路由器原理與應用

第1章　路由器概述　1
1.1　互聯(lián)設備分類　1
1.1.1　互聯(lián)設備分類概述　1
1.1.2　中繼器(Repeater)　1
1.1.3　集線器(Hub)　2
1.1.4　網(wǎng)橋(Bridge)　2
1.1.5　局域網(wǎng)交換機(LAN Switch)　3
1.1.6　路由器(Router)　3
1.1.7　三層交換機(Layer 3 Switch)　4
1.1.8　網(wǎng)關(guān)(Gateway)　5
1.1.9　四層交換機　6
1.1.10　七層交換機　6
1.2　路由器定義　6
1.3　路由器分類　7
1.3.1　路由器分類概述　7
1.3.2　按照能力劃分　7
1.3.3　按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分　7
1.3.4　按照在網(wǎng)絡中的位置劃分　7
1.3.5　按照功能劃分　8
1.3.6　按照接口性能劃分　8
1.3.7　本文應用的劃分　8
1.4　路由器功能要求　8
1.5　網(wǎng)絡通信流程　9
1.6　路由器網(wǎng)絡應用　10
1.6.1　在物理層連接不同網(wǎng)絡　11
1.6.2　在鏈路層連接不同網(wǎng)絡　11
1.6.3　在網(wǎng)絡層連接不同網(wǎng)絡　12

第2章　路由相關(guān)協(xié)議簡介　14
2.1　路由協(xié)議概述　14
2.2　RIP　14
2.2.1　RIP概述　14
2.2.2　RIPv1消息格式　15
2.2.3　RIP工作原理　16
2.2.4　RIP路由更新　16
2.2.5　路由更新的傳播　17
2.2.6　收斂的問題　17
2.2.7　防范措施　17
2.2.8　RIPv2的提出　18
2.2.9　RIPv2消息格式　19
2.2.10　RIPv2新特性　19
2.2.11　小結(jié)　20
2.3　OSPF協(xié)議　20
2.3.1　OSPF協(xié)議概述　20
2.3.2　OSPF工作原理　21
2.3.3　OSPF協(xié)議分組　25
2.3.4　OSPF小結(jié)　32
2.4　ISIS協(xié)議　32
2.4.1　ISIS名稱來源　32
2.4.2　ISIS協(xié)議概述　33
2.4.3　ISIS區(qū)域劃分　33
2.4.4　ISIS功能組織　34
2.4.5　ISIS度量　37
2.4.6　ISIS小結(jié)　38
2.5　BGP　39
2.5.1　BGP概述　39
2.5.2　BGP術(shù)語介紹　40
2.5.3　BGP消息　40
2.5.4　BGP路徑屬性　43
2.5.5　BGP中消息的應用　45
2.5.6　BGP有限狀態(tài)機(FSM)　45
2.5.7　BGP小結(jié)　47
2.6　MPLS協(xié)議　48
2.6.1　MPLS協(xié)議概述　48
2.6.2　MPLS協(xié)議發(fā)展歷史　49
2.6.3　MPLS基本概念　49
2.6.4　MPLS網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)　51
2.6.5　MPLS基本操作　52
2.6.6　MPLS標記交換路由器的結(jié)構(gòu)　53
2.6.7　標記封裝　53
2.6.8　標記分發(fā)協(xié)議(LDP)　55
2.6.9　MPLS的兩種路由機制　58
2.6.10　MPLS隧道與層次化路由　60
2.6.11　標記合并(Merge)　61
2.6.12　MPLS體系結(jié)構(gòu)中的其他問題　64
2.6.13　標記交換路徑(LSP)、LSP入口、LSP出口　65
2.6.14　倒數(shù)第二跳彈出　66
2.6.15　LSP下一跳　66
2.6.16　無效輸入標記　66
2.6.17　輸出標記丟失　66
2.6.18　LSP控制　67
2.6.19　聚合　67
2.6.20　生存時間(TTL)　68
2.6.21　MPLS小結(jié)　69
2.7　多播技術(shù)及協(xié)議　69
2.7.1　IP多播技術(shù)的概念　69
2.7.2　IP多播地址和多播組　70
2.7.3　多播分布樹　70
2.7.4　逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)　70
2.7.5　Internet多播主干(MBONE)網(wǎng)絡　71
2.7.6　IP多播路由協(xié)議基本類型　71
2.7.7　密集模式協(xié)議　71
2.7.8　稀疏模式多播路由協(xié)議　72
2.7.9　IP多播路由中的隧道傳輸機制　73
2.7.10　利用IP多播實現(xiàn)視頻傳輸　73
2.7.11　IP多播技術(shù)在多點視頻數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢　74

第3章　路由器技術(shù)　76
3.1　路由器工作原理　76
3.2　路由器結(jié)構(gòu)發(fā)展　77
3.2.1　路由器結(jié)構(gòu)概述　77
3.2.2　軟件轉(zhuǎn)發(fā)路由器　77
3.2.3　硬件轉(zhuǎn)發(fā)路由器　78
3.3　路由器功能模塊　81
3.3.1　交換子系統(tǒng)　81
3.3.2　轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)　86
3.3.3　接口子系統(tǒng)　89
3.3.4　路由器操作系統(tǒng)　92
3.3.5　報文緩存　98
3.4　路由器軟件　102
3.4.1　路由器軟件概述　102
3.4.2　主控相關(guān)軟件　103
3.4.3　線卡相關(guān)軟件　104
3.4.4　操作系統(tǒng)內(nèi)核　105
3.4.5　操作系統(tǒng)封裝　105
3.4.6　單播路由協(xié)議模塊　107
3.4.7　多播路由協(xié)議模塊　113
3.4.8　MPLS信令協(xié)議模塊　115
3.4.9　主控基本協(xié)議模塊　123
3.4.10　線卡基本協(xié)議模塊　129
3.4.11　路由表管理模塊(用于RP/LP)　131
3.4.12　網(wǎng)絡管理/代理模塊(用于RP/LP)　132
3.5　路由器服務質(zhì)量支持　136
3.5.1　服務質(zhì)量概述　136
3.5.2　服務質(zhì)量定義　136
3.5.3　RSVP協(xié)議介紹　137
3.5.4　服務質(zhì)量保證機制　141

第4章　路由器通用實現(xiàn)要求　150
4.1　路由器接口實現(xiàn)要求　150
4.1.1　10/100BaseT接口　150
4.1.2　吉比特以太網(wǎng)接口　150
4.1.3　FDDI接口　153
4.1.4　E3接口　153
4.1.5　SDH接口　156
4.1.6　ATM接口　157
4.1.7　WDM接口　157
4.2　路由器鏈路層實現(xiàn)要求　157
4.2.1　鏈路層/Internet層接口　157
4.2.2　地址解析協(xié)議——ARP　158
4.2.3　Ethernet與802.3共存　158
4.2.4　最大傳輸單元——MTU　159
4.2.5　點到點協(xié)議——PPP　159
4.2.6　接口測試　160
4.2.7　串行線上的鏈路層協(xié)議　160
4.2.8　幀中繼端口的鏈路層協(xié)議　160
4.2.9　X.25端口的鏈路層協(xié)議　160
4.2.10　ISDN接口上鏈路層協(xié)議　161
4.3　路由器運行與維護要求　161
4.3.1　定義　161
4.3.2　路由器初始化　162
4.3.3　運行和維護具體規(guī)定　162
4.3.4　安全性考慮　164
4.4　定時和同步要求　165
4.4.1　同步方式　165
4.4.2　外定時方式　165
4.4.3　線路定時　165
4.4.4　路由器內(nèi)部時鐘要求　166
4.4.5　頻率基準的保護倒換　167
4.4.6　同步性能的監(jiān)測、告警和控制　167
4.5　硬件要求　168
4.5.1　硬件系統(tǒng)基本要求　168
4.5.2　對處理機的要求　168
4.5.3　對輸入、輸出設備的基本要求　168
4.6　軟件要求　168
4.6.1　基本要求　168
4.6.2　軟件功能要求　169
4.6.3　軟件維護管理功能要求　169
4.7　機械結(jié)構(gòu)和工藝要求　170
4.7.1　概述　170
4.7.2　機架要求　170
4.7.3　接插件　170
4.7.4　布線及連接　170
4.7.5　機械加工工藝　171
4.7.6　表面涂復處理　171
4.7.7　印刷電路板　171
4.7.8　可聞噪聲及振動　171
4.7.9　冷卻、通風　171
4.8　過流過壓保護要求　171
4.8.1　安全　171
4.8.2　過壓自動恢復和過壓告警　172
4.8.3　防電涌破壞　172
4.8.4　絕緣電阻　172
4.9　路由器環(huán)境要求　172
4.9.1　溫濕度防塵要求　172
4.9.2　防電磁干擾要求　172
4.9.3　路由器抗電磁干擾的能力　173
4.9.4　路由器防雷擊能力　173
4.10　路由器電源及接地要求　173
4.10.1　路由器電源要求　173
4.10.2　路由器接地要求　174

第5章　路由器IPv4實現(xiàn)要求　175
5.1　網(wǎng)絡層協(xié)議實現(xiàn)要求　175
5.1.1　Internet協(xié)議——IP實現(xiàn)要求　175
5.1.2　因特網(wǎng)控制消息協(xié)議——ICMP實現(xiàn)要求　180
5.1.3　因特網(wǎng)組管理協(xié)議(IGMP)實現(xiàn)要求　184
5.2　轉(zhuǎn)發(fā)功能實現(xiàn)要求　184
5.2.1　轉(zhuǎn)發(fā)算法　184
5.2.2　IP頭確認　185
5.2.3　本地分發(fā)決定　185
5.2.4　決定下一跳地址　186
5.2.5　未使用的IP頭比特　189
5.2.6　分段及重組　189
5.2.7　因特網(wǎng)控制消息協(xié)議——ICMP　190
5.2.8　生存時間(TTL)　190
5.2.9　IP優(yōu)先級　191
5.2.10　轉(zhuǎn)發(fā)因特網(wǎng)層廣播　192
5.2.11　擁塞控制　193
5.2.12　地址過濾　194
5.2.13　源地址確認　194
5.2.14　包過濾以及訪問列表　194
5.2.15　多播路由　195
5.2.16　轉(zhuǎn)發(fā)控制　195
5.2.17　狀態(tài)改變　195
5.2.18　IP選項　196
5.3　傳輸層協(xié)議實現(xiàn)要求　197
5.3.1　用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議　197
5.3.2　傳輸控制協(xié)議——TCP　197
5.4　路由協(xié)議實現(xiàn)要求　197
5.4.1　路由協(xié)議概述　197
5.4.2　內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議　198
5.4.3　外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議　199
5.4.4　靜態(tài)路由　200
5.4.5　路由信息的過濾　200
5.4.6　路由協(xié)議間信息交換　201
5.5　網(wǎng)管協(xié)議實現(xiàn)要求　201
5.5.1　SNMP協(xié)議元素　201
5.5.2　團體表格　202
5.5.3　標準MIBS　202
5.5.4　Rmon MIBS　203
5.5.5　廠商指定的MIBS　203
5.5.6　保存改變　203

第6章　路由器IPv6實現(xiàn)要求　204
6.1　IPv6路由器功能劃分　204
6.2　IPv6路由器實現(xiàn)基本要求　204
6.3　IPv6路由器IP層協(xié)議要求　205
6.3.1　IPv6協(xié)議實現(xiàn)要求　205
6.3.2　鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議　208
6.3.3　路徑MTU發(fā)現(xiàn)協(xié)議　210
6.3.4　因特網(wǎng)控制消息協(xié)議——ICMPv6　210
6.3.5　IPv6尋址　213
6.4　IPv6路由器傳輸層協(xié)議要求　213
6.4.1　用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議——UDP　214
6.4.2　UDP超長包(jumbogram)的處理　214
6.4.3　傳輸控制協(xié)議——TCP　214
6.4.4　TCP超長包(jumbogram)的處理　214
6.5　IPv6路由協(xié)議　214
6.5.1　定義　214
6.5.2　路由安全性考慮　215
6.5.3　優(yōu)先級及消息檢驗　215
6.5.4　內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議　215
6.5.5　外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議　216
6.5.6　策略路由　217
6.5.7　路由信息的過濾　217
6.5.8　多播路由協(xié)議　218
6.6　IPv6上的MPLS協(xié)議　219
6.7　排隊策略和擁塞控制　219
6.7.1　排隊策略　219
6.7.2　擁塞控制　219
6.8　IPv6的安全　220
6.9　對移動IP的支持　220
6.10　雙協(xié)議棧路由器　220
6.10.1　雙協(xié)議棧路由器要求　220
6.10.2　雙協(xié)議棧功能結(jié)構(gòu)　221
6.10.3　雙IP協(xié)議棧工作方式　222
6.10.4　IPv4到IPv6協(xié)議的變化　223
6.10.5　IPv6路由查找　224
6.10.6　IPv6地址范圍索引　225
6.10.7　IPv6即插即用(Plug and Play)的實現(xiàn)　225
6.10.8　ICMPv6模塊　225
6.10.9　IPSec協(xié)議模塊的實現(xiàn)　227
6.10.10　高效的報文緩沖區(qū)機制　227
6.10.11　高效的目的地址匹配機制　228
6.10.12　防止隧道的無限循環(huán)　229

第7章　路由器管理　230
7.1　路由器管理相關(guān)定義　230
7.2　管理規(guī)則與程序　231
7.2.1　規(guī)則和程序定義　231
7.2.2　服務等級協(xié)議　231
7.2.3　變更管理　232
7.2.4　延伸程序　233
7.2.5　更新規(guī)則　233
7.3　簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議　233
7.4　遠程監(jiān)視　235
7.5　日志管理　236
7.6　網(wǎng)絡時間協(xié)議　237
7.7　記賬管理　238
7.8　配置管理　238
7.9　故障管理　239
7.10　性能管理　241
7.11　安全管理　241
7.11.1　口令類型和加密　241
7.11.2　控制交互式訪問　242
7.11.3　減少拒絕服務攻擊的危險　242
7.11.4　安全的命令解釋器　243
7.12　RADIUS協(xié)議和通信流程　244
7.12.1　RADIUS協(xié)議　244
7.12.2　RADIUS協(xié)議特點　244
7.12.3　RADIUS包結(jié)構(gòu)　244
7.13　TACACS+　248
7.14　設計支持管理程序的服務器　250
7.15　網(wǎng)絡健壯性　250
7.15.1　網(wǎng)絡層健壯性概述　250
7.15.2　VRRP　251
7.15.3　HSRP　253

第8章　路由器安全　255
8.1　網(wǎng)絡與信息安全　255
8.1.1　網(wǎng)絡與信息安全概念界定　255
8.1.2　網(wǎng)絡與信息安全的重要性　256
8.1.3　網(wǎng)絡與信息安全分層　257
8.2　因特網(wǎng)安全威脅及分析　258
8.2.1　因特網(wǎng)面臨的安全威脅　258
8.2.2　因特網(wǎng)安全威脅分析　259
8.3　路由器安全重要性　259
8.3.1　路由器安全重要性概述　259
8.3.2　路由器安全對網(wǎng)絡自身安全的支撐　259
8.3.3　路由器安全對網(wǎng)絡業(yè)務提供安全的支撐　260
8.3.4　路由器安全對網(wǎng)絡上信息安全的支撐　260
8.3.5　路由器安全對防止有害信息傳播的支撐　261
8.4　路由器安全要求　261
8.4.1　路由器設備安全概述　261
8.4.2　路由器設備管理層安全　261
8.4.3　路由器設備控制層安全　262
8.4.4　路由器設備數(shù)據(jù)/用戶層安全　263
8.4.5　路由器設備可靠性要求　263
8.4.6　路由器設備支撐系統(tǒng)安全要求　264

第9章　路由器測試　265
9.1　測試的必要性　265
9.2　路由器測試內(nèi)容　265
9.2.1　測試需了解的內(nèi)容　265
9.2.2　測試包括的內(nèi)容　266
9.3　路由器測試方法　266
9.4　路由器測試分類　267
9.4.1　功能測試　268
9.4.2　性能測試　268
9.4.3　一致性測試　270
9.4.4　互操作測試　270
9.4.5　穩(wěn)定性可靠性測試　271
9.4.6　網(wǎng)管測試　271
9.5　路由器典型性能指標　271
9.5.1　全雙工線速轉(zhuǎn)發(fā)能力　271
9.5.2　設備吞吐量　271
9.5.3　端口吞吐量　272
9.5.4　背靠背幀數(shù)　272
9.5.5　路由表能力　272
9.5.6　轉(zhuǎn)發(fā)表能力　272
9.5.7　背板能力　272
9.5.8　丟包率　273
9.5.9　時延　273
9.5.10　時延抖動　274
9.5.11　VPN支持能力　275
9.5.12　無故障工作時間　275
9.5.13　內(nèi)部時鐘精度　275
9.5.14　端口緩存能力　275
9.5.15　超長包能力　276
9.5.16　協(xié)議性能　276
9.5.17　限制條件下的性能　276
9.6　路由器測試儀表　278
9.6.1　測試儀表概述　278
9.6.2　安捷倫公司的RouterTester(N2X)　278
9.6.3　思伯倫公司的SmartBit　278
9.6.4　思伯倫公司的AS4000　279
9.6.5　諾德公司的InterWatch　279
9.6.6　IXIA公司的儀表IXIA　279
9.7　測試中遇到的一些問題　280
9.8　路由器測試小結(jié)　280

第10章　路由器組網(wǎng)　281
10.1　網(wǎng)絡設計一般原則　281
10.2　行業(yè)應用分析　282
10.3　IP網(wǎng)分級考慮　283
10.3.1　一級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)　283
10.3.2　二級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)　284
10.3.3　三級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)　284
10.4　路由協(xié)議的選擇　285
10.5　網(wǎng)絡互聯(lián)　287

第11章　路由器現(xiàn)狀與進展　288
11.1　發(fā)展現(xiàn)狀概述　288
11.2　高端IPv4路由器現(xiàn)狀　288
11.2.1　國外主要產(chǎn)品　288
11.2.2　國內(nèi)產(chǎn)品　289
11.2.3　高端路由器技術(shù)路線分析　290
11.3　高低端IPv6路由器現(xiàn)狀　290
11.3.1　國外IPv6網(wǎng)絡設備現(xiàn)狀　290
11.3.2　國內(nèi)IPv6網(wǎng)絡設備現(xiàn)狀　291
11.3.3　IPv6路由器測試儀表現(xiàn)狀　292
11.3.4　IPv6產(chǎn)品現(xiàn)狀小結(jié)　292
11.4　高端路由器技術(shù)新進展　293
11.4.1　Chiaro公司　293
11.4.2　Corvis公司　294
11.4.3　Caspian公司　295
11.5　高端路由器發(fā)展趨勢　296
11.5.1　接口趨向高速化　296
11.5.2　交換能力趨向海量化　296
11.5.3　越來越關(guān)注業(yè)務開展　297
11.5.4　逐漸重視安全問題　297
11.5.5　關(guān)于服務質(zhì)量保障　298

參考文獻　299