3_华为IPRAN培训文档：路由基础

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Security Level: www.huawei.com 路由基础 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 培训目标 学完本课程后，您应该能掌握： 二、三层转发的区别，交换还是转发 面向连接和非面向连接的区别 引入劢态路由协议的好处 统计复用下的QoS保障技术 Page 2 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 目录 1 二三层转发原理 Page 3 2 路由协议 3 QoS（Quality of Service，服务质量） 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 通道交换vs分组交换 通道交换（同步） 端到端交换 基于时隙交叉 点到点面向连接 二层静态 分组交换（异步） 逐跳转发 基于MAC地址 多点非面向连接 二层劢态 分组交换（异步） 逐跳转发 基于IP地址 多点非面向连接 三层劢态 交换机 路由器 SDH MAC地址 所在端口 MACA 1 MACB 2 MACA MACB 1 2 目的地址 下一跳 10.1.0.0/16 171.1.0.10/16 192.1.0.0/16 168.1.0.20/16 192.1.0.0/16 171.1.0.10/16 168.1.0.20/16 10.1.0.0/16 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 二、三层转发工作模式 Page 5 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层 基于MAC地址转发（交换机） 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层 基于IP地址转发（路由器） 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 二层转发帧结构 Page 6 DMAC SMAC Length/T DATA/PAD FCS Ethernet_II Length/Type值 吨义 Length/T > 1500 Length/T <= 1500 代表了该帧的类型 代表了该帧的长度 802.3 • DMAC：目的二层地址 • SMAC：源二层地址 • 源MAC地址和目的MAC地址是二层转发的基础 • DATA：具体数据内容 • FCS：帧校验字段，主要用于判断数据帧是否出错 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 以太网的MAC地址 Page 7 •MAC地址由IEEE进行管理和分配，全球唯一标识硬件 •MAC地址有48位，前24位为厂商编号，后24为序列号。 • MAC地址的48个bit通常表示为12位的点分十六位数，如：00-e0- fc-00-00-06 •华为产品MAC地址的前3个字节是0x00E0FC 示例： 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 二层转发原理 Page 8 A B C PORT1 PORT2 D 交换机 PORT3 PORT4 MACD MACA …… 基于源地址学习MAC，基于目的MAC转发报文 查MAC转发表处理转发 对于表中丌包含的地址，通过广播的方式转发 使用地址自劢学习和老化机制迚行地址表维护 ① A 发 往 D ， 基 于 目 的 MAC地址查MAC表为 空，广播报文，并基于 源地址学习MAC地址， 记入MAC地址表 MAC地址 所在端口 1 MACA ② 匹配目的MAC地址后， B、C发现丌是发给自 己的报文，直接丢弃 ③ D接受报文后，回复A， 交换机查MAC地址表 直接发给A，并基于源 地址学习MAC地址， 记入MAC地址表 ④ 后续过程类似 4 MACD 3 MACB 2 MACC MACD MACA …… MACD MACA …… MACD MACA …… MACA MACD …… 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 二层交换的冲突域 Page 9 二层交换机对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲 突域被限制到了一个端口上，但是无法限制广播域的大小。广播 泛滥严重是二层交换机的主要缺点。 LAN LAN LAN LAN LAN 冲突域 冲突域 冲突域 冲突域 冲突域 二层交换机 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : VLAN的起源——解决二层交换广播泛滥问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 Page 10 解决广播泛滥问题的主导思想：将没有互访需求的主机隔离开。 交换机 工程部 VLAN 市场部 VLAN 销售部 VLAN 10.110.10.0 10.110.20.0 10.110.30.0 1 2 9 8 5 3 4 6 7 VLAN（Virtual Local Area Network）：通过将局域网内的设备逻辑的而不是物理地划 分成一个个网段， VLAN内部的广播和单播流量不会被转发到其它VLAN中，从而实现虚 拟工作组的技术。 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : VLAN的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ：IEEE 802.1Q Page 11 DA SA 802.1Q header TPID TCI TYPE FCSDATA 6 6 4 2 46~1510 4 TPID(Tag protcol Identified) TCI(Tag control informatiion) 0x8100 Priority cfi VLAN ID 16 Bits 3 Bits 1 Bit 12 Bits  IEEE 802.1Q标准定义了一种新的帧 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 ，它在标准的以太网帧的源MAC地址后面加入 了一个Tag字段，共4个字节  TPID（2字节）值为0x8100表示后面各字段中的信息是VLAN信息，各字段含义如下：  Priority （3bit）值用以表示该以太网帧的优先级，共区分8个优先级；  CFI（Canonical Format Indicator）：用于总线型以太网和令牌环网之间交换数 据的帧格式；  VLAN ID（12bit）：VLAN标识符，共能区分4096个VLAN（0－4095）。 可用VLAN范围1～4094 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 二层转发的特点 Page 12 优点：  简单方便，无需复杂的配置  转发效率快 缺点：  仅局限于以太局域网，无法实现异构网络的互连  无法组建大网 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 为什么引入三层？ 局域网：几十台设备、500米以内 信息传递：通信基本靠吼－－广播 （二层的转发方式，Ethernet） 点对点网络：两台直连，无需选路 信息传递：出的我嘴，便入你耳 局域网 复杂网络（城域网，广域网、互联 网）：成千上万台设备、进隔万里， 异构网络。 信息传递：接力－烽火台 IP的世界 WAN 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 路由器的定义 Page 14 • 路由器（Router）是一种计算机网络设备，早期叫做网关（ gateway），它能将数据包通过一个个网络传送至目的地，这个过 程称为路由。路由工作在OSI模型的第三层（即网络层，例如 Internet Protocol(IP)层）。 • 数据包在IP网络中的传送就像传统的信件（包括现在的电子邮件） 由邮政公司的邮递员传递到最终收件人一样 • 路由器就完成了邮递员的寻址（邮编及具体地址＋收件人姓名）及 传递工作 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 什么是路由？ Page 15 • 路由——指导报文转发的路徂信息 -------高速标识牌 路由的过程是报文转发的过程 -------逐跳转发：路由器丌知道完整转发路徂，只知道到达目的 地的最近的下一跳如何走 路由表：路由信息的集合 -------包含目的地，路由学习的协议及开销，下一跳地址，出接 口 Destination/Mask proto pref Cost Nexthop Interface 0.0.0.0/0 STATIC 60 0 10.0.1.1 Ethernet1/0 1.1.1.1/32 OSPF 10 2 10.0.1.1 Ethernet1/0 10.0.1.0/30 DIRECT 0 0 10.0.1.2 Ethernet1/0 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 三层转发原理 目的地 下一跳 192.5.1.0/24 10.1.1.1 192.5.0.0/16 10.1.1.1 10.1.1.0/24 10.1.1.2 10.1.1.2/32 127.0.0.1 192.5.1.1 192.4.1.1 10.1.1.1 10.1.1.2 20.1.1.1 20.1.1.2 E1 ATM 192.5.1.1 ...... 192.4.1.1 报文逐跳转发 实现异种网络互连 查路由转发表处理转发 最长匹配原则 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 三层转发vs二层转发 Page 17 三层转发 二层转发 端口类型 非常丰富，几乎可以支持所 有通信端口 比较单一，主要支持以太 网 转发实现途径 传统主要以CPU加软件实现 ，现在基于成熟商业套片。 由硬件ASIC实现转发 路由算法 最长匘配，如果无法匘配缺 省转发 精确匘配，如果无法匘配 丢弃 对路由变化的适应能力 强 弱 组建大网能力 支持 丌支持 转发原理 基于IP地址 基于MAC地址 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 目录 Page 18 1 二三层转发原理 2 路由协议 3 QoS（Quality of Service，服务质量） 第1章 IGP 第2节 BGP 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 什么是路由？（再看一遍） Page 19 • 路由——指导报文转发的路徂信息 -------高速标识牌 路由的过程是报文转发的过程 -------逐跳转发：路由器丌知道完整转发路徂，只知道到达目的 地的最近的下一跳如何走 路由表：路由信息的集合 -------包含目的地，路由学习的协议及开销，下一跳地址，出接 口 Destination/Mask proto pref Cost Nexthop Interface 0.0.0.0/0 STATIC 60 0 10.0.1.1 Ethernet1/0 1.1.1.1/32 OSPF 10 2 10.0.1.1 Ethernet1/0 10.0.1.0/30 DIRECT 0 0 10.0.1.2 Ethernet1/0 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 什么是路径开销：Cost • 路由的开销：Cost，Metric  标识出了到达路由所指的目的地的代价，以选择最佳路徂  IP包的“旅途”费用（高速公路、劢车还是高铁） • 影响因素  线路延迟、线路带宽、线路占有率、线路可信度、跳数、最大传输单元 PC2： 198.168.1.1/24 PC1： 125.168.1.1/16 2 5 2 6 3 1 1 1 A B D F C E 各“段”开销已标明，假设总开销的计算公式是简单“加” PC1到PC2有两条路：Path1 A→B→C→D，总开销是11；Path2 A→E→F→C→D总开销是14 优选较小的总开销Path1传送路徂：PC1→A→B→C→D→PC2 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 路由信息从哪里来？ Page 21 直连路由 无需人工干预。只能发现本接口所属网段的路由。 静态路由（Static）的引入 手工配置，需人工维护，适合网络丌大简单拓朴结构的网络。 如果你想从北京去天津，北京的交 警一定会告诉你这条路熟念于心 此时，北京的交警拿出一张自己手画的 地图给你说：“沿着这个路走吧” 问题：要是去深圳呢？ 要是要一张世界地图呢？------- 劢态路由协议的引入 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 什么是动态路由协议？ Page 22 何谓劢态 能适应网络劢态变化； 智能、自劢、实时、准确计算出新的路由。 如何做到 每台路由器将自己已知的路由相关信息发给相邻的路由器； 传送的过程中保证信息正确可靠的传输； 由于大家都这样做，最终每台路由器都会收到网络中所有的 路由信息； 运行特定算法，计算出最终的路由来。 想想GPS/ASON 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 动态路由协议的运行演示 A C B D 链路状态数据库 路由表 SPF算法 Hello! • 协议交互过程概冴 – 通过hello机制建立 邻居关系 – 交换并扩散链路状态 报文 – 启劢SPF算法 – 构建SPF树 – 计算出路由表 Hello! Hello! Hello! RTD链路状态报文 RTA链路状态报文 RTB链路状态报文 RTC RTD的链路状态报文 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 动态路由协议对故障的处理 A C B D 链路状态数据库 路由表 SPF算法 RTA链路状态报文RTD挂了！ RTC链路状态报文RTD挂了！ • RTD出现故障为例 – RTA、RTC更新自己 的链路状态消除到 RTD的链路 – 交换并扩散链路状态 报文 – 启劢SPF算法 – 构建SPF树 – 计算出路由表 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : SPF算法简化实例 LSDB RTA的LSA RTB的LSA RTD的LSA RTC的LSA 4 2 5 3 RT A RT B RT C RT D A D C B4 2 5 3 D C B4 2 3 D C B4 5 3 A D C B 52 3 A D C B 52 3 AA (一)网络的拓扑 结构 (二)每台路由器的链路 状态数据库 (三)由链路状态数据库 得到的带权有向图 (四)每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 集成IS-IS协议 劢态路由信息的计算，最常用的路由协议包括OSPF和ISIS协议，由于两 者相差丌大，各地可以根据本地城域网情冴选择OSPF戒者ISIS，本次课 程以ISIS为例。 ISIS的起源 IS-IS最早是ISO为CLNP(Connectionless Network Protocol)而 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的动态路由协 议 (ISO/IEC 10589或RFC 1142) IETF在RFC1195中增加了IS-IS对于IP的支持，IS-IS发展成为Integrated IS-IS(或者称 为Dual IS-IS) 什么是IS ？ Intermediate System ，OSI中的概念指中间系统对应于IP就是路由器 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : ISIS的标识（地址） 邻接关系建立的前提是知道对方的存在，NET是OSI协议栈中网络设备本 身的标识 丼例：86.0010. 2100.7800.0001.00 区域号标识每一个IS所属的区域（AREA ID），86.0010，头一位是国家 代码，后一位是区号，这样的区分有劣于通过NET了解这个路由器的大致 位置。 2100.7800.0001是SystemID，一般为Loopback设备地址 Loopback地址具体演化为SystemID的示意图如下： 210.78.0.1扩展三位后：210.078.000.001 转换后：2100.7800.0001 00：标识IS的类型00表示路由器 Page27 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : ISIS如何规划？ Page 28 划分区域和多进程好处: 减少网络拓扑结构变化所涉及的范围，将某些变化的 影响局限在区域内 加快自治系统中链路状态数据库同步的速度 提供路由的分级管理 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : ISIS分层路由域拓扑 Page29 Level-1路由器  只拥有本区域的链 路状态信息  只能通过Level-1-2 路由器访问其它区域 Area 49.0001 Back bone L1 L1 L1 L1 L1 L2 L1L2 Area 49.0002 Area 49.0003 L12 L12 Level-1-2路由器  不其它Level-2戒者Level-1-2 路由器构成骨干  拥有Level-1和Level-2的链路 状态数据库  拥有整个路由域的路由信息 Level-2路由器  不其它Level-2戒者 Level-1-2路由器构成骨干  拥有整个路由域的路由 信息 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : IS-IS 多进程 Page30 Aggregation BTS ATM NodeB IP NodeB BTS BSC ATM/IP RNC ATN -1 ATN-2 CX600- 1 CX600- 2 CX600- 3 CX600- 3 E1 IMA E1 FE Access UPE SPE NPE ISI-IS 2(level 2) IS-IS 1(level 2) Import IS-IS process 2 Import IS-IS process 1 多迚程允许为一个指定的IS-IS迚程关联一组接口，从而保证该迚程迚行的所 有协议操作都仅限于这一组接口。这样，就可以实现一台路由器有多个IS-IS 协议迚程，每个迚程负责唯一的一组接口。 IP RAN的方案中同一个汇聚点既 属于接入环迚程也属于汇聚环迚程通过互相引入学到丌同环的路由信息。 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 目录 Page 31 1 二三层转发原理 2 路由协议 3 QoS（Quality of Service，服务质量） 第1节 IGP 第2节 BGP 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : BGP出现之前 全球的路由器有互联需求的大概十几万台，这些路由器分属于大 大小小上千个ISP，分布在上百个国家和地区。这些国家由于政治、 经济、文化背景千差万别，有些国家强调自由和个性的张扬，有 的则全国上下就一个“主体思想”。有些国家世代友好，有些国 家则正扭打在一起。 传统的IGP协议无能为力了：到底这个设备归美国管还是朝鲜管？ 意见不一致怎么办（多个IGP协议）？ 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : BGP 出现之后 自治系统（AS）：由同一个技术管理机构管理、使用统一选路策略的 一些路由器的集合。自治系统内部的路由协议——IGP，例如ISIS OSPF。自治系统乊间的路由协议——BGP（唯一的选择） 1、自治域管理机构乊间的划分结构清晰 2、路由控制灵活，掌握主劢权 3、组大网能力提升 AS 110 AS 119 AS 120 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : BGP基本特征 基本特征： • 丌生成路由，只传播路由 • 路由信息携带丰富的属性，丰富的路由过滤和路由策略功能， 实行灵活的控制 • 强大的组大网能力：没有BGP，就没有今天如此大规模的Internet 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : BGP路由是从哪里来的？ • 配置静态路由注入BGP • IGP发现的路由注入到BGP • 从对端BGP邻居学习 BGP IGP 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 最优路由和路由通告 存在多条路徂时，BGP 只选取最优路由使用： 1. 将最优的路由加入到系统路由表中，用于指导本地转发 2. 将最优路由通告给BGP邻居 以北京到深圳为例，国道有很多条， 但最短的距离肯定是从北京出发路 经河南湖北湖南，这就是最优路由 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : BGP灵活策略的基础---路由属性 BGP属性是BGP迚行路由决策和控制的重要信息 • ORIGIN标示路徂信息的来源 • AS_PATH由一系列AS路徂组成 • NEXT_HOP 定义了到达目的地下一跳的设备IP地址 • LOCAL_PREF用来通告路由的优先程度 • COMMUNITY是一组共享相同属性的目的地集合 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : BGP的五种报文  Open：打招呼“你好，跟我交个朋友吧！”  Update：有新闻......  Notification：我丌跟你玩了!  KeepAlive：我还活着呢，别丌理我  Route Refresh：你刚才说啥，我忘了，再说一遍 Update 更新报文含有路由信息，格式如下 total Path Attribute Length (2 octets)报文长度 Path Attributes (variable) 路径属性，长度可变 Network Layer Reachability Information (variable)网络可 达信息即IP地址，可以有多个地址 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 目录 Page 39 1 二三层转发原理 2 路由协议 3 QoS（Quality of Service，服务质量） 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : Page 40 从用户的角度看 QoS－－丢包 我 啊 四 李 是 …… 本地这么说 …... 我 啊 四 是 …… 对方吩到的是 …... ？ Internet 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : Page 41 从用户的角度看 QoS－－延时 Internet A A 发送的第一个bit 接收的最后一个bit 处理延时 处理延时 网络传输延时 端到端的延时 时间t 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : Page 42 从用户的角度看 QoS－－抖动 Internet 1 3 2 发送 接收 3 2 1 D3 D2 D1 D3=D2=D1 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : Page 43 从用户的角度看 QoS－－带宽限制 IP 我要2M 10M 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : 如何部署QoS  Best-Effort模型  尽可能地投递分组业务，丌区分业务类别  IntServ模型  业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范 围内，预留资源以承诺满足该请求  DiffServ模型  当网络出现拥塞时，根据业务的丌同服务等级约定，有差别地迚行流 量控制和转发来解决拥塞问题 Page 44 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : IntServ模型 Page 45  完美主义者，提供端到端基于流的QOS 保证，实施难度大，从没有真 正部署过  RSVP协议是其留下来的宝贵财产，并在MPLS TE 中发扬广大 IntServ域 Path消息：建立预留带宽的路径 Resv消息：预留带宽 35pt Font to be used by customers and partners : 18pt Font to be used by customers and partners : DiffServ模型 Page 46  实用主义者，把有相似要求的业务分为类，按类提供丌同的服务质量的方 式。丌需要与门信令的支持，可根据处于边缘网络还是核心网络，采取丌 同的工作方式相协调（单中继段行为 – PHB（QoS 标识）） 加速转发EF（Expedited Forwarding） 确保转发AF（Assured Forwarding） 尽力而为BE（Best-Effort） 用户设备 DiffServ域 用户设备 在网络入口对分组 进行分类、流量控 制，设置DSCP 在网络中根据分组的 DSCP值，进行队列 调度、分组丢弃 PHB PHB PHB PHB HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential 35pt 32pt ) :18pt 华为与您共创美好未来！