1、,網(wǎng)絡(luò)層大綱考查范圍,網(wǎng)絡(luò)層大綱考查范圍,概要：,路由選擇協(xié)議及算法的工作原理：RIP，OSPF，BGP協(xié)議,6.4.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 RIP (Routing Information Protocol),1. 工作原理 路由信息協(xié)議 RIP 是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)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(luò)中的每一個路由器都要維護(hù)從它自己到其他每一個目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄。,“距離”的定義,從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為 1。 從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加 1。 RIP 協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”

2、(hop count)，因為每經(jīng)過一個路由器，跳數(shù)就加 1。,“距離”的定義,RIP 認(rèn)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(dāng)于不可達(dá)?？梢?RIP 只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。 RIP 不能在兩個網(wǎng)絡(luò)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。,RIP 協(xié)議的三個要點(diǎn),僅和相鄰路由器交換信息。 交換的信息是當(dāng)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

3、,路由器在剛剛開始工作時，只知道到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離（此距離定義為1）。 以后，每一個路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。 經(jīng)過若干次更新后，所有的路由器最終都會知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個網(wǎng)絡(luò)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(jié)點(diǎn)都得到正確的路由選擇信息的過程。,2. 距離向量算法,收到相鄰路由器（其地址為 X）的一個 RIP 報文： (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“距離”字段的值加 1。 (2) 對修改后的 RIP 報文中的每一個項目，

4、重復(fù)以下步驟： 若項目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則將該項目加到路由表中。 否則 若下一跳字段給出的路由器地址是同樣的，則將收到的項目替換原路由表中的項目。 否則 若收到項目中的距離小于路由表中的距離，則進(jìn)行更新， 否則，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(dá)的路由器，即將距離置為16（距離為16表示不可達(dá)）。 (4) 返回。,路由器之間交換信息,RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都和自己的相鄰路由器不斷交換路由信息，并不斷更新其路由表，使得從每一個路由器到每一個目的網(wǎng)絡(luò)的路由都是最短的（即跳數(shù)最少）。 雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系

5、統(tǒng)的全局路由信息，但由于每一個路由器的位置不同，它們的路由表當(dāng)然也應(yīng)當(dāng)是不同的。,1 1 2 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”,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

6、 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 1?！?因此 B 現(xiàn)在也可以到網(wǎng) 1， 距離是 2，經(jīng)過 A?！?1 1 2 1 3 1 ,4 1 6 1 ,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(jīng)過 A。”,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1

7、,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) 3 的距離是 1?！?但 B 沒有必要繞道經(jīng)過路由器 A 再到達(dá)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(jīng)過路由器 C

8、 再到達(dá)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 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(jīng)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

9、 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,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,RIP 協(xié)議的位置,RIP 協(xié)議使用運(yùn)輸層的用戶數(shù)據(jù)報 UDP進(jìn)行傳送（使用 UDP 的端口 520）。 因此 RIP 協(xié)議的位置應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用層。但轉(zhuǎn)發(fā) IP 數(shù)據(jù)報的過程是在網(wǎng)絡(luò)層完成的。,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R1 說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 1，是直接交付。”,“1”表示“從本路由器到網(wǎng) 1”,

10、“1”表示“距離是 1”,“”表示“直接交付”,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R2 說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 2，是經(jīng)過 R1?！?“1”表示“從本路由器到網(wǎng) 1”,“2”表示“距離是 2”,“R1”表示 經(jīng)過 R1,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R1 說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 16 （表示無法到達(dá)）， 是直接交付。”,但 R2 在收到 R1 的更新報文之前，還發(fā)送原來的報文， 因為這時 R2 并不知道 R1 出了故障。,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R1 收到 R2 的更新報文后，誤認(rèn)為可經(jīng)過 R2 到達(dá)網(wǎng)1，于是更新自己

11、的路由表，說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 3，下一跳經(jīng)過 R2”。然后將此更新信息發(fā)送給 R2。,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R2 以后又更新自己的路由表為“1, 4, R1”，表明 “我到網(wǎng) 1 距離是 4，下一跳經(jīng)過 R1”。,R2,R1,R2,R1,網(wǎng) 1出了故障,正 常 情 況,1 1 ,1 16 ,1 5 R2,1 2 R1,1 2 R1,這樣不斷更新下去，直到 R1 和 R2 到網(wǎng) 1 的距離都增大到 16 時，R1 和 R2 才知道網(wǎng)1是不可達(dá)的。,這就是好消息傳播得快，而壞消息傳播得慢。網(wǎng)絡(luò)出故障的傳播時間往往需要較長的時間(例如數(shù)分鐘)。這是 RIP 的一

12、個主要缺點(diǎn)。,6.4.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 OSPF (Open Shortest Path First),1. OSPF 協(xié)議的基本特點(diǎn) “開放”表明 OSPF 協(xié)議不是受某一家廠商控制，而是公開發(fā)表的。 “最短路徑優(yōu)先”是因為使用了 Dijkstra 提出的最短路徑算法SPF OSPF 只是一個協(xié)議的名字，它并不表示其他的路由選擇協(xié)議不是“最短路徑優(yōu)先”。 是分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。,三個要點(diǎn),向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息，這里使用的方法是洪泛法。 發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息。 “鏈路狀態(tài)”就是說明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路

13、的“度量”(metric)。 只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才用洪泛法向所有路由器發(fā)送此信息。,鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(link-state database),由于各路由器之間頻繁地交換鏈路狀態(tài)信息，因此所有的路由器最終都能建立一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。 這個數(shù)據(jù)庫實(shí)際上就是全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，它在全網(wǎng)范圍內(nèi)是一致的（這稱為鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步）。 OSPF 的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫能較快地進(jìn)行更新，使各個路由器能及時更新其路由表。OSPF 的更新過程收斂得快是其重要優(yōu)點(diǎn)。,OSPF 的區(qū)域(area),為了使 OSPF 能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF 將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的范圍，叫作區(qū)域。 每一個

14、區(qū)域都有一個 32 bit 的區(qū)域標(biāo)識符（用點(diǎn)分十進(jìn)制表示）。 區(qū)域也不能太大，在一個區(qū)域內(nèi)的路由器最好不超過 200 個。,OSPF 劃分為兩種不同的區(qū)域,區(qū)域 0.0.0.1,區(qū)域 0.0.0.3,主干區(qū)域 0.0.0.0,至其他自治系統(tǒng),R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,網(wǎng) 8,網(wǎng) 6,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 1,網(wǎng) 7,區(qū)域 0.0.0.2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 5,R8,劃分區(qū)域,劃分區(qū)域的好處就是將利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限于每一個區(qū)域而不是整個的自治系統(tǒng)，這就減少了整個網(wǎng)絡(luò)上的通信量。 在一個區(qū)域內(nèi)部的路由器只知道本區(qū)域的完整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，而不知道其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r。

15、 OSPF 使用層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分。在上層的區(qū)域叫作主干區(qū)域(backbone area)。主干區(qū)域的標(biāo)識符規(guī)定為0.0.0.0。主干區(qū)域的作用是用來連通其他在下層的區(qū)域。,主干路由器,區(qū)域 0.0.0.1,區(qū)域 0.0.0.3,主干區(qū)域 0.0.0.0,至其他自治系統(tǒng),R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,網(wǎng) 8,網(wǎng) 6,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 1,網(wǎng) 7,區(qū)域 0.0.0.2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 5,R8,區(qū)域邊界路由器,區(qū)域 0.0.0.1,區(qū)域 0.0.0.3,主干區(qū)域 0.0.0.0,至其他自治系統(tǒng),R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,網(wǎng) 8,網(wǎng) 6,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 1

16、,網(wǎng) 7,區(qū)域 0.0.0.2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 5,R8,OSPF 直接用 IP 數(shù)據(jù)報傳送,OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 數(shù)據(jù)報傳送，可見 OSPF 的位置在網(wǎng)絡(luò)層。 OSPF 構(gòu)成的數(shù)據(jù)報很短。這樣做可減少路由信息的通信量。 數(shù)據(jù)報很短的另一好處是可以不必將長的數(shù)據(jù)報分片傳送。分片傳送的數(shù)據(jù)報只要丟失一個，就無法組裝成原來的數(shù)據(jù)報，而整個數(shù)據(jù)報就必須重傳。,OSPF 的其他特點(diǎn),OSPF 對不同的鏈路可根據(jù) IP 分組的不同服務(wù)類型 TOS 而設(shè)置成不同的代價。因此，OSPF 對于不同類型的業(yè)務(wù)可計算出不同的路由。 如果到同一個目的網(wǎng)絡(luò)有多條相同代價的路徑，那么可以將通信量分配給這

17、幾條路徑。這叫作多路徑間的負(fù)載平衡。 所有在 OSPF 路由器之間交換的分組都具有鑒別的功能，保證僅在可信賴的路由器間交換鏈路信息。 支持可變長度的子網(wǎng)劃分和無分類編址 CIDR。 每一個鏈路狀態(tài)都帶上一個 32 bit 的序號，序號越大狀態(tài)就越新。,2. OSPF 的五種分組類型,類型1，問候(Hello)分組。 類型2，數(shù)據(jù)庫描述(Database Description)分組。 類型3，鏈路狀態(tài)請求(Link State Request)分組。 類型4，鏈路狀態(tài)更新(Link State Update)分組， 用洪泛法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。 類型5，鏈路狀態(tài)確認(rèn)(Link State Ac

18、knowledgment) 分組。,OSPF的基本操作,確定可達(dá)性,OSPF 的其他特點(diǎn),OSPF 還規(guī)定每隔一段時間，如 30 分鐘，要刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。 由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模并無直接關(guān)系。因此當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時，OSPF 協(xié)議要比距離向量協(xié)議 RIP 好得多。 OSPF 沒有“壞消息傳播得慢”的問題，據(jù)統(tǒng)計，其響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的時間小于 100 ms。,局域網(wǎng) L1,局域網(wǎng) L2,(a) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?(b) 有向圖,L1,L2,W1,W3,W2,D,B,C,A,I,H,G,F,E,12,4,2,2,2,3,3,3,4,13,12,16,7,7,8,8,8,10,W4,W6,4,W5,6,5,2,2,5,4,4,3,3,3,2,8,8,13,12,12,10,7,6,16,A,B,H,G,F,E,C,D,I,廣域網(wǎng) W5,廣域網(wǎng) W3,廣域網(wǎng) W2,廣域網(wǎng) W6,廣域網(wǎng) W1,廣域網(wǎng) W4,有向圖,L1,L2,W1,W3,W2,D,B,C,A,I,H,G,F,E,12,4,2,2,2,3,3,3,4,13,12,16,7,7,8,8,8,10,W4,