第6章__路由協(xié)議

1、第六章 路由協(xié)議第六章 路由協(xié)議6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議6.1.1 路由器的工作原理6.1.2 路由協(xié)議的作用及分類6.2 RIP路由信息協(xié)議6.2.1 RIP協(xié)議數(shù)據(jù)包的格式6.2.2 RIP協(xié)議的工作過程6.2.3 RIP協(xié)議的缺陷6.2.4 RIP26.3 OSPF開放最短路徑優(yōu)先6.4 BGP邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議6.5 Internet的路由體系結(jié)構(gòu) 6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議6.1.1 路由器的工作原理路由器就是互聯(lián)網(wǎng)中的中轉(zhuǎn)站，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)到目的網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)是路由表，這個路由表中包含有該路由掌握的目的網(wǎng)絡(luò)地址以及通過此路由器到達(dá)這些網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑，如某個接口

2、或下一跳的地址。6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議6.1.1 路由器的工作原理當(dāng)路由器從某個接口中收到一個數(shù)據(jù)包時(shí)，路由器查看數(shù)據(jù)包中的目的網(wǎng)絡(luò)地址，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的目的地址不在接口所在的子網(wǎng)中，路由器查看自己的路由表(靜態(tài)或動態(tài))，找到數(shù)據(jù)包的目的網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的接口，并從相應(yīng)的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。上述只是路由過程的簡單描述，但卻是最基本的路由原理。 6.1.2 路由協(xié)議的作用及分類路由協(xié)議的作用在于它是路由器能夠與其他的路由器交換有關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂蛇_(dá)性的信息(動態(tài),尤其是外網(wǎng))。路由協(xié)議的作用： 維護(hù)路由信息 建立路由表 決定最佳路徑6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議路由表由6個路由器互聯(lián)的5個網(wǎng)絡(luò)，

3、每個網(wǎng)絡(luò)在圖中用一條粗線表示，下面標(biāo)有網(wǎng)絡(luò)地址。每個路由器在端口處標(biāo)有其IP地址，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0中的主機(jī)1要發(fā)送數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)50.0.0.0中的主機(jī)2，它們之間有多條路徑相連。路由器420.0.0.040.0.0.020.0.0.3 40.0.0.1路由器640.0.0.2 50.0.0.250.0.0.0路由器320.0.0.2 30.0.0.230.0.0.0路由器530.0.0.3 50.0.0.1路由器1路由器2主機(jī)110.0.0.510.0.0.010.0.0.220.0.0.110.0.0.130.0.0.1主機(jī)250.0.0.56.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行

4、路由選擇的依據(jù)是保存在路由器中的路由表。設(shè)路由器1和路由器5的路由表如表所示。路由器 目標(biāo)地址 子網(wǎng)掩碼 下一站路由器地址 10.0.0.0 255.0.0.0 直接投遞 20.0.0.0 255.0.0.0 30.0.0.2 30.0.0.0 255.0.0.0 直接投遞 40.0.0.0 255.0.0.0 30.0.0.2 路由器 1 50.0.0.0 255.0.0.0 30.0.0.3 10.0.0.0 255.0.0.0 30.0.0.1 20.0.0.0 255.0.0.0 30.0.0.2 30.0.0.0 255.0.0.0 直接投遞 40.0.0.0 255.0.0.0 5

5、0.0.0.2 路由器 5 50.0.0.0 255.0.0.0 直接投遞 6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議路由表保存了通過該路由器可能到達(dá)的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)以及如何到達(dá)該目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的信息。 路由表的目標(biāo)地址主要是目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址，但也可以包含兩種特殊的路由表項(xiàng)。一種是默認(rèn)路由，它可以進(jìn)一步簡化路由表，當(dāng)路由表中沒有表項(xiàng)能與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)相匹配時(shí)，就把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到默認(rèn)路由。6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議路由選擇算法路由選擇算法(Routing Algorithm)工作在網(wǎng)絡(luò)層，它負(fù)責(zé)確定對所收到的IP數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)通過哪條傳輸線傳出(轉(zhuǎn)發(fā))。下面給出路由選擇的一般算法：(1) 路由器從收到的IP數(shù)據(jù)報(bào)中取出目標(biāo)I

6、P地址。(2) 搜索路由表，尋找能與目的IP地址完全匹配的表目(網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號都要匹配)。如果找到，則把報(bào)文發(fā)送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網(wǎng)絡(luò)接口，路由選擇過程結(jié)束；如果找不到，則執(zhí)行下一步。6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議(3) 搜索路由表，把目標(biāo)IP地址與子網(wǎng)掩碼逐位求“與”后，尋找能與目的網(wǎng)絡(luò)號相匹配的表目。如果找到，則把報(bào)文發(fā)送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網(wǎng)絡(luò)接口，路由選擇過程結(jié)束；如果找不到，則執(zhí)行下一步。(4) 搜索路由表，尋找標(biāo)為“默認(rèn)(Default)”的表目。如果找到，則把報(bào)文發(fā)送給該表目指定的下一站路由器；如果找不到，則本次選路失敗，發(fā)送一個“目標(biāo)不

7、可達(dá)”的ICMP報(bào)文給源主機(jī)。6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議路由表的建立與刷新1. 靜態(tài)路由靜態(tài)路由是由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接方式人工建立的。靜態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)是可以使網(wǎng)絡(luò)更安全，因?yàn)橹挥幸粭l流進(jìn)和流出網(wǎng)絡(luò)的路徑(除非定義多條靜態(tài)路由)。另一個優(yōu)點(diǎn)是靜態(tài)路由配置簡單，系統(tǒng)開銷少，因?yàn)樗皇褂寐酚善魃系腃PU來計(jì)算路由，需要很少的存儲器就可以保存靜態(tài)路由。2動態(tài)路由動態(tài)路由指互聯(lián)網(wǎng)中的路由器可以通過自身的學(xué)習(xí)，自動修改和刷新路由表。 6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議路由守護(hù)程序選擇最佳路由是根據(jù)一定的選路策略(Routing Policy)來

8、進(jìn)行的。 動態(tài)路由的刷新要通過執(zhí)行路由選擇協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，在互聯(lián)網(wǎng)中，目前采用了許多不同的選路協(xié)議。路由選擇協(xié)議1. 距離-向量路由算法和路由信息協(xié)議RIP距離-向量算法有時(shí)也稱為Bellman-Ford算法，該算法的基本思想是路由器會周期性地把自己的路由表拷貝傳送給與其直接相連網(wǎng)絡(luò)的各個路由器。 6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議距離-向量算法的具體內(nèi)容可描述如下：(1) 在初始啟動路由器時(shí)，各路由器的路由表只包含了與本路由器直接相連網(wǎng)絡(luò)的路由，因?yàn)楦髀酚善鬟€不知道去其他網(wǎng)絡(luò)的信息，并把距離設(shè)為0(與本路由器直接相連)。(2) 各路由器周期性地向相鄰的路由器廣播自己的路由表信息，收到廣播路由信息

9、的其他路由器根據(jù)這些信息對自己的路由表進(jìn)行刷新。如果路由器A收到了發(fā)自路由器B的路由信息(以下用A和B表示)，則路由器A路由表的刷新可以分為以下幾種情況： 6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議 添加表項(xiàng)。 修改表項(xiàng)。 刪除表項(xiàng)。距離-向量路由選擇算法在網(wǎng)絡(luò)中的具體使用是通過RIP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的，該協(xié)議規(guī)定了路由器之間廣播發(fā)送路由信息(報(bào)文)的時(shí)間間隔(一般為30秒)、信息格式、錯誤處理等內(nèi)容。距離-向量路由算法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)失敗或發(fā)生其他變化時(shí)，路由器需要較長的時(shí)間才能收斂到對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞恼_認(rèn)識。 6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議 RIP的定義可以在RFC1058找到，

10、使用UDP做載體（是UDP的上層），格式如下，最重要的是度量的段（記數(shù)路由器個數(shù)）。命令1請求2應(yīng)答，3、4不用，5、6為非正式。版本通常為1，根據(jù)實(shí)際設(shè)定。地址，IP為2。最多攜帶25個路由。版本為2則利用必須為0的字段傳遞額外信息。031命令（1-6）版本（1）必須為0地址必須為032位IP地址必須為0必須為0度量（1-16）最多可有24個另外的路由，與前20個字節(jié)具有相同的格式6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議u 給每一個已知的路由發(fā)送RIP請求報(bào)文，要求給出完整的路由。這種報(bào)文命令字段為1，地址字段為0，度量HOP為16。u 接受請求，給出完整的路由表，如果沒有，就把請求表中有的部分添

11、上跳數(shù)，沒有添16。u 接受回應(yīng)。更新路由表，使用HOP數(shù)最小的規(guī)則。u 定期更新路由表，一般30秒以廣播形式給相鄰路由啟發(fā)一次自己的路由表。3分鐘未更新，刪除！6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議 RIP協(xié)議要求路由器每隔30秒無向地廣播其路由表，在具有許多節(jié)點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò)中，這會消耗掉相當(dāng)數(shù)量的帶寬；它采用先入為主的原則，缺乏負(fù)載均衡的能力；最大距離規(guī)定為15，等于或超過16的距離視為不可達(dá)路由，限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模；路由度量值以跳數(shù)代替，并且默認(rèn)跳數(shù)使用1(相鄰路由之間)，沒有考慮其他因素。RIP在RFC1058中定義，以UDP為載體。6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議2鏈路-狀態(tài)路由算法和開放式

12、最短路徑優(yōu)先OSPF協(xié)議鏈路-狀態(tài)路由算法也叫最短路徑優(yōu)先算法，它的基本思想是每個路由器主動測試與其相連鏈路的狀態(tài)，并將這些信息發(fā)送給其他相鄰的路由器，這樣利用擴(kuò)散，每個路由器可以告訴它所在區(qū)域的其他路由器與它相鄰的路由器及其開銷，每個路由器接收這些鏈路狀態(tài)信息并保存在一個數(shù)據(jù)庫中。6.1 路由器的工作原理及路由協(xié)議開放式最短路徑優(yōu)先OSPF協(xié)議是基于鏈路-狀態(tài)路由算法的，它的收斂速度比距離-向量協(xié)議更快，也就是說，在路由發(fā)生變化后(如路由器關(guān)閉或鏈路出故障)，它可以較快穩(wěn)定下來。它還可以根據(jù)吞吐率、往返時(shí)間、可靠性或其他性能來生成路由。另外，當(dāng)同一個目的地址存在著多個相同費(fèi)用的路由時(shí)，OSP

13、F在這些路由上可以平均分配流量(流量平衡)。綜上所述，OSPF是一個真正意義上的動態(tài)路由協(xié)議，現(xiàn)在，由于大部分廠商提供的路由器支持OSPF協(xié)議，因此使用OSPF的網(wǎng)絡(luò)越來越多。6.1.2 路由協(xié)議的作用及分類內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）與外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議：用于在自治系統(tǒng)之間交換路由選擇信息的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如BGP。 自治系統(tǒng)：在同一公共路由選擇策略和公共管理下的網(wǎng)絡(luò)集合，如一個ISP的網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議：在自主系統(tǒng)中交換路由選擇信息的路由協(xié)議，常用的因特網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議有IGRP、OSPR、RIP。6.1.2 路由協(xié)議的作用及分類 距離矢量路由協(xié)議與鏈路狀態(tài)路

14、由協(xié)議距離矢量路由協(xié)議：距離矢量路由協(xié)議：它確定到網(wǎng)絡(luò)中任一連路的方向（向量,路由器+1）與距離，如RIP、IGRP等。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議：鏈路狀態(tài)路由協(xié)議：為路由計(jì)算而重新生成整個網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)備拓?fù)?狀態(tài),費(fèi)用,標(biāo)識)，如OSPF、IS-IS等。6.2 RIP路由信息協(xié)議RIP：路由信息協(xié)議是一種古老的基于距離矢量算法的路由協(xié)議，使用UDP傳輸。通過計(jì)算抵達(dá)目的地的最少跳數(shù)（hop）來選取最佳路徑。 RIP協(xié)議的跳數(shù)最多計(jì)算到15跳，當(dāng)超過這個數(shù)字時(shí)，RIP協(xié)議會認(rèn)為目的地不可達(dá)。此外，單純的以跳數(shù)作為選路的依據(jù)不能充分描述路徑特征，可能導(dǎo)致所選的路徑不是最優(yōu)。因此RIP協(xié)議只適用在中小型的網(wǎng)絡(luò)中。 RIP已經(jīng)成為在網(wǎng)關(guān)、路由器和主機(jī)間實(shí)現(xiàn)路由信息交換的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。幾乎在所有的IP路由器支持RIP協(xié)議。6.3 OSPF開放最短路徑優(yōu)先OSPF：開放式最短路徑優(yōu)先是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，是除RIP外的另一個內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，直接使用IP協(xié)議。 每一個OSRP路由器都維護(hù)一個相同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，從這個數(shù)據(jù)庫中，可以構(gòu)造一個最短路徑樹來計(jì)算路由表。OSRP的收斂速遞比RIP要快，而且在更新路由信息時(shí)，產(chǎn)生的流量也較少。 為了管理大