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1 實驗 19 etsim-ip 動態路由 - RIP IGRP EIGRP OSPF 實驗目的 : 明瞭動態繞送的運作原理明瞭 RIP IGRP EIGRP OSPF 工作原理, 並建立動態 (dynamic) 路由表, 模擬網路故障時, 路由表變化情形並使用 tracert 驗證

2 背景資料 ( 動態繞送動態繞送 ) 路由器會自動去偵測網際網路中的異動情況, 並根據這些異動來更新並設定路徑表, 路徑表不只是告訴路由器遠端網路的存在與否, 更要建立到達那些網路的最佳路線, 如果路由器的路徑表包含了錯誤或者是過時的資訊時, 網路也無法正常運作, 所以每當新增一條路徑時, 即使是一條暫時的路徑, 路徑表都必須要更新網路管理人員只要規劃好動態繞送的協定, 路徑表就會自動的維護更新, 減少了許多的人力及維護時間網路的效能在於路由器是否可以利用最佳的路線來繞送資料, 在廣大的 Internet 中, 如何選出一條最有效率的路徑, 都要透過路由器的動態繞送協定來達成大部份的動態繞送協定也都有能力達成這個決定路徑的能力, 而且都是選擇最有效率的一條

3 動態繞送運作方式繞送協定的目的是為了要自動的維護路由器的路徑表, 為了達到這個目的, 每台路由器都必需將自已的路徑資訊分享出來給彼此, 也就是交換路由器特有的封包, 這稱為路徑更新 (routing update) 每一種繞送的協定都有不同的路徑更新方式, 所以在內容大小頻率上都有差異其實在小型的網路環境中, 根本就不需要去常常更新路徑表, 只有當網路狀況有變動時才需要去變更記錄, 但是當你的網路出現無預警的問題時, 比方說某一個設備故障, 或是某一條網路線被老鼠咬斷了, 動態繞送協定可以讓網路封包繞過這些故障而繼續動作, 直到網路中的問題被排除了之後, 才恢復原狀

4 動態繞送運作方式假設有一條線路故障時, 和這條線路直接相連的路由器會自動偵測到目前有一條線路沒有回應, 當偵測到沒有回應時, 路由器會修改路徑表, 並移除所有之前透過這條線路轉送的路徑記錄, 然後散播路徑更新紀錄給所有仍然相連的網路區段, 通知它們這條線路已經不通了, 而那些被通知的路由器會根據收到的資訊來修改它們的路徑表, 然後再轉送到它們附近的路由器, 並一直轉送下去而這整個過程稱為收斂 (convergence), 收斂時間是指將拓撲的異動資訊傳送到互聯網路的每個路由器, 其整個過程所要的時間

5 繞送協定目標最佳化 (Optimality): 繞送協定必需要有能力去選擇最佳的或是最快的路徑, 它必需去依照實際網路中的各種變量把最快的路徑規劃出來彈性 (Flexibility): 這裡的彈性是指一種適應的能力, 用來調適變化無常的網路狀況, 如何回應網路線路的中斷恢復以及頻寬變化和延遲時間等等的改變, 一但一個路由器發生了問題後, 該怎麼選擇下一個最好的路徑來避開所有有問題的區段快速收斂 (Rapid convergence): 任何網路狀況的改變, 路由器都應該以最快的時間散佈給所有的路由器, 每當有線路改變狀態時, 網路都會經歷一段較不穩定的時期, 假如說收斂時間拖的很長, 則可能會導致網路完全不通強韌性及簡易性 (Robustness & Simplicity): 發生嚴重的錯誤時, 強韌的協定還能持續運作, 不正常的改變包括不正確的設定或網路元件的故障, 而協定必需精簡以求效率, 較小的更新記錄和較少的更新頻率可以減少路由器的負擔, 能獲得更好的效能

6 繞送協定分類網域內部及跨網域的路徑繞送有不同的職責, 所以路徑繞送協定分成以下兩個部份 : 內部閘道協定 (Interior Gateway Protocol;IGP) 外部閘道協定 (Exterior Gateway Protocol;EGP)

7 繞送協定分類 IGP 協定又包括 : 路徑資訊協定 (Routing Information Protocol;RIP) 內部閘道繞送協定 (Interior Gateway Routing Protocol;IGRP) 開放式最短路徑優先協定 (Open Shortest Path First;OSPF) 加強版內部閘道繞送協定 (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol;EIGRP) EGP 協定包括 : 邊界閘道協定 (Border Gateway Protocol;BGP) 外部閘道協定 (Exterior Gateway Protocol;EGP)

8 繞送協定分類靜態與動態 : 就散播的方式而言, 這是最高層次的區分方式, 靜態路徑在做任何路徑繞送前, 必需由網路管理者手動的設定, 這些路徑除非由管理者來變更, 否則永遠不會變, 而動態路徑是使用繞送協定自動尋找出來的路徑, 來反應網路的最新異動單一路徑與多重路徑 : 簡單的網路環境中, 往往每個點間只有一條的路徑可以相通, 而廣大且複雜的網際網路中, 兩點間會有許多的路徑可相通, 有些繞送的協定只是找出一條最好的路徑並加入路徑表, 而有些協定則是把所有的路徑都找出來並全都加入到路徑表中

9 繞送協定分類平等式及階層式 : 平等式繞送協定平等的看待所有的路由器, 並不區分內部邊界或外部的路由器, 每一部路由器都從所有其它的路由器接收相同的路徑更新記錄而階層式繞送協定則以階層的架構來區分路由器, 分成內部及邊界路由器, 而由邊界路由器來進行路徑繞送這樣可以有效的減少相同網路區段中的網路流量, 進而提高效能

10 繞送協定分類主機智能型和路由器智能型 : 如果是由終端系統來決定整條路徑, 那麼繞送協定就是屬於主機智能型, 路由器就變成只是儲存與轉送的介面同一區段中及跨網段 : 網域內及跨網域是另一個繞送協定的分類方式, 網域內的繞送協定稱為 IGP, 跨網域的繞送協定稱為 EGP

11 繞送協定分類距離向量與線路狀態 : 距離向量繞送 (distance-vector): 距離向量的距離代表著路徑的遠近, 而向量則是代表要往哪一個方向, 當封包經過愈多個設備, 距離向量的演算法會將路徑的距離加起來, 形成更遠的距離, 當所有的距離都確定之後, 設備就可以決定最佳的路徑, 以傳送封包到目的地網路簡單來說, 距離向量主要提供的功能有 : 發現路徑選擇路徑以及維護路徑

12 繞送協定分類線路狀態繞送 : 線路狀態路徑演算最顯著的特點, 就是它會維護完整的網路拓撲, 距離向量只會知道鄰接的路由器和下一個中繼站, 而線路繞送協定知道網路上的每部路由器以及它們如何連接, 線路狀態協定會維護一個複雜的資料庫來儲存拓撲的資訊線路狀態建立網路拓撲的進行過程是, 首先, 路由器先偵測與它直接相連的網段, 而每個路由器都會送出網路狀態通知 (Link State Advertisement;LSA), 並通知其他路由器與它的相關連結, 然後 LSA 會被轉送至其他網路上的路由器, 最後每部路由器處理所有從其它路由器傳來的 LSA, 並根據這些資訊建立它的拓撲資料庫

13 RIP 協定 RIP 協定可以說是應用較早使用較普遍的 IGP 協定, 適用於小型同類網路, 是典型的距離向量協議, 其詳細內容可以參考 RFC1058 RFC1723 RIP 通過廣播 UDP 表頭來交換路由資訊, 每 30 秒發送一次路由訊號更新, 記錄裡含有整個路由器的路徑表, 假如路由器發現收到的記錄包含新的或更動過的路徑, 就會更新自已的路徑表,RIP 除了在固定間隔傳送更新記錄外, 也會使用觸發式的路徑更新, 也就是在路徑表有任何異動時, 立刻傳送路徑更新記錄

14 RIP 協定 RIP 提供跳躍計數 (hop count) 作為尺度來衡量路由距離, 跳躍計數是一個包括到達目標所必須經過的路由器的數目如果到達相同目標有二個不等速或不同頻寬的路由器, 但跳躍計數相同, 則 RIP 認為兩個路由是等距離的 RIP 最多支援的跳躍數為 15, 即來源和目的網路間所要經過的最多路由器的數目為 15, 跳躍數 16 以上者則表示不可到達, 所以不要將 RIP 使用在大型且複雜度高的網路

15 IGRP 協定 IGRP 是一種動態距離向量路由協議, 它由 Cisco 公司在八十年代中期設計設計 IGRP 的動機是為了克服 RIP 只有 15 個中繼站的限制, 所以 Cisco 加入了一些變數的組合, 用來改進 RIP 的衡量指標, 而變成 IGRP, 這此分別是使用組合用戶配置尺度, 包括延遲頻寬可靠性和負載在預設的情況下,IGRP 每 90 秒發送一次路由更新廣播, 在 3 個更新週期內 ( 即 270 秒 ), 沒有從路徑中的第一個路由器接收到更新, 則宣佈該路徑為不可訪問在 7 個更新週期即 630 秒後,Cisco IOS 套件會從路由表中清除路由

16 IGRP 協定為了克服距離向量繞送協定的一些問題, IGRP 也提出一些加強穩定性的機制, 包括抑制法水平切割法以及波瓦松反轉的路徑更新法則 IGRP 可以適用到小型到中小型的網路, 其擴充能力比 RIP 網路強, 但是因為 IGRP 是 Cisco 的專屬協定, 所以並不適合在異質的網路環境中

17 EIGRP 協定 EIGRP 協定是由 Cisco 在 1990 年代早期提出, 顧名思義, 它是 IGRP 的後續版本, 目的是為了改進 IGRP 的運作效率, 以及適應更大更多樣的網路網路狀態 EIGRP 和 IGRP 完全相互相容, 兩種協定的衡量指標可以直接互換彼此通用, 這樣的相容性讓 EIGRP 慢慢的整合到現在的 IGRP 網路中 ; 不過, 雖然這兩種協定的相容性很高,EIGRP 的架構卻有很大的不同, 它結合了線路狀態協定和距離向量協定的特色

18 EIGRP 協定 EIGRP 的能力包括 : 以少許的額外頻寬負擔, 更快速的收斂支援變動長度的子網路遮罩 (Variable Length Subnet Masking; VLSM) 支援多重協定繞送 EIGRP 不會像 RIP 或是 IGRP 會定期的做路徑更新, 而是在路徑上發生改變的時候才傳送路徑更新的記錄, 並且只傳送必要的部份, 而不是整個路徑表 ; 而, 傳送的對象也只限於受到影響的路由器, 並非整個網路上的路由器, 所以 EIGRP 可以收斂的更快, 並且消耗較少的頻寬

19 OSPF 協定 OSPF 協定是一個 IGP 協定, 用於在單一自治系統 (autonomous system;as) 內決定路由與 RIP 相對, OSPF 是線路狀態協議, 而 RIP 是距離向量路由協議由於 OSPF 是一種線路狀態繞送協定, 不像 RIP 和 IGRP 只發佈它們的路徑表給鄰接的路由器,OSPF 會傳送 LSA 給繞送區域內所有其他的路由器, 路由器累積這些 LSA 以建立整個網路的拓撲資料庫, 然後依據這個資料庫執行 SPF 演算法, 以決定到達每個目的網路的最佳路徑

20 OSPF 協定在 OSPF 網路中, 自治系統還可切成更小的繞送區域, 形成路徑繞送階層, 骨幹路由器用來連結更小的繞送區域, 個別的路由器則只要記錄它所在區域的拓撲資料庫, 目的地在區域以外的封包要透過邊界路由器繞送, 因此, 區域內的拓撲在區域外是看不到的, 藉由這樣的網路設計來減少協定所消耗的頻寬

21 實驗方法 ( 設定 RIP 動態繞送 ) 設定 RIP 動態繞送之前需將先前靜態路由和預設路由通通移除掉設定 RIP 動態繞送僅僅需要用到 2 個命令, 即可在路由器上設定 RIP 在整體設定模式下啟用 RIP, 使用 router rip 命令, 即會進入繞送協定設定模式, 系統提示符號會變成 Router (config-router)#, 然後指定 RIP 應該通告的網路位址, 使用 network < 網路位址 > 命令有一點需必須特別注意, 當要通告一個新定義的網路時, 必須使用分級的網路位址這是指說路由器將只會通告 Class A B C 級的網路位址, 無法單獨的通告一個子網路舉例來說, 本實驗的網路使用一個 B 級網路 , 而不是 5 個 C 級的網路當在設定 RIP 的時候, 只要通告一個網路即可

22 台北 (Router 1)RIP 設定命令

23 設定 RIP 動態繞送由於 RIP 定期或觸發式的通過廣播 UDP 表頭來交換路由資訊, 所以要等到穩定 ( 收斂或說反應網路狀態 ) 須一段時間, 待穩定後我們逐一恢復台北 (Router 1) 至新竹 (Router 2) 網路連線及台北 (Router 1) 至高雄 (Router 3) 網路連線觀察路徑表的變化

24 恢復台北 (Router 1) 至新竹 (Router 2) 網路連線

25 恢復台北 (Router 1) 至高雄 (Router 3) 網路連線

26 PC1 tracert PC2 觀察路徑變化

27 RIPv2 如欲使用 RIPv2 只需要在 (config-router)# 的提示列加入 version 2 命令即可要限制 RIP 的更新廣播從介面送出可使用 passive-interface 命令, 但是還是可以接收 RIP 的更新廣播, 例如 (config-router)# passive-interface serial 0 使用 debug ip rip 命令顯示網路中執行 RIP 路徑資訊摘要,no debug ip rip 命令可以關閉它

28 設定 IGRP 動態繞送設定 IGRP 動態繞送之前需將先前 RIP 動態繞送移除掉, 要移除掉 RIP 動態路由很簡單, 只要執行 no router rip 命令即可 IGRP 指令的格式為 : router igrp <AS 編號 > IGRP 指令和 RIP 指令類似, 只多了 AS 編號,AS 編號就是自治系統的編號,IGRP 是用在同一個自治系統中的協定 (IGP), 但也可以支援多組自治系統在這個範例中是使用 AS 100

29 設定 IGRP 動態繞送

30 設定 IGRP 動態繞送由於 IGRP 也是定期或觸發式的通過廣播 UDP 表頭來交換路由資訊, 所以要等到穩定 ( 收斂或說反應網路狀態 ) 須一段時間, 待穩定後我們逐一中斷台北 (Router 1) 至新竹 (Router 2) 網路連線及台北 (Router 1) 至高雄 (Router 3) 網路連線觀察路徑表的變化

31 中斷台北 (Router 1) 至新竹 (Router 2) 網路連線

32 中斷台北 (Router 1) 至高雄 (Router 3) 網路連線

33 PC1 tracert PC2 觀察路徑變化

34 設定 IGRP 動態繞送相同的限制 IGRP 的更新廣播從介面送出可使用 passive-interface 命令, 使用 debug ip igrp events 命令顯示網路中執行 IGRP 路徑資訊摘要, debug ip igrp transactions 命令顯示鄰接路由器要求更新的訊息請求,undebug all 命令可以關閉上述所有 debug 命令

35 設定 EIGRP 動態繞送設定 EIGRP 動態繞送之前需將先前 IGRP 動態繞送移除掉, 要移除掉 IGRP 動態路由只要執行 no router igrp <AS 編號 > 命令即可 EIGRP 指令和 IGRP 指令類似,EIGRP 指令的格式為 : router eigrp <AS 編號 >

36 設定 EIGRP 動態繞送

37 設定 EIGRP 動態繞送相同的限制 EIGRP 的更新廣播從介面送出可使用 passive-interface 命令, 使用 show ip eigrp 命令顯示網路中執行 EIGRP 相關資訊摘要

38 設定 OSPF 動態繞送設定 OSPF 動態繞送之前需將先前 EIGRP 動態繞送移除掉, 要移除掉 IGRP 動態路由只要執行 no router eigrp <AS 編號 > 命令即可 OSPF 指令和 EIGRP 指令類似, 但通告的網路位址方式不同, 指令的格式為 : network < 網路位址 > < 通配遮罩 > area <area 編號 > 通配遮罩會在 NetSim-Cisco 存取規則清單實驗中詳細說明, 目前我們將它視為網路遮罩的反向即可, 例如本範例中網路遮罩為則通配遮罩為 area 編號顯示該網路與通配遮罩所指的界面屬於那個區域

39 設定 OSPF 動態繞送

40 學習評量 1. 繞送協定中的距離一般以甚麼為依據進行測量? 2. 繞送協定演算法主要的目的有哪些? 3. 說明哪一種事件需要更新路徑表? 4. 說明什麼是自治系統? 5. 說明繞送協定的分類除了靜態與動態外, 還有哪些? 6. 距離向量路徑更新紀錄包含哪些資訊? 7. 距離向量繞送協定相關的問題有哪些? 8. 路徑迴圈一旦行成, 哪一種方法可以讓封包離開路徑迴圈? 9. 說明哪一種方法可以避免路徑迴圈的產生? 10. 說明觸發式更新的目的為何? 11. 簡單描述 OSPF 的運作原理 12. 比較不同繞送協定演算法的收斂速度

IP 路由

hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 本章重點第 9 章 9-1 什麼是 IP 路由? 9-2 路由表簡介 9-3 靜態與動態路由實作練習 :TRRT 工具程式 IP 路由 http://www1.chihlee.edu.tw/teachers/chienhua/ Note: Some