网络技术——路由器原理与测试

Posted 2021-06-19 清晨丶暖阳

网络技术——路由器原理与测试

• 下列练习项目实验搭建详细过程配置与说明
• 练习1：实现静态路由传输协议
• 练习2：实现默认路由传输协议
• • a、开启远程登录控制路由器
• 1、路由器
• • 1.1、路由器工作原理
  • 1.2、路由表
  • 1.3、路由器转发数据包的封装过程
• 2、路由协议
• • 2.1、三大路由协议：RIP、BGP、OSPF
  • • 2.1.1、RIP协议

下列练习项目实验搭建详细过程配置与说明

路由实例项目资源

练习1：实现静态路由传输协议

### 关闭提示功能
[Huawei]un in en
### 每台机器对应的接口需要配置对应IP地址才能互通（同一网段）
### 系统命名
[Huawei]sysname R3
### 进入接口
[R3]int g0/0/1
### 接口添加IP地址
[R3-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.13.11 24
### 配置路由表：添加静态路由(只能实现当前指定网段间互通/双方都需添加/)，若双方之间未配置静态路由的网段不能数据互通
##### 数据到达网段，邻接路由器直连端口IP地址
[R2]ip route-static 192.168.11.0 24 192.168.12.12
[R2]ping 192.168.11.11  

为什么TTL为 1 ？
IP协议中TTL值是数据包的一个生命周期，每当经过一次路由转发时都会减一，当减到0时，数据包将会丢弃，丢弃者会发送一个ICMP数据包，通知发送者，主要用来防止出现路由环路时，数据包无限循环转发，而造成网络拥堵，这个值使用一个字节表示，也就是最大只有255，如果两个通讯者之间经过的路由超过255时，它是不能通过IP进行通讯的。
这个值还用来探测路径，数据包的TTL值从1开始，一个一个增加，直到到达对方，这样通过标识回应者，就可以知道整个传输路径了，Windows中的命令为tracert，就是使用的这种机制。

练习2：实现默认路由传输协议

默认路由：末梢路由AR1只要配置一个默认路由即可实现PC1和PC2、3、4互相ping通。

3## 添加默认路由即可实现全网互通(开玩笑般，针对于当前的末梢路由器)
[R4]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.15.11

a、开启远程登录控制路由器

### 配置telnet远程控制路由器
# 设置认证配置模式，定义用
[R1]aaa
# 配置admin登录密码
[R1-aaa]local-user admin password cipher 1234
# 设置登录权限：15
[R1-aaa]local-user admin privilege level 15
# 设置登录类型：telnet
[R1-aaa]local-user admin service-type telnet
# 启用认证配置模式
[R1-ui-vty0-4]authentication-mode aaa
# 设置权限级别：15
[R1-ui-vty0-4]user privilege level 15

# 远程登录
<R4>telnet 192.168.11.1

1、路由器

1.1、路由器工作原理

通过路由表，选择最佳路径，实现高效的数据包转发。

1. 主机1给主机2发送数据包。会将数据包发送给该网段的网关路由器。
2. 路由器接收到数据包之后，先查看数据包IP首部中的目标IP地址，再查询自己的路由表，通过路由表中IP地址对应的接口将数据传输过去。
3. 每个路由器都会进行以上顺序，传输到目标主机2。若没有找到数据包的目的地址，根据路由器的配置转发到默认接口给主机1返回“目标不可达”提示信息。

1.2、路由表

路由表是路由器中维护路由条目的集合。

1. 直连网段：当接口状态为”up“时，会自动生成指定网段对应接口的表条目。
2. 非直连网段：静态路由、动态路由的方式条件路由条目。
   静态路由：1.指定目标网段。2.指定下一个路由器直连接口IP地址或者自身的本地接口。3.静态需要管理员手动写入，固定不变（管理员更改）。
   ——特点：精确控制了数据包的流动，单向传输。
   默认路由：一般用于末梢网路，简化了路由器的配置，提高了网络性能，减小了路由表的大小。

末梢网络：只有一个唯一的路径可以到达其它网络。

1.3、路由器转发数据包的封装过程

1. 主机A再网络层将上层数据封装为IP数据包，再把首部的源地址和目的地址进行与运算，若非同一网段发往路由器A转发。
2. 主机A通过ARP请求获取路由器A的接口MAC地址，在数据链路(主机A)将IP数据包封装为以太网数据帧，此时以太网帧首部的源MAC地址为主机A的MAC地址与路由器A的直连接口MAC地址，就是源MAC地址、目的MAC地址。
3. 路由器A收到数据帧后会去掉数据链路层的封装，寻找目标IP地址相匹配的路由表条目，根据下一跳地址转发数据包。
4. 路由器A重新封装以太网帧后，源MAC地址变为路由器A入端口，目标MAC地址为下一跳路由器B入端口MAC地址。
5. 以此往下找到主机B，通过ARP关闭获取主机B的MAC地址，在重新封装主机B目标MAC地址，将数据传输给主机B。

### 具体过程：
HostA要通讯HostB首先要通过网关，现在还有没有网关的mac地址，这样就会发生ARP广播，这时
源IP：192.168.1.2/24
源mac地址：00-11-12-21-11-11
目标IP：192.168.1.1/24
目标mac地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF

ping包过来，E0端口会回应HostA自己的mac地址，而后再回发送一个ping包
源IP：192.168.1.2/24，这时
源mac地址：00-11-12-21-11-11
目标IP：192.168.2.2/24
目标mac地址：00-11-12-21-22-22

ping包过来E0检查目标mac地址然后拆分，然后路由表会让你走E1
没有源mac就会丢包，E1端口就会触发ARP广播，这时
源IP：10.1.1.1/8
源mac地址：00-11-12-21-33-33
目标IP：10.1.1.2/8
目标mac地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF

B的E1端口先拆包看目标IP然后给回应，把自己mac反馈给E1，E1进行缓存，HostA第二个ping包到E1，E1进行查看是不是自己，这时
源IP：192.168.1.2/24
源mac地址：00-11-12-21-33-33
目标IP：192.168.2.2/24
目标mac地址：00-11-12-21-44-44

到达B路由器，查看路由表是E0，然后缺少HostB的mac地址，ping包丢失，E0触发ARP，这时
源IP：192.168.2.1/24
源mac地址：00-11-12-21-55-55
目标IP：192.168.2.2/24
目标mac地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF

HostB看目标是自己，给回应，把自己HostB的mac地址给HostBE0端口，HostA发第三个ping包就到了。

2、路由协议

主要作用就是路径选择。

路由协议是一种指定数据包传输方式得网上协议。节点设备为路由器，路由器通过路由表转发接收到得数据，而转发策略是人工指定的（静态路由、动态路由/策略路由/）。

路由器之间共享路由信息，在相邻路由器之间传递。通过路由协议创建的路由表。路由协议：RIP、IGRP(Cisco私有)、EIGRP(Cisco)、OSPF、IS-IS、BGP：用于寻找传输路径，工作在网络层。

RIP、IGRP、EIGRP、OSPF、IS-IS是内部网关协议。BGP是自治系统间的路由协议，是一种外部网关协议。

1. RIP(路由信息协议)：是最简单的路由协议。它是“路由信息协议（Route Information Protocol）”的简写，主要传递路由信息，通过每隔30秒广播一次路由表，维护相邻路由器的位置关系，同时根据收到的路由表信息计算自己的路由表信息。RIP是一个距离矢量路由协议，最大跳数为15跳，超过15跳的网络则认为目标网络不可达。
2. OSPF（开放式最短路径优先）：属于链路状态路由协议。OSPF提出了“区域（area）”的概念，每个区域中所有路由器维护着一个相同的链路状态数据库（LSDB）。区域又分为骨干区域（骨干区域的编号必须为0）和非骨干区域（非0编号区域），如果一个运行OSPF的网络只存在单一区域，则该区域可以是骨干区域或者非骨干区域。如果该网络存在多个区域，那么必须存在骨干区域，并且所有非骨干区域必须和骨干区域直接相连。OSPF利用所维护的链路状态数据库，通过最短路径优先算法（SPF算法）计算得到路由表。
3. IS-IS（中间系统到中间系统）：属于链路状态路由协议。和**OSPF相同，IS-IS也使用了“区域”的概念，同样也维护着一份链路状态数据库，通过最短生成树算法（SPF）**计算出最佳路径。IS-IS的收敛速度较快。集成化IS-IS协议是ISP骨干网上最常用的IGP协议。
4. BGP（边界网关协议）：为了维护各个ISP的独立利益，标准化组织制定了ISP间的路由协议BGP。BGP是“边界网关协议（Border Gateway Protocol）”的缩写，处理各ISP之间的路由传递。但是BGP运行在相对核心的地位，需要用户对网络的结构有相当的了解，否则可能会造成较大损失。
5. IGRP（内部网关路由协议）：属于Cisco私有协议。IGRP和RIP一样，同属距离矢量路由协议，因此在诸多方面有着相似点，如IGRP也是周期性的广播路由表，也存在最大跳数（默认为100跳，达到或超过100跳则认为目标网络不可达）。IGRP最大的特点是使用了混合度量值，同时考虑了链路的带宽、延迟、负载、MTU、可靠性5个方面来计算路由的度量值，而不像其他IGP协议单纯的考虑某一个方面来计算度量值。IGRP已经被Cisco独立开发的EIGRP协议所取代。
6. EIGRP（增强型内部网关路由协议）：由于IGRP协议的种种缺陷以及不足，Cisco开发了EIGRP协议（增强型内部网关路由协议）来取代IGRP协议。EIGRP属于高级距离矢量路由协议（又称混合型路由协议），继承了IGRP的混合度量值，最大特点在于引入了非等价负载均衡技术，并拥有极快的收敛速度。

2.1、三大路由协议：RIP、BGP、OSPF

2.1.1、RIP协议

内部网关协议：距离向量路由协议。
——路由器会定期地向它的邻居路由器发送它的路由表
每个运行RIP的路由器维持着一张路由表，路由表的内容是从它自己到其他每个目的网络的距离和下一跳（最大距离为15，距离为16表示此路由不可达。也就是说一条路径上最多只能包含15个路由器，可见，RIP只适用于小型网络），距离是指本路由器要到达目的网络要经过的路由器数量加1，加1是因为路由器到直连网络的距离被定义为1。

• 每一个接收者通过把接收到的路由信息与自己路由表中的路由信息比较，并根据Bellman-Ford算法，选出最好的路由来更新自己的路由表
  
  三大路由协议详细讲述