IP 路由

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1 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 Note: Some slides and/or pictures in the following are adapted from slides 2015 旗標出版股份有限公司. 2 前言 我們在先前的章節中, 多次說明 IP 最主要的功能便是負責在網際網路上傳遞 IP 封包 為了達成傳遞封包的目的, IP 必須涵蓋以下兩類規格 : 靜態規格 : 包含 IP 封包的格式 IP 位址的規劃等等 我們在第 7 章已經介紹了這些主題 動態規格 : 包含 IP 封包在網路之間傳送的方式 這部份統稱為 IP 路由 (IP Routing) 9-1 什麼是 IP 路由? 路由 代表 路徑之由來, 在此指 IP 封包的傳輸路徑如何產生 再說得白話一點, 就是 路徑選擇 (Path Selecting) 3 4 1

2 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 9-1 什麼是 IP 路由? 什麼是 IP 路由? 路由器的特性 路由器的功能 IP 路由的過程 直接與間接傳遞 路由器的特性 在整個 IP 封包的傳送過程中, 通常必須經由多部路由器 (Router) 的合作, 才能將 IP 封包送達目的節點 (Node) 路由器作為 IP 封包的轉送裝置, 具有以下特性 : 具有兩個 ( 含 ) 以上的網路介面 至少能解讀封包在 OSI 模型第 3 層 ( 網路層 ) 的資訊 具有路由表 (Routing Table) 路由器的功能 路由器最主要的功能就是轉送 IP 封包, 它會根據封包的目的 IP 位址, 為它選擇一條最佳路徑 路徑 主要是指下列兩種資訊 : 要經過路由器的哪個網路介面 要再送到另一部路由器或是直接送到目的節點 7 2

3 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 路由器的功能 IP 路由的過程 以圖 9-2 為例, 假設現在 1 主機要傳送 IP 封包給 1 主機, 每部主機與路由器的動作如下 : 9 10 IP 路由的過程 1 主機 若 1 位於 1 主機所在的區域網路, 1 將封包直接送給 1 若 1 不在 1 主機所在的區域網路, 則 1 根據路由表, 判斷出應將 IP 封包送至哪一部路由器 IP 路由的過程 R1 路由器 解讀 IP 封包表頭的資訊 讀取 IP 封包的目的位址 若 1 主機位於 R1 所連接的網路中, 直接將 IP 封包傳送給 1 若 1 主機位於遠端的網路, 則必須從路由表判斷應該將 IP 封包轉送給哪一部路由器處理 11 3

4 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai IP 路由的過程 R2 路由器 判斷 IP 封包表頭的存活時間 將封包送給 R3 路由器, 再利用 RP 取得 R3 的 M 位址 將 IP 封包轉送至 R3 路由器 IP 路由的過程 R3 路由器 判斷 IP 封包表頭的存活時間 讀取 IP 封包的目的位址, 並選擇最佳路徑 將 IP 封包傳送給 直接與間接傳遞 IP 封包的傳遞大致可分為 直接 與 間接 : 直接傳遞 : 直接傳遞只在同一個網路內進行, 因此在傳遞過程中, 不會通過路由器 間接傳遞 : IP 封包會傳至位於不同網路中的節點, 在傳遞過程中, 會先將 IP 封包轉送給適當的路由器 前述的 1 主機傳送 IP 封包至 1 主機的過程中, 屬於間接傳遞的部份為 : 1 R1 R1 R2 R2 R 路由表簡介 路由表其實是一個小型的資料庫, 其中的每一筆路由紀錄, 記載了通往每個節點或網路的路徑 路由表的欄位 決定路徑的步驟 16 4

5 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 路由表的欄位 網路位址 (Network estination) 網路遮罩 (Netmask) 閘道 (Gateway) 介面 (Interface) 成本 (Metric) 路由表的欄位 1 路由表的欄位 網路位址與網路遮罩 : 代表的目的地 IP 位址的範圍 路由表的欄位 介面 : 記錄路由器本身網路介面的 IP 位址

6 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 路由表的欄位 閘道 : 記錄要將 IP 封包轉送至哪一部路由器 路由表的欄位 若目的網路已直接連接在此一路由器, 代表毋須再將 IP 封包轉送給其他路由器, 因此閘道欄位填入網路介面的 IP 位址即可 以 R1 路由器為例, 通往 網路的路由紀錄, 由於這 3 個網路直接與 R1 連接, 不必再轉送給其他路由器, 因此閘道欄位填入網路介面的 IP 位址 至於 網路, 因為必須將封包轉送給 R2 路由器, 因此閘道欄位填入 R2 路由器連接 網路的網路介面位址 路由表的欄位 成本 : 表示路徑的成本 路由器會挑選成本最小的路徑來使用 成本通常設為到達目的網路所須經過的躍程 (Hop) 數目 路由表的欄位 參考圖 9-03, 以 R1 路由器為例, 到 網路的路徑為 1 個躍程 ; 到 網路則為 2 個躍程

7 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 決定路徑的步驟 成本欄位並不必然就是代表躍程數目, 在不同的路由協定, 可能會有不同的意義 例如, OSP ( 一種動態路由協定 ) 會根據頻寬 延遲等等因素來計算成本欄位值 以下為路由器選擇路徑的步驟 : 決定路徑的步驟 1. 將 IP 封包的目的 IP 位址與路由紀錄的網路遮罩做位元 N 運算 2. 將上述結果與路由紀錄的網路位址比較若二者相同, 代表適合用這筆路由紀錄來轉送此 IP 封包 3. 對每一筆路由紀錄重複第 1 2 步驟 若找不到任何適用的紀錄, 則使用預設路由 決定路徑的步驟 4. 若有多筆符合的紀錄, 則從中找出網路遮罩欄位中最多 1 的紀錄 9-3 靜態與動態路由 靜態方式 (Static): 由網管人員手動將路由紀錄逐一加入路由表, 適用於小型網路環境 動態方式 (ynamic): 由路由協定自動建立與維護路由表, 毋須人為輸入 5. 找出成本最小的紀錄

8 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 靜態與動態路由 動態路由 範例 1:1 部路由器的環境 範例 1:1 部路由器的環境 範例 1:1 部路由器的環境 若要讓 LN 1 與 LN 2 能夠互傳封包, 必須在 R1 加入以下兩筆路由紀錄 : 31

9 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 範例 2:2 部路由器的環境 範例 2:2 部路由器的環境 範例 2:2 部路由器的環境 範例 2:2 部路由器的環境 要讓 3 個網路能正常運作, 則必須分別在 R1 與 R2 加入適當的路由紀錄 第 3 筆紀錄閘道欄位必須填入 R2 連接 LN 2 的介面 IP 位址

10 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 範例 3:2 部路由器 + 預設路由 範例 3:2 部路由器 + 預設路由 R1 與 R2 路由器要另外建立 預設路由 37 3 範例 3:2 部路由器 + 預設路由 範例 3:2 部路由器 + 預設路由 R3 是 3 個網路聯外的閘道, 要有這 3 個網路的路由紀錄 : 路由紀錄的網路位址為 , 且網路遮罩為 時, 代表此為預設路由

11 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 動態路由 距離向量演算法 (istance Vector lgorithm): 路由器交換路由表, 找出最佳路徑 動態路由 1. 收到的路由紀錄中, 是否有我沒有記錄到的資料? 若然, 則新增此筆紀錄, 反之則繼續下一個步驟 2. 此筆紀錄是不是由同一部路由器所發出? 若然, 則更新路由紀錄, 反之則進入下一個步驟 3. 比對路徑成本 若該筆路由紀錄的成本較小, 則更新路由紀錄, 反之, 則不予理會 動態路由 動態路由 在上圖的網路架構中, 若 LN1 要送封包到 LN2, 實際可走的路徑有 2 條 : 1. LN1 R1 路由器 R2 路由器 LN2 2. LN1 R1 路由器 R3 路由器 R4 路由器 LN

12 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 動態路由 鏈接狀態演算法 (Link-State lgorithm) 又稱最短路徑優先 (SP, Shortest Path irst) 演算法, 依 SP 演算法建立整個網路的樹狀結構, 依此決定後續傳送路徑 Shortest Path irst 演算法又稱為 ijkstra 演算法 ( 根據提出者 dsger ijkstra 命名 ), 此演算法的細節請參見演算法相關書籍 動態路由 使用鏈接狀態演算法的路由器, 會將其所有連接的狀態 ( 連線的類型 成本, 該連線所連接的路由器等 ) 通知其它路由器, 各路由器收到資訊時, 會再將之向外發送出去 經過一連串的傳送動作, 各路由器會取得網路中 所有 路有器每一個連線的狀態資訊, 接著就利用 SP 演算法, 算出到不同目的地的成本, 建立最短路徑的樹狀地圖, 再用它來建立路由表, 如下圖所示 動態路由 動態路由 使用鏈接狀態演算法, 路由器不但能得知整個網路的最短路徑, 且會在網路拓蹼改變時主動通知其它路由器, 因此收斂時間短, 也比較不會有路由迴圈的問題 但因為要做比較複雜的運算, 路由器需要較強的計算能力及較多的記憶體空間, 不過這在硬體發達的今日, 通常不是問題 47 4

13 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai 動態路由 常見動態路由協定 : 距離向量路由協定 :RIP (Routing Information Protocol) 鏈接狀態路由協定 :OSP (Open Shortest Path irst) IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) 網際網路路由協定 ( 例如 ISP 之間 ):GP (order Gateway Protocol) Popular Routing Protocols Slides developed by hien-hua Tsai Popular Routing Protocols uilding Routing Table gateway routers of same S share learned external routes using igp. Gateway routers participate in intradomain to learn internal routes. S (RIP intra routing) a b egp S (OSP intra routing) e igp S (OSP intra routing) i Gateway routers of diff. S s exchange routes using egp d c Slides developed by hien-hua Tsai f g h 51 Slides developed by hien-hua Tsai 52 13

14 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai uilding Routing Table uilding Routing Table () (20) () (20) (25) Slides developed by hien-hua Tsai 53 Slides developed by hien-hua Tsai 54 uilding Routing Table uilding Routing Table () (20) () (20) (25) (30) (25) (30) (44) (42) Slides developed by hien-hua Tsai 55 Slides developed by hien-hua Tsai 56

15 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai uilding Routing Table uilding Routing Table () (20) () (20) (25) (30) (25) (30) (44) (42) (44) (42) Slides developed by hien-hua Tsai 57 Slides developed by hien-hua Tsai 5 uilding Routing Table uilding Routing Table () (30) (44) (20) () (30) (44) (20) The shortest path tree of router orwarding table estination Metric Next hop Slides developed by hien-hua Tsai 59 Slides developed by hien-hua Tsai 60 15

16 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai Your Turn: uilding Routing Table Your Turn: uilding Routing Table orwarding table estination Metric Next hop heck the case! 10 ailover! The shortest path tree of router 61 Slides developed by hien-hua Tsai 62 實作練習 : TRRT 工具程式 TRRT 工具程式

17 hihlee University of Technology, Spring 2016 ssocite Professor: hien-hua Tsai TRRT 工具程式 TRRT 工具程式 TRRT 範例 Reading ssignment hapter 9 of 最新網路概論第 版, 施威銘 第 9 章 IP 路由 Slides developed by hien-hua Tsai 67 nd of the hapter

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