址与子网掩码计算出自己所处的网段,比较目的主机B的IP地址,发现与自己是处于相同的网段。于是在自己的ARP缓存中查找是否有主机B的MAC地址,如果能找到就直接做数据链路层封装并通过网卡将封装好的以太数据帧发送到物理线路上去;如果ARP缓存表中没有主机B的MAC地址,主机A将启动ARP协议通过在本地网络上的ARP广播来查询主机B的MAC地址,获得主机B的MAC地址后写入ARP缓存表、进行数据链路层封装、发送数据。如下图。1.5不同网段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:如下图:不同的数据链路层网络必须分配不同网段的IP地址并且由路由器将其连接起来。主机A通过本机的HOSTS表或WINS系统或DNS系统先将主机B的计算机名转换为IP地址,然后用自己的IP地址与子网掩码计算出自己所处的网段,比较目的主机B的IP地址,发现与自己处于不同的网段。于是主机A将知道应该将此数据包发送给自己的缺省网关,即路由器的本地接口。主机A在自己的ARP缓存中查找是否有缺省网关的MAC地址,如果能找到就直接做数据链路层封装并通过网卡将封装好的以太数据帧发送到物理线路上去;如果ARP缓存表中没有缺省网关的MAC地址,主机A将启动ARP协议通过在本地网络上的ARP广播来查询缺省网关的MAC地址,获得缺省网关的MAC地址后写入ARP缓存表、进行数据链路层封装、发送数据。数据帧到达路由器的接收接口后首先解封装,变成IP数据包,对IP数据包进行处理,根据目的IP地址查找路由表,决定转发接口后做适应转发接口数据链路层协议的帧的封装,并发送到下一跳路由器,此过程继续直至到达目的网络与目的主机。在整个通信过程中,数据报文的源IP、目的IP以及IP层向上的内容不会改变。如下图所示:1.6通信流程如上图所示,源主机有如下的网络通信数据流程:首先通过某种方法将对端主机的主机名转换为IP地址。然后判断与对端是否处于同一网段,判断的方法为:用自己的IP地址与子网掩码计算出自己所处的网段,比较目的主机B的IP地址,判断是否与自己处于同一网段。如果对端主机与自己处于同一网段,则检查ARP表是否有对端主机的MAC地址,如有就直接做数据链路层封装(目的MAC为对端MAC地址);如没有则通过ARP获得对端主机MAC地址并封装;最后通过物理层发送数据。如果对端主机与自己处于不同网段,则检查ARP表是否有缺省网关的MAC地址,如有就直接做数据链路层封装(目的MAC为对端MAC地址);如没有则通过ARP获得缺省网关MAC地址并封装;最后通过物理层发送数据。如果对端主机与自己处于不同网段,并且本主机没有配置缺省网关,则通讯终止,返回错误信息。1.7IP通信流程基本概念IP通讯是基于hopbyhop的方式,数据包到达某路由器后根据路由表中的路由信息决定转发的出口和
本文标题:04路由基础
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3051162 .html