“局域网技术与组网工程”课堂笔记六

第6章 路由器

本章首先介绍路由器的性能特点和工作原理。并且提出了两种常用的内部网关协议（包括RIP和
OSPF），并着重讨论了RIP。
然后讨论了路由器产品的几种结构，最后介绍了局域网系统中使用路由器的解决方案。

6.1 路由器的性能特点和工作原理

6.1.1 路由器的性能特点
1.路由器的性能
路由器是跨越互联网，把信息从源端送到目的端。
2.路由器的特点
路由器与桥接器比较：
相同点：均为网络互连设备；
不同点：路由器工作在第三层，通过网络地址（IP）作为转发的依据，一般耗时较 长，
具有广播包抑制和子网隔离功能；
而网桥工作在第二层，通过物理地址（MAC）作为转发的依据，一般耗时较短；

6.1.2 路由器组网体系结构
（1）一台功能完整的路由器中，常常可以支持多种协议栈数据转发。
（2）路由器的功能还包括数据过滤、计费、网络管理等多项功能。
（3）路由器属中间系统（IS），主机属端系统（ES）。
6.1.3 路由器工作原理
（1）接收帧，并分解IP数据包；
（2）IP包头合法性验证；
?链路层帧长必须足够大（20字节）；
?CRC验证；
?版本号必须为4；
?IP数据包长度必须足够大，以容纳IP数据包头。
（3）IP数据包选项处理；
?纪录路由选项：路由器在选项数据域中写入自己的IP地址；
?对于时间戳选项，写入自己的IP地址及当前以毫秒为单位的世界标准时
间计算值；
对于源路由选项，要先写入自己的IP地址，后面还要做进一步的处理。
（4）IP数据包本地提交和转发；
确定数据包是当地的还是需转发。
（5）转发寻径；
根据目的地址确定转发路径。
（6）转发验证；
主要对IP地址进行验证。
（7）TTL处理；
TTL——Time to live （生存时间），经过一个路由器，TTL的值减1，如果TTL的值为0时，这个
数据包被丢弃。且路由器发给源站点一个ICME超时控制报文。
（8）数据包分段；
当要转发的IP数据包中长度大于要输出的物理网络的MTU(传输单元)时，路 由器要把这
个数据包分段。
（9）链路层寻址。
根据路由器的路由表选择下一个输出端口。
实例：在Internet上路由IP数据包的传送
下面从一个实例说明IP数据包在Internet上如何从一台主机到另一台主机。
主机A是如何发送数据到主机B的。
步骤1：主机A
在网络128.1.0.0上的主机A想用Telnet协议连接网络128.4.0.0上的主机B.网络128.1.0.0上的主
机A和主机B在不同网络上,网络A必须用IP路由器的服务把数据报传输给主机B.根据初始设置,主机
A知道它的默认网关是路由器A,其IP地址为128.1.0.2.
（1）主机A必须将所有的数据包通过路由器A送往主机B.
（2）如果主机A的ARP缓冲中没有路由器A的MAC地址,它发出ARP请求,并等待路由器A响应.
（3）当地址映射存在后,主机A将送给主机B的数据包封装到目的MAC地址为080002001231(路由器A
的端口1),源MAC地址为080002001111(主机A),类型域为0800h(IP)的以太网中.
（4）注意:在传输过程中,IP地址一直不变,而MAC地址一直在变化。
目的主机128.4.0.1源主机128.1.0.1IP数据
以太网数据
目的MAC080002001231源MAC080002001111类型0800以太网数据CRC
网络128.1.0.0上的数据包
步骤2：网络128.2.0.0上的数据包
当接收到来自主机A的数据包时,路由器A删除以太网报头,检查类型域,然后将数据包送给IP模块
(软件进程)。IP模块检查IP报头中的目的网络号并且在其路由表中定位于128.4.0.0的路由上。
路由器A的路由表
网络号下一个跳步路由器跳步
128.1.0.0直接端口0
128.2.0.0直接端口0
128.3.0.0128.2.0.31
128.4.0.0128.2.0.32
由上表可知,路由器A知道目标网络有两个跳步的距离,它必须将数据包装发给路由器B,IP地址为
128.2.0.3.
如果路由器A的ARP缓存中没有路由器B的硬件地址,它会发出一个ARP请求并且等待,路由器B响应.
得到地址后，路由器A将数据包封装在以太网帧中，目的MAC地址为080002001233(路由器B的端口
1)，源MAC地址为080002001232(路由器A的端口2)，类型域为0800(IP)，然后路由器A帧发送到端
口2。
目的主机128.4.0.1源主机128.1.0.1IP数据
以太网数据
目的MAC080002001233源MAC080002001232类型0800以太网数据CRC
网络128.2.0.0上的数据包
步骤3： 网络128.3.0.0上的数据包
当接收到来自主机A的数据包时,路由器B删除以太网报头,检查类型域,然后将数据包送给IP模块
(软件进程)。IP模块检查IP报头中的目的网络号并且在其路由表中定位于128.4.0.0的路由上。
路由器B的路由表
网络号下一个跳步路由器跳步
128.1.0.0128.2.0.21
128.2.0.0直接端口0
128.3.0.0直接端口0
128.4.0.0128.3.0.31
由上表可知,路由器B知道目标网络有1个跳步的距离,它必须将数据包转发给路由器C,IP地址为
128.3.0.3。
如果路由器B的ARP缓存中没有路由器C的硬件地址,它会发出一个ARP请求并且等待路由器C响应。
得到地址后，路由器B将数据包封装在以太网帧中,目的MAC地址为080002001234(路由器B的端口
1),源MAC地址为080002001232(路由器B的端口2),类型域为0800(IP),然后路由器B将帧发送到端口
2.
目的主机128.4.0.1源主机128.1.0.1IP数据
以太网数据
目的MAC080002001235源MAC080002001234类型0800以太网数据CRC
网络128.3.0.0上的数据包