1、第3章 IP網(wǎng)絡中的路由協(xié)議,路由基本知識 IP網(wǎng)絡中的收斂 計算IP網(wǎng)絡中的路由,什么是路由,任何IP網(wǎng)絡最重要的一項功能是路由。路由是發(fā)現(xiàn)、比較、選擇通過網(wǎng)絡到達任何目的IP地址的路徑的過程。 在典型情況下，路由功能嵌入到稱為路由器的專用設備中。然而技術的發(fā)展很快使得傳統(tǒng)路由器、局域網(wǎng)交換機，甚至于和網(wǎng)絡相連的主機之間的差別變得越來越模糊。今天，這三種設備都能發(fā)現(xiàn)、比較、選擇路由。因此，路由必須被看作功能而不是物理設備。,路由協(xié)議的引入,路由器轉發(fā)分組的依據(jù)是經過每個路由器中的路由表 路由表指明了從源站點到目的站點的一條路徑,net2,理想的路由算法,算法必須是正確的和完整的。 算法在計算

2、上應簡單。 算法應能適應通信量和網(wǎng)絡拓撲的變化，這就是說，要有自適應性。 算法應具有穩(wěn)定性。 算法應是公平的。 算法應是最佳的。,關于“最佳路由”,不存在一種絕對的最佳路由算法。 所謂“最佳”只能是相對于某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。 實際的路由選擇算法，應盡可能接近于理想的算法。 路由選擇是個非常復雜的問題 它是網(wǎng)絡中的所有結點共同協(xié)調工作的結果。 路由選擇的環(huán)境往往是不斷變化的，而這種變化有時無法事先知道。,路由器兩種基本路由方式,靜態(tài)路由預編程的，不能發(fā)現(xiàn)路由，它們缺少與其他路由器交換路由信息的任何機制。靜態(tài)編程的路由器只能使用網(wǎng)絡管理員定義的路由來轉發(fā)報文，是非自適應路由，

3、其特點是簡單和開銷較小，但不能及時適應網(wǎng)絡狀態(tài)的變化。 動態(tài)路由路由器使用動態(tài)路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)路由，之后，路由器通過這些路由來轉發(fā)報文(或數(shù)據(jù)報)。是自適應路由，其特點是能較好地適應網(wǎng)絡狀態(tài)的變化，但實現(xiàn)起來較為復雜，開銷也比較大,自治系統(tǒng) AS(Autonomous System),自治系統(tǒng) AS 的定義：在單一的技術管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種 AS 內部的路由選擇協(xié)議和共同的度量以確定分組在該 AS 內的路由，同時還使用一種 AS 之間的路由選擇協(xié)議用以確定分組在 AS之間的路由。 現(xiàn)在對自治系統(tǒng) AS 的定義是強調下面的事實：盡管一個 AS 使用了多種內部路由選擇協(xié)議和度量，但

4、重要的是一個 AS 對其他 AS 表現(xiàn)出的是一個單一的和一致的路由選擇策略。,路由協(xié)議分類,以發(fā)現(xiàn)和計算路由的方式對路由協(xié)議進行分類 距離-向量 鏈路-狀態(tài),以它們在互聯(lián)網(wǎng)絡中充當?shù)慕巧M行分類 內部網(wǎng)關協(xié)議 IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一個自治系統(tǒng)內部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多，如 RIP 和 OSPF 協(xié)議。 外部網(wǎng)關協(xié)議EGP (External Gateway Protocol) 若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中，當數(shù)據(jù)報傳到一個自治系統(tǒng)的邊界時，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個自治系統(tǒng)中。這樣的協(xié)議就是外部

5、網(wǎng)關協(xié)議 EGP。在外部網(wǎng)關協(xié)議中目前使用最多的是 BGP-4。,自治系統(tǒng)和內部網(wǎng)關協(xié)議、外部網(wǎng)關協(xié)議,用內部網(wǎng)關協(xié)議 （例如，RIP）,自治系統(tǒng) B,自治系統(tǒng) A,用外部網(wǎng)關協(xié)議 （例如，BGP-4）,R1,R2,用內部網(wǎng)關協(xié)議 （例如，OSPF）,自治系統(tǒng)之間的路由選擇也叫做 域間路由選擇(interdomain routing)， 在自治系統(tǒng)內部的路由選擇叫做 域內路由選擇(intradomain routing),靜態(tài)路由,靜態(tài)的或預編程的路由是最簡單的路由形式。發(fā)現(xiàn)和通過網(wǎng)絡傳播路由的任務由互聯(lián)網(wǎng)絡管理員來完成。靜態(tài)路由編程的路由器把報文轉發(fā)至預定的端口。在目的地址和路由器端口之間的

6、關系配置之后，就不再需要路由器來試圖發(fā)現(xiàn)路由甚至和其他的路由器來交換通向目的地的路由信息。但是有這樣的可能，一個路由器對一部分目的地使用靜態(tài)路由，而對其他的目的地使用動態(tài)路由。,靜態(tài)路由優(yōu)點,可以使網(wǎng)絡更安全：只有一條流進和流出網(wǎng)絡的路徑(除非定義多條靜態(tài)路由) 可以更有效地利用資源。它使用少得多的傳輸帶寬。不使用路由器上的CPU來計算路由，并且需要更少的存儲器。,靜態(tài)路由的缺點,在網(wǎng)絡發(fā)生問題或拓撲結構發(fā)生變化時，網(wǎng)絡管理員負責手動適應這種變化。,鏈路中斷時的情況,靜態(tài)路由的好處,。靜態(tài)路由只適用于小型網(wǎng)絡，且到達任一目的地只有一個路徑，在這種情況下，靜態(tài)路由是最有效的路由機制，因為它不消耗

7、任何帶寬來發(fā)現(xiàn)路由或與其他路由器進行通信。 能配置靜態(tài)路由來加強安全 使用I P建造外部網(wǎng)到其他公司(公司的雇員在其中做大量的工作)的連接 靜態(tài)路由是把小的stub網(wǎng)絡和廣域網(wǎng)連接的最好方式,距離-向量路由協(xié)議,在基于距離-向量算法，算法會周期性地把自己的路由表拷貝傳給與其直接相連的網(wǎng)絡鄰居。每一個接收者加上一個距離向量，或它自己的距離“值”到表上，并把它轉發(fā)給它的直接鄰居。這個過程無定向地發(fā)生在直接相連的路由器之間。這個一步一步的過程導致每一個路由器得到了其他路由器的信息，最終形成一個網(wǎng)絡“距離”的積累視圖。積累表用于更新每個路由器的路由表。當這個過程完成時，每個路由器就學習到了到網(wǎng)絡資源的

8、“距離”的模糊信息。,內部網(wǎng)關協(xié)議 RIP (Routing Information Protocol),1. 工作原理 路由信息協(xié)議 RIP 是內部網(wǎng)關協(xié)議 IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。 RIP 是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。 RIP 協(xié)議要求網(wǎng)絡中的每一個路由器都要維護從它自己到其他每一個目的網(wǎng)絡的距離記錄。,“距離”的定義,從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為 1。 從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為所經過的路由器數(shù)加 1。 RIP 協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hop count)，因為每經過一個路由器，跳數(shù)就加 1。 這里的“距離”實際上指的是“最短距離”

9、，,“距離”的定義,RIP 認為一個好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目少，即“距離短”。 RIP 允許一條路徑最多只能包含 15 個路由器。 “距離”的最大值為16 時即相當于不可達?？梢?RIP 只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。 RIP 不能在兩個網(wǎng)絡之間同時使用多條路由。RIP 選擇一個具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕還存在另一條高速(低時延)但路由器較多的路由。,19.2 kbps,2Mbps,2Mbps,2Mbps,使用RIP協(xié)議的路由方法,RIP協(xié)議路由更新,RIP中路由的更新是通過定時廣播實現(xiàn)的。缺省情況下，路由器每隔30秒向與它相連的網(wǎng)絡廣播自己的路由表，接到廣播的路由器將收到的信息添

10、加至自身的路由表中。每個路由器都如此廣播，最終網(wǎng)絡上所有的路由器都會得知全部的路由信息。 正常情況下，每30秒路由器就可以收到一次路由信息確認，如果經過180秒，即6個更新周期，一個路由項都沒有得到確認，路由器就認為它已失效了。 如果經過240秒，即8個更新周期，路由項仍沒有得到確認，它就被從路由表中刪除。,RIP 協(xié)議的三個要點,僅和相鄰路由器交換信息。 交換的信息是當前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 按固定的時間間隔交換路由信息，例如，每隔 30 秒。,路由表的建立,路由器在剛剛開始工作時，只知道到直接連接的網(wǎng)絡的距離（此距離定義為1）。 以后，每一個路由器也只和數(shù)目非常有限的

11、相鄰路由器交換并更新路由信息。 經過若干次更新后，所有的路由器最終都會知道到達本自治系統(tǒng)中任何一個網(wǎng)絡的最短距離和下一跳路由器的地址。 RIP 協(xié)議的收斂(convergence)過程較快，即在自治系統(tǒng)中所有的結點都得到正確的路由選擇信息的過程。,RIP原理 路由表的構建是基于兩個路由器之間的rip路由信息相互廣播、蔓延、和學習,路由表維護,RIP協(xié)議,距離矢量源信息的獲得,距離矢量源信息的獲得,距離矢量源信息的獲得,距離向量算法,一個路由其收到相鄰路由器（其地址為 X）的一個 RIP 報文的處理方法： (1) 先修改此 RIP 報文中的所有項目：將“下一跳”字段中的地址都改為 X，并將所有的

12、“距離”字段的值加 1。 (2) 對修改后的 RIP 報文中的每一個項目，重復以下步驟： 若項目中的目的網(wǎng)絡不在路由表中，則將該項目加到路由表中。 否則（目的網(wǎng)絡在路由表中） 若下一跳字段給出的路由器地址和原路由表中的是相同的，則用收到的項目替換原路由表中的項目。 否則 （下一跳字段給出的路由器地址和原路由表中的是不相同的） 若收到項目中的距離小于路由表中的距離，則進行更新， 否則（收到項目中的距離大于路由表中的距離），什么也不做。 (3) 若 3 分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則將此相鄰路由器記為不可達的路由器，即將距離置為16（距離為16 表示不可達）。 (4) 返回。,1 1 2

13、 1 3 1 ,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,4 1 6 1 ,1 1 5 1 ,一開始，各路由表只有到相鄰路由器的信息,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 6,網(wǎng) 5,網(wǎng) 1,“4”表示“從本路由器到網(wǎng) 4”,“1”表示“距離是 1”,“”表示“直接交付”,RIP協(xié)議路由表的建立實例,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相鄰路由器 A 和 C 的路由表,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 6,網(wǎng) 5,網(wǎng) 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 說：“我到網(wǎng) 1 的距

14、離是 1。” 因此 B 現(xiàn)在也可以到網(wǎng) 1， 距離是 2，經過 A?！?F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相鄰路由器 A 和 C 的路由表,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 6,網(wǎng) 5,網(wǎng) 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 說：“我到網(wǎng) 2 的距離是 1?！?因此 B 現(xiàn)在也可以到網(wǎng) 2， 距離是 2，經過 A?！?F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相鄰路由器 A 和 C 的路由表,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 6,網(wǎng) 5

15、,網(wǎng) 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 說：“我到網(wǎng) 3 的距離是 1?！?但 B 沒有必要繞道經過路由器 A 再到達網(wǎng) 3，因此這一項目不變。,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相鄰路由器 A 和 C 的路由表,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 6,網(wǎng) 5,網(wǎng) 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,C 說：“我到網(wǎng) 4 的距離是 1。” 但 B 沒有必要繞道經過路由器 C 再到達網(wǎng) 4，因此這一項目不變。,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4

16、1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相鄰路由器 A 和 C 的路由表,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 6,網(wǎng) 5,網(wǎng) 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,C 說：“我到網(wǎng) 6 的距離是 1。” 因此 B 現(xiàn)在也可以到網(wǎng) 6， 距離是 2，經過 C。”,最終所有的路由器的路由表都更新了,F,E,D,C,B,A,1 1 2 1 3 1 4 2 B 5 2 E 6 3 B,1 1 2 2 A 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F,1 2 E 2 2 D 3 3 C 4 2 C 5 1 6 1 ,1 3 B 2 3 B 3 2 B 4 1 5 2 F 6 1 ,網(wǎng) 2,網(wǎng) 6

17、,網(wǎng) 5,網(wǎng) 1,網(wǎng) 3,網(wǎng) 4,1 2 A 2 1 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 5 3 C 6 2 C,練習題:,假設網(wǎng)絡中的路由器B的路由表有如下的項目(這三項分別是“目的網(wǎng)絡”、“距離”和“下一跳路由器”） N1 7 A N2 2 C N6 8 F N8 4 E N9 4 F,現(xiàn)在B收到從C發(fā)來的路由信息（這兩項分別表示“目的網(wǎng)絡”和“距離”）,N2 4 N3 8 N6 4 N8 3 N9 5,試求出路由器B更新后的路由表（詳細說明每一步）,答案：路由器B更新后的路由表如下： N1 7 A 無新信息，無變化 N2 5 C 相同的下一

18、跳，更新 N3 9 C 新的項目，添加進來 N6 5 C 不同的下一跳，距離更短，更新 N8 4 E 不同的下一跳，距離一樣，不改變 N9 4 F 不同的下一跳，距離更大，不改變,距離-向量路由的缺點,在一定環(huán)境下會產生路由問題。比如，當網(wǎng)絡失敗或發(fā)生其他變化時，路由器需要一些時間才能收斂到對網(wǎng)絡拓撲的重新認識。在收斂過程中，網(wǎng)絡可能是脆弱的，產生不一致的路由，甚至路由環(huán)。有許多措施來防止這些情況發(fā)生，但在收斂過程中，網(wǎng)絡的性能仍處于危險之中。因此，舊的收斂慢的距離-向量協(xié)議不適合于大的、復雜的廣域網(wǎng)。,即使在更小的網(wǎng)絡中，距離-向量路由協(xié)議也會產生問題，或者至少距離-向量路由協(xié)議也不是最優(yōu)的

19、。這是因為簡單性的長處也會成為不足的來源,距離-向量路由的優(yōu)點,距離-向量協(xié)議是非常簡單的協(xié)議，容易配置、維護和使用。因此，它對于非常小的、幾乎沒有冗余路徑且無嚴格性能要求的網(wǎng)絡非常有用。距離-向量路由協(xié)議集中體現(xiàn)在路由信息協(xié)議( RIP )中。RIP使用單一的距離標準耗費來決定一個報文要選擇的最好路徑。RIP已廣泛使用了幾十年，最近才被證明有更新的必要。,鏈路-狀態(tài)路由,鏈路-狀態(tài)路由算法-越來越多的人認為是最短路徑優(yōu)先( SPF )協(xié)議-維護一個復雜的網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)庫。與距離-向量路由協(xié)議不同，鏈路-狀態(tài)協(xié)議形成和維護網(wǎng)絡路由器的全部信息，以及它們是如何互聯(lián)的?？梢酝ㄟ^和網(wǎng)絡中的其他路由器交換鏈路-狀態(tài)通告( LSA )來實現(xiàn)這一點。 交換了LSA的每一個路由器于是使用收到的LSA建造一個拓撲數(shù)據(jù)庫。SPF算法用于計算目的地的可達性。計