A班通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)(第三章)2Internet單播路由協(xié)議walkaway課件

通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)

第三章（2）因特網(wǎng)的路由協(xié)議參考書籍：高等計算機網(wǎng)絡(luò)－體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議機制、算法設(shè)計與路由器技術(shù)徐珞、吳建平等著，機械工業(yè)出版社2003，9

南京郵電大學張順頤2008，4，1311/11/20221通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)Internet路由信息協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之1：路由信息協(xié)議RIP一、路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議RIP是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的一種。（一）RIP協(xié)議的發(fā)展過程RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中所有的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。11/11/20222Internet路由信息協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之1：路由信息協(xié)議R

20世紀80年代，加州大學伯克利分校在開發(fā)Unix系統(tǒng)的同時，在routed程序中設(shè)計實現(xiàn)了RIP協(xié)議軟件。Routed程序被綁定在BSDUnix系統(tǒng)中一起推出，被廣泛的使用于早期網(wǎng)絡(luò)中的主機之間交換路由信息。11/11/2022320世紀80年代，加州大學伯克利分校在

RIP協(xié)議認為，好的路由就是跳數(shù)少，即通過的路由器數(shù)目少，稱為“距離短”。RIP協(xié)議定義：路由器直接到所在網(wǎng)絡(luò)距離為0（也有定義為1的），到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離則為所經(jīng)過的路由器的數(shù)加1。盡管RIP/routed沒有非常突出的優(yōu)點，但是由于Unix操作系統(tǒng)的普及，RIP/routed也逐漸被推廣使用，為許多人所接受，成為中小型網(wǎng)絡(luò)中最基本的路由協(xié)議程序。11/11/20224RIP協(xié)議認為，好的路由就是跳數(shù)少，11/9/

這是因為RIP具有自身的特點。首先，在小型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，從使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬以及協(xié)議配置和管理復(fù)雜程度上看，RIP的運行開銷很小；其次，與其它路由協(xié)議相比，RIP使用簡單的距離-向量算法，實現(xiàn)更容易；由于歷史的原因，RIP的應(yīng)用范圍非常廣，在未來的一段時間內(nèi)仍然會使用在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。因此，在路由器的設(shè)計中，RIP協(xié)議是不可缺少的路由協(xié)議之一。11/11/20225這是因為RIP具有自身的特點。首先，在小型的網(wǎng)絡(luò)RIP協(xié)議雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統(tǒng)的全局路由信息，但是由于每一個路由器的位置不同，其路由表是不一樣的。RIP協(xié)議使用運輸層的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP進行傳送，因此RIP協(xié)議的位置應(yīng)當在應(yīng)用層。但是轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報的過程是在網(wǎng)絡(luò)層完成的。11/11/20226RIP協(xié)議雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統(tǒng)的全局路由1、路由信息協(xié)議RIP（RoutingInformaitionProtocol）

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是分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，特點是簡單。距離：RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個路由器都要維護從它自己到其它每一個目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄，即距離向量。11/11/202271、路由信息協(xié)議RIP（RoutingInformait

RIP協(xié)議定義距離：從一個路由器到其直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定為1，而從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加1。所以，這里距離也稱為“跳數(shù)（hopcount）”。RIP不能在兩個網(wǎng)絡(luò)之間同時使用多個路由。11/11/20228RIP協(xié)議定義距離：11/9/20228IGP：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；EGP：外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；11/11/20229IGP：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；EGP：外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；11/9/202

各種路由協(xié)議都是要滿足路由器不斷地和其它的路由器交換路由信息，為了便于問題的討論，需要明確：不相鄰的路由器不交換信息。即一個路由器只與相鄰的路由器交換信息，因為每個路由器不需要考慮不相鄰的路由器的情況，那樣情況非常復(fù)雜；11/11/202210各種路由協(xié)議都是要滿足路由器不斷11/交換的信息是本路由器當前所知道的全部信息，即自己的路由表；也就是說，所交換的信息是到本自治系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)的（最短）距離，以及到每個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該經(jīng)過的下一跳路由器。至于本路由器怎樣獲得這些信息，以及路由表是否完整，那并不重要；11/11/202211交換的信息是本路由器當前所知道的全部信息，即自己的路由表；也Internet網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點11/11/202212Internet網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點11/9/202212按固定的時間間隔交換路由信息；然后更新路由表。當然在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生拓撲變化時，應(yīng)該即時交換信息。目前使用的RIP協(xié)議版本有RIPv1，是1988年6月提出的，RIPv2，是1998年11月提出的，兩者之間的不同是，后者在協(xié)議報文的路由表項中增加了子網(wǎng)掩碼信息，安全認證，不同路由協(xié)議之間的交互等功能。11/11/202213按固定的時間間隔交換路由信息；然后更新路由表。當然在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生二、RIP協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)

1、RIPv1報文結(jié)構(gòu)。RIPv1的報文結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個報文都包括一個報文命令字段、一個報文版本字段以及一些路由信息項（一個RIP報文中最多允許25個路由信息項）。RIP報文的最大長度為4+20×25=504字節(jié)，加上UDP報頭的8字節(jié)，一共是512字節(jié)。如果路由表的路由表項數(shù)目大于25時，那么就需要多個RIP報文來完成路由信息的傳播過程。11/11/202214二、RIP協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)1、RIPv1報文結(jié)構(gòu)。圖1RIPv1報文結(jié)構(gòu)11/11/202215圖1RIPv1報文結(jié)構(gòu)11/9/202215

Command字段：標識RIP報文的類型，目前RIP只支持兩種報文類型，分別是請求報文（request）和響應(yīng)報文（response）。Version字段：表示RIP報文的版本信息，RIPv1報文中此字段為1。AddressFamilyIdentifier字段：表示路由信息所屬的地址族，目前RIP中規(guī)定此字段必須為2，表示使用IP地址族。IPv4Address字段：表示路由信息對應(yīng)的目的地IP地址，可以是網(wǎng)絡(luò)地址、子網(wǎng)地址以及主機地址。11/11/202216Command字段：標識RIP報文的類型，目前RIP只支持Metric字段：表示從本路由器到達目的地的距離，目前RIP協(xié)議將路由路徑上經(jīng)過的路由器數(shù)作為距離度量值。MustBeZero字段：協(xié)議規(guī)定這些字段必須為0。當需要發(fā)送請求對方路由器全部路由表信息的請求報文時，RIP使用另一種報文結(jié)構(gòu)，如圖2所示。此報文結(jié)構(gòu)中路由信息項的地址族標識符字段為0，目的地址字段為0，距離度量字段為16。11/11/202217Metric字段：表示從本路由器到達目的地的距離，目前RIP圖2RIPv1請求全部路由信息報文結(jié)構(gòu)11/11/202218圖2RIPv1請求全部路由信息報文結(jié)構(gòu)11/9/2022RIP協(xié)議因此，RIP協(xié)議使用的最大距離為15，16則表示不可達。故只能在比較小的網(wǎng)絡(luò)中使用。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大時，可以使用OSPF協(xié)議（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，也稱最短路徑優(yōu)先協(xié)議）。如果網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了故障，則故障路由器信息可能要多次才能更新。此即RIP協(xié)議的特點“壞消息傳得慢，好消息傳得快”，這是因為網(wǎng)絡(luò)的故障是由跳數(shù)不可達來表示的，跳數(shù)不可達需要特殊為16時才可判為不可達；而新的可達路由，則直接轉(zhuǎn)發(fā)即可，所以傳得很快。11/11/202219RIP協(xié)議因此，RIP協(xié)議使用的最大距離為15，16則表示不

2、RIPv2報文結(jié)構(gòu)。RIPv2充分利用了RIPv1報文結(jié)構(gòu)中未被使用的字段，對RIPv1進行了進一步的擴展，包括：采用多播方式提高網(wǎng)絡(luò)報文利用效率；為每個路由表項增加子網(wǎng)掩碼信息；對RIP交互報文增加安全機制以及為不同路由協(xié)議的交互提供支持等。11/11/2022202、RIPv2報文結(jié)構(gòu)。11/9/202220圖3RIPv2報文結(jié)構(gòu)11/11/202221圖3RIPv2報文結(jié)構(gòu)11/9/202221

RIPv2報文結(jié)構(gòu)中與RIPv1不一致的字段的簡單說明：Unused字段：RIPv2不對此字段做任何處理，不要求字段必須為0。Version字段：對于RIPv2來說，此字段為2。RouteTag字段：表示路由對應(yīng)的自治系統(tǒng)號，從而用于協(xié)議的交互。SubnetMask：表示路由信息對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼，增加對CIDR路由的支持。NextHop：表示路由對應(yīng)的下一跳路由器IP地址，如為0.0.0.0，則以此RIP報文的發(fā)送源地址作為下一跳路由器。11/11/202222RIPv2報文結(jié)構(gòu)中與RIPv1不一致的字段的簡

為了給RIP路由交互報文提供認證功能，RIPv2在每個路由交互報文中增加了認證字段，報文結(jié)構(gòu)如圖4所示，RIPv2利用了一個完整的路由信息項來實現(xiàn)認證功能，這樣整個報文最多只能包括24個路由信息項。11/11/202223為了給RIP路由交互報文提供認證功能，RIPv2圖4RIPv2認證字段報文結(jié)構(gòu)11/11/202224圖4RIPv2認證字段報文結(jié)構(gòu)11/9/202224AuthenticationType字段：表示認證的類型，當前協(xié)議只規(guī)定為2，表示明文密碼認證。Authentication字段：表示認證的數(shù)據(jù)，即認證密碼值。該字段為16字節(jié)，未滿16字節(jié)的最后填0。11/11/202225AuthenticationType字段：表示認證的類型，（三）RIP協(xié)議的基本特點1、協(xié)議運行過程當系統(tǒng)啟動時，RIP協(xié)議處理模塊在所有RIP配置運行的接口處發(fā)出request報文，然后RIP協(xié)議就進入了循環(huán)等待狀態(tài)，等待外部RIP協(xié)議報文（包括請求報文和響應(yīng)報文)的到來。11/11/202226（三）RIP協(xié)議的基本特點1、協(xié)議運行過程11/9/2022

而接收到request報文的相鄰路由器會發(fā)出包含它們路由表信息的response報文。當請求的路由器接收到一個response報文后，它會逐一處理收到的路由表項內(nèi)容。如果報文中的表項為新的路由表項，那么就會向路由表加入該表項。11/11/202227而接收到request報文的相鄰路由器會發(fā)出包含

如果該報文表項已經(jīng)在路由表中存在，那么首先判斷此更新路由是否就是本地路由當初獲得的源主機，如果是，則無論表項的距離度量值（metric)如何，都需要更新表項；如果不是，那么只有當更新表項的metric值小于路由表中相應(yīng)表項metric值時才需要替代原來的表項。11/11/202228如果該報文表項已經(jīng)在路由表中存在，那么首先判斷此更

2、定時器定義系統(tǒng)啟動后，路由器以30秒的間隔自動發(fā)送response報文，在這種response報文中會包括本路由器中除一些被水平分裂等策略抑制之外的所有路由信息。協(xié)議將此定時器存于路由更新定時器（UpdateTimer)。11/11/2022292、定時器定義11/9/202229

為了防止整個網(wǎng)絡(luò)中參與RIP協(xié)議交互的路由器同時廣播路由更新報文從而造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，協(xié)議規(guī)定在30秒的基本更新時間間隔上附加一個隨機變化量，此變化量為5秒。因此真正RIP協(xié)議實現(xiàn)中更新定時器的值變化范圍為25秒到35秒。11/11/202230為了防止整個網(wǎng)絡(luò)中參與RIP協(xié)議交互的路由器同時

3、慢收斂問題及對策包括RIP在內(nèi)的所有距離向量算法路由協(xié)議都有一個嚴重的缺陷，即慢收斂（slowconvergence）問題，或者稱為計數(shù)至無窮（counttoinfinity）。11/11/2022313、慢收斂問題及對策11/9/202231圖5慢收斂問題實例11/11/202232圖5慢收斂問題實例11/9/202232

如圖5所示，圖5a是一個正常的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，從R1可以直接到達net1，從R2經(jīng)過R1可到達net1。正常情況下，R2收到R1的距離向量報文后，會建立一條路徑（net1,R1,1）。11/11/202233如圖5所示，圖5a是一個正常的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，從R

現(xiàn)在假設(shè)從R1到net1的路徑因故障而崩潰，但R1依然能正常工作。R1一旦檢測到net1不可到達，它會立即將原來去往net1的路徑廢除（將距離值設(shè)為16）。然后會出現(xiàn)兩種情況：

11/11/202234現(xiàn)在假設(shè)從R1到net1的路徑因故障而崩潰，但R

第一種，在收到來自R2的路由更新請求報文之前，R1將修改后的路徑（net1,R1,1）刪除。這時整個網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)是正確的。第二種，R2趕在R1發(fā)送新的更新路由報文之前廣播自己的路由更新報文，該報文中必然有一條（net1,R1,1)表項，說明從R2出發(fā)，經(jīng)過一個路由器就可以到達net1。這時R1會根據(jù)此表項來修改自已的路由表，產(chǎn)生關(guān)于net1的新路徑（net1,R2,2）。于是在R1與R2之間出現(xiàn)了路由環(huán)路，如圖5b所示。11/11/202235第一種，在收到來自R2的路由更新請求報

上述路徑環(huán)路會通過R1、R2之間不斷的路由更新報文交換而解除，但是解除過程是非常緩慢的。在出現(xiàn)路徑環(huán)路之后，在下一輪路由廣播中，R1將向R2廣播（net1,R2,2)表項，R2收到此表項后，將去往net1的路徑改為（net1,R1,3）；11/11/202236上述路徑環(huán)路會通過R1、R2之間不斷的路由更新報

然后R2向R1通告（net1，R1,3）表項，R1將去往net1的路由項改為（net1，R2，4）…如此下去，直到路徑長度變?yōu)?6。也就是說，要經(jīng)過7次來回（至少30×7秒）路徑環(huán)路才可以消除。這就是所謂的慢收斂問題。更為復(fù)雜的路由環(huán)路還有可能發(fā)生在一系列路由器之間。11/11/202237然后R2向R1通告（net1，R1,3）表項，R1將去往

為了克服慢收斂問題，RIP協(xié)議中提出了以下方法：（1）簡單的水平分裂法。當路由器從某個網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送RIP路由更新報文時，其中不能包含從該接口獲取的路徑信息，即自身提供的路由信息不再采用。這樣就避免了形成路由環(huán)路。11/11/202238為了克服慢收斂問題，RIP協(xié)議中提出了以下方法：1

（2）帶有毒性逆轉(zhuǎn)的水平分裂法。路由器向某一個接口發(fā)送RIP路由更新報文時，包含從該接口獲取的路由信息，但是將這些路由項的路徑設(shè)為無窮。水平分裂法可以避免兩個路由器之間產(chǎn)生的路徑環(huán)路現(xiàn)象，但是它仍然不能完全避免路徑環(huán)路的產(chǎn)生。11/11/202239（2）帶有毒性逆轉(zhuǎn)的水平分裂法。路由器向某一個接口

（3）觸發(fā)更新法。為了加速網(wǎng)絡(luò)路由收斂的速度，協(xié)議提出了觸發(fā)更新法。它的做法是：一旦發(fā)現(xiàn)某一些路由表項發(fā)生變化，就立即廣播路由更新報文，而不必等待下一次刷新周期。11/11/202240（3）觸發(fā)更新法。為了加速網(wǎng)絡(luò)路由收斂的速度，協(xié)議觸發(fā)更新法能夠大大加快路由的收斂速度，但是它同樣存在著更新報文數(shù)量太多、太頻繁的缺點，因此需要對觸發(fā)更新報文的發(fā)送頻率做嚴格的控制。協(xié)議規(guī)定觸發(fā)更新報文的發(fā)送間隔時間范圍為1到5秒。11/11/202241觸發(fā)更新法能夠大大加快路由的收斂速度，但是它同樣

4、子網(wǎng)掩碼的處理RIPv1協(xié)議規(guī)定，路由器可以利用它的網(wǎng)絡(luò)接口配置來獲得該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。例如，如果路由器某一個接口地址配置為166.111.69.1/255.255.255.0，此時如果接收到目的地址166.111.68.0的RIPv1路由信息項時，路由器就可以知道該路由為子網(wǎng)路由；11/11/2022424、子網(wǎng)掩碼的處理11/9/202242

但是如果路由器沒有一個接口配置與166.111.0.0網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，從而路由器不知道任何關(guān)于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)分配情況，此時如果路由器接收到目的地址166.111.68.0的RIPv1路由信息項時，它只能將此路由按照A、B、C類基類網(wǎng)絡(luò)去判斷，將該路由轉(zhuǎn)化成166.111.0.0。11/11/202243但是如果路由器沒有一個接口配置與166.111.

由于運行RIPv1的路由器只知道直接相連的網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部子網(wǎng)劃分情況，并不知道其它外部網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)劃分情況，為此需要新的方法?？梢栽趦蓚€網(wǎng)絡(luò)之間的路由器中采用路由合并（RouteSummarization）的策略。如果路由器與兩個網(wǎng)絡(luò)A和B相連，那么此網(wǎng)絡(luò)邊界路由器就不需要把一個網(wǎng)絡(luò)（如A網(wǎng)絡(luò)）內(nèi)部的子網(wǎng)路由通知給另一個網(wǎng)絡(luò)（如B網(wǎng)絡(luò)）；11/11/202244 由于運行RIPv1的路由器只知道直接相連的網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部子

因為對于B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器來說，它不知道A網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)掩碼，所以這些子網(wǎng)路由對B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由器來說只能當作是A、B、C類基類網(wǎng)絡(luò)路由。11/11/202245因為對于B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器來說，它不知道A網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)圖6網(wǎng)絡(luò)邊界路由合并實例

（自動路由合并策略）

左為一C類地址（110開頭）網(wǎng)絡(luò)，右為一A類地址（0開頭）網(wǎng)絡(luò)

11/11/202246圖6網(wǎng)絡(luò)邊界路由合并實例

（自動路由合并策略）

左為一

圖6中的邊界路由器采用了自動路由合并策略，它只把一條10.0.0.0路由信息向網(wǎng)絡(luò)192.168.115.0內(nèi)部傳播，而把一條192.168.115.0的信息向網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0內(nèi)部傳播。11/11/202247圖6中的邊界路由器采用了自動路由合并策略，它只把一條10

采用這種方法，那么網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0中的路由器只包含一條關(guān)于192.168.115.0的信息，反之亦然。邊界路由器隱藏了子網(wǎng)的細節(jié)。11/11/202248采用這種方法，那么網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0中的路由器只包含一內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之2：最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF二、最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF（一）OSPF的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)子網(wǎng)掩碼的采用，大大增加了地址的數(shù)量，也使得子網(wǎng)訪問網(wǎng)絡(luò)非常方便。但是帶來了一個新的問題：路由尋址變得復(fù)雜。這是因為：子網(wǎng)的出現(xiàn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)量大大增加，路由表加長。11/11/202249內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之2：最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF11/9/2022

OSPF協(xié)議采用鏈路狀態(tài)路由算法。 Internet中的很多自治系統(tǒng)AS其自身很龐大，而且不便于管理。為此，OSPF對網(wǎng)絡(luò)進行了進一步的劃分，它把一個網(wǎng)絡(luò)或一系列相鄰的網(wǎng)絡(luò)分為編號區(qū)域（Area),一個區(qū)域的拓撲結(jié)構(gòu)對于自治系統(tǒng)的其余部分是不可見的。11/11/202250 OSPF協(xié)議采用鏈路狀態(tài)路由算法。11/9/20225這種信息的隱藏可以帶來路由信息量的顯著降低。同時，域內(nèi)的路由只由域本身的拓撲結(jié)構(gòu)決定，使其不受域外錯誤信息的影響。OSPF還定義了一個特殊的域，我們稱之為主干（Backbone），其編號為0。所有的區(qū)域都與主干相連，主干負責向所有的非主干區(qū)域分發(fā)路由信息。主干在邏輯上必須是連續(xù)的。與其他區(qū)域一樣，在主干之外其拓撲結(jié)構(gòu)是不可見的。11/11/202251這種信息的隱藏可以帶來路由信息量的顯11/9/202

由于區(qū)域概念的引入，OSPFv3路由器可根據(jù)功能進一步劃分為4種類型：（1）域內(nèi)路由器（InternalRouters)。與該路由器相連的所有通信對端（網(wǎng)絡(luò)或路由器）均屬于同一個域。該路由器只運行一套基本的路由算法。如圖7中的路由器R1、R4和R7。11/11/202252由于區(qū)域概念的引入，OSPFv3路由器可根據(jù)功能圖7OSPF中AS、主干和區(qū)域間的關(guān)系11/11/202253圖7OSPF中AS、主干和區(qū)域間的關(guān)系11/9/2022

（2）域間路由器（AreaborderRouters）。與多個域相連的路由器。域間路由器運行多套基本的路由算法，每套算法對應(yīng)它相連的一個區(qū)域。域間路由器將與它們相連的域的拓撲結(jié)構(gòu)信息加以提煉并將其發(fā)送到主干，然后主干將這些信息分發(fā)到各個域中。如圖7中的路由器R2、R3、R5和R6。11/11/202254（2）域間路由器（AreaborderRouter

（3）主干路由器（BackboneRouters）。與主干有接口的路由器。這包括所有的域間路由器，但是并非所有的主干路由器都是域邊界路由器。如圖7中的R2~R6。11/11/202255 （3）主干路由器（BackboneRouters

（4）自治系統(tǒng)邊界路由器（ASboundaryRouters）。與其他自治系統(tǒng)交換路由信息的路由器。這些路由器向整個自治系統(tǒng)廣播自治系統(tǒng)外的路由信息，自治系統(tǒng)內(nèi)的所有路由器都知道通往自治系統(tǒng)邊界路由器的路徑。如圖7中的路由器R2。11/11/202256（4）自治系統(tǒng)邊界路由器（ASboundaryRo（二）最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF的工作過程1、建立緊鄰關(guān)系 建立緊鄰關(guān)系的目的是交互路由信息，并不是所有相鄰的路由器之間都建立緊鄰關(guān)系。建立緊鄰關(guān)系包含兩個主要的步驟—HELLO協(xié)議和交互鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫信息。11/11/202257（二）最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF的工作過程11/9/20225

使用HELLO協(xié)議有兩個目的：（1）尋找并發(fā)現(xiàn)相鄰的路由器。（2）在廣播型與非廣播型網(wǎng)絡(luò)上選舉代表路由器及其備份。11/11/202258使用HELLO協(xié)議有兩個目的：11/9/202258

路由器每隔一個“hello間隔”發(fā)送一次hello分組，內(nèi)容包括鏈路上代表路由器的地址（如果還沒有代表路由器則設(shè)為0），以及備份代表路由器的地址（沒有也設(shè)為0）。鄰居列表說明該路由器發(fā)現(xiàn)的與之相鄰的路由器。hello協(xié)議的分組格式如圖8所示。Hello分組是一種最常用的報文，它周期性的被發(fā)送至鄰居路由器，用于發(fā)現(xiàn)與維持鄰居關(guān)系，選舉指定路由器DR與備份指定路由器BDR。11/11/202259路由器每隔一個“hello間隔”發(fā)送一圖8Hello分組格式11/11/202260圖8Hello分組格式11/9/202260

當路由器收到一個hello分組時，如果發(fā)送這個分組的路由器還沒有出現(xiàn)在本地路由器的鄰居列表中（這通過檢查路由器ID是否匹配實現(xiàn)），那么路由器就可以認為發(fā)現(xiàn)了一個新的鄰居，在把這個路由器加入鄰居列表之后，路由器開始試圖與對方建立雙向的鄰接關(guān)系。ID是OSPF域中路由器擁有的唯一標識，可以手工配置，也可以由系統(tǒng)從當前接口的IP地址中選取一個作為路由器的ID號。11/11/202261當路由器收到一個hello分組時，如果

如果分組可以在兩個路由器之間的鏈路上雙向流動，那么這兩個路由器就可以開始交互路由信息了（實際運行過程中還要考慮某些參數(shù)是否符合限制條件）。通過查看對方路由器的鄰居列表（這個表包含在HELLO分組中），很容易檢測出雙向連通性。11/11/202262如果分組可以在兩個路由器之間的鏈路上雙

如果本地路由器的ID未出現(xiàn)在它們的鄰居列表中，就意味著它們尚未接收到本地發(fā)送的hello分組。那么，就宣布這個連接為單向連接（1-way），不能用來路由。11/11/202263如果本地路由器的ID未出現(xiàn)在它們的鄰居

如果本地路由器ID出現(xiàn)在對方的鄰居列表中，就建立了一個雙向連接。而如果在路由器死亡間隔（routerdeadinterval）內(nèi)，都沒有接受到來自相鄰路由器的HELLO分組，就認為這個鄰居已經(jīng)死亡，而將它從鄰居列表中刪除。11/11/202264如果本地路由器ID出現(xiàn)在對方的鄰居列表

當鏈路是一個點到點鏈路或一個虛擬鏈路時，在建立一個雙向連接之后，就可以開始建立緊鄰關(guān)系。而在網(wǎng)絡(luò)端口，必須首先選舉代表路由器及其備份。11/11/202265當鏈路是一個點到點鏈路或一個虛擬鏈路時，

選舉過程使用hello分組中的“優(yōu)先級”域。每個路由器都配有一個優(yōu)先級，其數(shù)值在0~255之間。選舉的正常結(jié)果是選出一個優(yōu)先級最高的路由器。然而，為了防止在某些情況下過于頻繁地更換代表路由器，選舉的結(jié)果在一定的條件下可以保持不變。優(yōu)先級為零的路由器永遠也不會被選為代表路由器。11/11/202266選舉過程使用hello分組中的“優(yōu)先級”域

在建立雙向連接之后，路由首先進入一個“等待”狀態(tài)，并且就這樣保持一段與路由器死亡間隔相等的“等待間隔”。在此間隔內(nèi)，路由器繼續(xù)傳送hello分組，而不會參與選舉過程。它將代表路由器和備份代表路由器的標識域置為零，并監(jiān)聽進來的hello分組，進而采用下面的措施為選舉進行初始化準備：11/11/202267在建立雙向連接之后，路由首先進入一個“

對于每個鄰居，路由器記錄鄰居的優(yōu)先權(quán)及其連接狀態(tài)（單向或雙向），并記錄此鄰居是否建議其自身作為代表路由器或其備份。只有達到雙向狀態(tài)的鄰居才能認為可以參與選舉。選舉按如下過程進行：11/11/202268對于每個鄰居，路由器記錄鄰居的優(yōu)先權(quán)及

（1）如果一個或多個鄰居建議它們自身作為備份代表路由器，那么擁有最大ID的路由器將被選中。（2）如果沒有鄰居建議其自身作為備份，擁有最高優(yōu)先級的鄰居將被選中，或者，在具有最高優(yōu)先級的路由器有多個的情況下，選擇ID最大的一個。

11/11/202269（1）如果一個或多個鄰居建議它們自身作為備份代表路（3）如果一個或多個鄰居建議它們自身作為代表路由器，將選擇擁有最高優(yōu)先級的一個作為代表路由器。在出現(xiàn)優(yōu)先級相等的情況下，擁有最大ID的路由器將被選中。（4）如果沒有鄰居建議其自身作為代表路由器，備份將升級為代表路由器。由于代表路由器和其備份不能相同，必須重新執(zhí)行步驟（1）和（2）。11/11/202270（3）如果一個或多個鄰居建議它們自身作為代表路由器，將選擇擁

OSPF的交互過程是非對稱性的。這個過程的第一步是從路由器中選擇“主”（master）和“從”（slave），當這個角色的選擇達成一致之后，兩個路由器就交換它們的數(shù)據(jù)庫描述信息。這一步使用“數(shù)據(jù)庫描述分組”（DatabaseDescriptionPacket，DDP），它的格式如圖9所示。11/11/202271OSPF的交互過程是非對稱性的。這個圖9DDP分組格式

11/11/202272圖9DDP分組格式11/9/202272

想要啟動交換過程的路由器首先發(fā)送一個空的DDP。其中初始化（IMMS中的I）、未完（IMMS中的M）和主-從位（IMMS中的MS）都設(shè)為1，而且DD序列號被設(shè)置成一個隨機值（建議使用當前的時鐘）。11/11/202273 想要啟動交換過程的路由器首先發(fā)送一個空的DDP。其

然后，另一個路由器發(fā)送一個“確認”分組表示同意在這一交換期間扮演“從屬路由器”角色。該“確認”分組裝載有相同的序列號，I位設(shè)置為1，MS位設(shè)置為0（從屬路由器）。在沒有得到確認的情況下，初始分組將每隔“重傳間隔”重復(fù)發(fā)送一次。11/11/202274然后，另一個路由器發(fā)送一個“確認”分組

解決沖突的辦法可利用一種簡單的約束消除（tie-breaking）算法：如果一個路由器正在等待一個確認時卻收到一個請求，那么它就將發(fā)送地址與其自身的地址進行比較。如果發(fā)送地址大于其自身地址，它就接受從屬路由器的角色并確認這個分組；否則，它就忽略所接收的分組，因為它自身的分組稍后將會被其他路由器所確認。11/11/202275解決沖突的辦法可利用一種簡單的約束消除（tie-

一旦主從角色分好，就可以開始進行非對稱的交換。當主路由器傳送它最后一個記錄描述時，它將把M位設(shè)置成0。如果從路由器仍然有記錄要傳送，它就繼續(xù)發(fā)送M位置1的確認。11/11/202276一旦主從角色分好，就可以開始進行非對

2、鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫在相同域的OSPF路由器都會通過上述的過程，形成一個“同步”的數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫由“鏈路狀態(tài)記錄”（LinkStateAdvertisement，LSA）組成。11/11/2022772、鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫11/9/202277

這些記錄代表網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)并用來計算最短路徑。鏈路狀態(tài)記錄的類型有5種：即路由器、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)匯總、路由器匯總和自治系統(tǒng)外部鏈路。各種類型的鏈路狀態(tài)記錄都有相同的“鏈路狀態(tài)廣告報頭”，如圖10所示。11/11/202278這些記錄代表網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)并用來計算圖10鏈路狀態(tài)廣告報頭

11/11/202279圖10鏈路狀態(tài)廣告報頭11/9/202279

生存時間（age）用來批示首次做鏈路狀態(tài)記錄報告之后所經(jīng)過的時間（秒數(shù)）。鏈路狀態(tài)類型是1~5之間的一個整數(shù)，分別對應(yīng)于五種鏈路狀態(tài)記錄的類型，同時鏈路狀態(tài)ID也隨類型的不同有不同的含義，鏈路狀態(tài)類型和鏈路狀態(tài)ID的關(guān)系如圖11所示。11/11/202280生存時間（age）用來批示首次做鏈路狀態(tài)圖11鏈路狀態(tài)類型和ID

11/11/202281圖11鏈路狀態(tài)類型和ID

11/9/202281

廣播路由器是廣播該路鏈路狀態(tài)的路由器ID。校驗和是依據(jù)標準和IP校驗和算法計算出來的，長度域是記錄包括記錄頭的總體長度?！奥酚善麈溌窢顟B(tài)記錄”的鏈路數(shù)據(jù)如圖12所示。11/11/202282廣播路由器是廣播該路鏈路狀態(tài)的路由器圖12路由器鏈路狀態(tài)記錄11/11/202283圖12路由器鏈路狀態(tài)記錄11/9/202283通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)

第三章（2）因特網(wǎng)的路由協(xié)議參考書籍：高等計算機網(wǎng)絡(luò)－體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議機制、算法設(shè)計與路由器技術(shù)徐珞、吳建平等著，機械工業(yè)出版社2003，9

南京郵電大學張順頤2008，4，1311/11/202284通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)Internet路由信息協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之1：路由信息協(xié)議RIP一、路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議RIP是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的一種。（一）RIP協(xié)議的發(fā)展過程RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中所有的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。11/11/202285Internet路由信息協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之1：路由信息協(xié)議R

20世紀80年代，加州大學伯克利分校在開發(fā)Unix系統(tǒng)的同時，在routed程序中設(shè)計實現(xiàn)了RIP協(xié)議軟件。Routed程序被綁定在BSDUnix系統(tǒng)中一起推出，被廣泛的使用于早期網(wǎng)絡(luò)中的主機之間交換路由信息。11/11/20228620世紀80年代，加州大學伯克利分校在

RIP協(xié)議認為，好的路由就是跳數(shù)少，即通過的路由器數(shù)目少，稱為“距離短”。RIP協(xié)議定義：路由器直接到所在網(wǎng)絡(luò)距離為0（也有定義為1的），到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離則為所經(jīng)過的路由器的數(shù)加1。盡管RIP/routed沒有非常突出的優(yōu)點，但是由于Unix操作系統(tǒng)的普及，RIP/routed也逐漸被推廣使用，為許多人所接受，成為中小型網(wǎng)絡(luò)中最基本的路由協(xié)議程序。11/11/202287RIP協(xié)議認為，好的路由就是跳數(shù)少，11/9/

這是因為RIP具有自身的特點。首先，在小型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，從使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬以及協(xié)議配置和管理復(fù)雜程度上看，RIP的運行開銷很小；其次，與其它路由協(xié)議相比，RIP使用簡單的距離-向量算法，實現(xiàn)更容易；由于歷史的原因，RIP的應(yīng)用范圍非常廣，在未來的一段時間內(nèi)仍然會使用在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。因此，在路由器的設(shè)計中，RIP協(xié)議是不可缺少的路由協(xié)議之一。11/11/202288這是因為RIP具有自身的特點。首先，在小型的網(wǎng)絡(luò)RIP協(xié)議雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統(tǒng)的全局路由信息，但是由于每一個路由器的位置不同，其路由表是不一樣的。RIP協(xié)議使用運輸層的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP進行傳送，因此RIP協(xié)議的位置應(yīng)當在應(yīng)用層。但是轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報的過程是在網(wǎng)絡(luò)層完成的。11/11/202289RIP協(xié)議雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統(tǒng)的全局路由1、路由信息協(xié)議RIP（RoutingInformaitionProtocol）

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是分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，特點是簡單。距離：RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個路由器都要維護從它自己到其它每一個目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄，即距離向量。11/11/2022901、路由信息協(xié)議RIP（RoutingInformait

RIP協(xié)議定義距離：從一個路由器到其直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定為1，而從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加1。所以，這里距離也稱為“跳數(shù)（hopcount）”。RIP不能在兩個網(wǎng)絡(luò)之間同時使用多個路由。11/11/202291RIP協(xié)議定義距離：11/9/20228IGP：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；EGP：外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；11/11/202292IGP：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；EGP：外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；11/9/202

各種路由協(xié)議都是要滿足路由器不斷地和其它的路由器交換路由信息，為了便于問題的討論，需要明確：不相鄰的路由器不交換信息。即一個路由器只與相鄰的路由器交換信息，因為每個路由器不需要考慮不相鄰的路由器的情況，那樣情況非常復(fù)雜；11/11/202293各種路由協(xié)議都是要滿足路由器不斷11/交換的信息是本路由器當前所知道的全部信息，即自己的路由表；也就是說，所交換的信息是到本自治系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)的（最短）距離，以及到每個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該經(jīng)過的下一跳路由器。至于本路由器怎樣獲得這些信息，以及路由表是否完整，那并不重要；11/11/202294交換的信息是本路由器當前所知道的全部信息，即自己的路由表；也Internet網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點11/11/202295Internet網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點11/9/202212按固定的時間間隔交換路由信息；然后更新路由表。當然在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生拓撲變化時，應(yīng)該即時交換信息。目前使用的RIP協(xié)議版本有RIPv1，是1988年6月提出的，RIPv2，是1998年11月提出的，兩者之間的不同是，后者在協(xié)議報文的路由表項中增加了子網(wǎng)掩碼信息，安全認證，不同路由協(xié)議之間的交互等功能。11/11/202296按固定的時間間隔交換路由信息；然后更新路由表。當然在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生二、RIP協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)

1、RIPv1報文結(jié)構(gòu)。RIPv1的報文結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個報文都包括一個報文命令字段、一個報文版本字段以及一些路由信息項（一個RIP報文中最多允許25個路由信息項）。RIP報文的最大長度為4+20×25=504字節(jié)，加上UDP報頭的8字節(jié)，一共是512字節(jié)。如果路由表的路由表項數(shù)目大于25時，那么就需要多個RIP報文來完成路由信息的傳播過程。11/11/202297二、RIP協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)1、RIPv1報文結(jié)構(gòu)。圖1RIPv1報文結(jié)構(gòu)11/11/202298圖1RIPv1報文結(jié)構(gòu)11/9/202215

Command字段：標識RIP報文的類型，目前RIP只支持兩種報文類型，分別是請求報文（request）和響應(yīng)報文（response）。Version字段：表示RIP報文的版本信息，RIPv1報文中此字段為1。AddressFamilyIdentifier字段：表示路由信息所屬的地址族，目前RIP中規(guī)定此字段必須為2，表示使用IP地址族。IPv4Address字段：表示路由信息對應(yīng)的目的地IP地址，可以是網(wǎng)絡(luò)地址、子網(wǎng)地址以及主機地址。11/11/202299Command字段：標識RIP報文的類型，目前RIP只支持Metric字段：表示從本路由器到達目的地的距離，目前RIP協(xié)議將路由路徑上經(jīng)過的路由器數(shù)作為距離度量值。MustBeZero字段：協(xié)議規(guī)定這些字段必須為0。當需要發(fā)送請求對方路由器全部路由表信息的請求報文時，RIP使用另一種報文結(jié)構(gòu)，如圖2所示。此報文結(jié)構(gòu)中路由信息項的地址族標識符字段為0，目的地址字段為0，距離度量字段為16。11/11/2022100Metric字段：表示從本路由器到達目的地的距離，目前RIP圖2RIPv1請求全部路由信息報文結(jié)構(gòu)11/11/2022101圖2RIPv1請求全部路由信息報文結(jié)構(gòu)11/9/2022RIP協(xié)議因此，RIP協(xié)議使用的最大距離為15，16則表示不可達。故只能在比較小的網(wǎng)絡(luò)中使用。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大時，可以使用OSPF協(xié)議（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，也稱最短路徑優(yōu)先協(xié)議）。如果網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了故障，則故障路由器信息可能要多次才能更新。此即RIP協(xié)議的特點“壞消息傳得慢，好消息傳得快”，這是因為網(wǎng)絡(luò)的故障是由跳數(shù)不可達來表示的，跳數(shù)不可達需要特殊為16時才可判為不可達；而新的可達路由，則直接轉(zhuǎn)發(fā)即可，所以傳得很快。11/11/2022102RIP協(xié)議因此，RIP協(xié)議使用的最大距離為15，16則表示不

2、RIPv2報文結(jié)構(gòu)。RIPv2充分利用了RIPv1報文結(jié)構(gòu)中未被使用的字段，對RIPv1進行了進一步的擴展，包括：采用多播方式提高網(wǎng)絡(luò)報文利用效率；為每個路由表項增加子網(wǎng)掩碼信息；對RIP交互報文增加安全機制以及為不同路由協(xié)議的交互提供支持等。11/11/20221032、RIPv2報文結(jié)構(gòu)。11/9/202220圖3RIPv2報文結(jié)構(gòu)11/11/2022104圖3RIPv2報文結(jié)構(gòu)11/9/202221

RIPv2報文結(jié)構(gòu)中與RIPv1不一致的字段的簡單說明：Unused字段：RIPv2不對此字段做任何處理，不要求字段必須為0。Version字段：對于RIPv2來說，此字段為2。RouteTag字段：表示路由對應(yīng)的自治系統(tǒng)號，從而用于協(xié)議的交互。SubnetMask：表示路由信息對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼，增加對CIDR路由的支持。NextHop：表示路由對應(yīng)的下一跳路由器IP地址，如為0.0.0.0，則以此RIP報文的發(fā)送源地址作為下一跳路由器。11/11/2022105RIPv2報文結(jié)構(gòu)中與RIPv1不一致的字段的簡

為了給RIP路由交互報文提供認證功能，RIPv2在每個路由交互報文中增加了認證字段，報文結(jié)構(gòu)如圖4所示，RIPv2利用了一個完整的路由信息項來實現(xiàn)認證功能，這樣整個報文最多只能包括24個路由信息項。11/11/2022106為了給RIP路由交互報文提供認證功能，RIPv2圖4RIPv2認證字段報文結(jié)構(gòu)11/11/2022107圖4RIPv2認證字段報文結(jié)構(gòu)11/9/202224AuthenticationType字段：表示認證的類型，當前協(xié)議只規(guī)定為2，表示明文密碼認證。Authentication字段：表示認證的數(shù)據(jù)，即認證密碼值。該字段為16字節(jié)，未滿16字節(jié)的最后填0。11/11/2022108AuthenticationType字段：表示認證的類型，（三）RIP協(xié)議的基本特點1、協(xié)議運行過程當系統(tǒng)啟動時，RIP協(xié)議處理模塊在所有RIP配置運行的接口處發(fā)出request報文，然后RIP協(xié)議就進入了循環(huán)等待狀態(tài)，等待外部RIP協(xié)議報文（包括請求報文和響應(yīng)報文)的到來。11/11/2022109（三）RIP協(xié)議的基本特點1、協(xié)議運行過程11/9/2022

而接收到request報文的相鄰路由器會發(fā)出包含它們路由表信息的response報文。當請求的路由器接收到一個response報文后，它會逐一處理收到的路由表項內(nèi)容。如果報文中的表項為新的路由表項，那么就會向路由表加入該表項。11/11/2022110而接收到request報文的相鄰路由器會發(fā)出包含

如果該報文表項已經(jīng)在路由表中存在，那么首先判斷此更新路由是否就是本地路由當初獲得的源主機，如果是，則無論表項的距離度量值（metric)如何，都需要更新表項；如果不是，那么只有當更新表項的metric值小于路由表中相應(yīng)表項metric值時才需要替代原來的表項。11/11/2022111如果該報文表項已經(jīng)在路由表中存在，那么首先判斷此更

2、定時器定義系統(tǒng)啟動后，路由器以30秒的間隔自動發(fā)送response報文，在這種response報文中會包括本路由器中除一些被水平分裂等策略抑制之外的所有路由信息。協(xié)議將此定時器存于路由更新定時器（UpdateTimer)。11/11/20221122、定時器定義11/9/202229

為了防止整個網(wǎng)絡(luò)中參與RIP協(xié)議交互的路由器同時廣播路由更新報文從而造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，協(xié)議規(guī)定在30秒的基本更新時間間隔上附加一個隨機變化量，此變化量為5秒。因此真正RIP協(xié)議實現(xiàn)中更新定時器的值變化范圍為25秒到35秒。11/11/2022113為了防止整個網(wǎng)絡(luò)中參與RIP協(xié)議交互的路由器同時

3、慢收斂問題及對策包括RIP在內(nèi)的所有距離向量算法路由協(xié)議都有一個嚴重的缺陷，即慢收斂（slowconvergence）問題，或者稱為計數(shù)至無窮（counttoinfinity）。11/11/20221143、慢收斂問題及對策11/9/202231圖5慢收斂問題實例11/11/2022115圖5慢收斂問題實例11/9/202232

如圖5所示，圖5a是一個正常的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，從R1可以直接到達net1，從R2經(jīng)過R1可到達net1。正常情況下，R2收到R1的距離向量報文后，會建立一條路徑（net1,R1,1）。11/11/2022116如圖5所示，圖5a是一個正常的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，從R

現(xiàn)在假設(shè)從R1到net1的路徑因故障而崩潰，但R1依然能正常工作。R1一旦檢測到net1不可到達，它會立即將原來去往net1的路徑廢除（將距離值設(shè)為16）。然后會出現(xiàn)兩種情況：

11/11/2022117現(xiàn)在假設(shè)從R1到net1的路徑因故障而崩潰，但R

第一種，在收到來自R2的路由更新請求報文之前，R1將修改后的路徑（net1,R1,1）刪除。這時整個網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)是正確的。第二種，R2趕在R1發(fā)送新的更新路由報文之前廣播自己的路由更新報文，該報文中必然有一條（net1,R1,1)表項，說明從R2出發(fā)，經(jīng)過一個路由器就可以到達net1。這時R1會根據(jù)此表項來修改自已的路由表，產(chǎn)生關(guān)于net1的新路徑（net1,R2,2）。于是在R1與R2之間出現(xiàn)了路由環(huán)路，如圖5b所示。11/11/2022118第一種，在收到來自R2的路由更新請求報

上述路徑環(huán)路會通過R1、R2之間不斷的路由更新報文交換而解除，但是解除過程是非常緩慢的。在出現(xiàn)路徑環(huán)路之后，在下一輪路由廣播中，R1將向R2廣播（net1,R2,2)表項，R2收到此表項后，將去往net1的路徑改為（net1,R1,3）；11/11/2022119上述路徑環(huán)路會通過R1、R2之間不斷的路由更新報

然后R2向R1通告（net1，R1,3）表項，R1將去往net1的路由項改為（net1，R2，4）…如此下去，直到路徑長度變?yōu)?6。也就是說，要經(jīng)過7次來回（至少30×7秒）路徑環(huán)路才可以消除。這就是所謂的慢收斂問題。更為復(fù)雜的路由環(huán)路還有可能發(fā)生在一系列路由器之間。11/11/2022120然后R2向R1通告（net1，R1,3）表項，R1將去往

為了克服慢收斂問題，RIP協(xié)議中提出了以下方法：（1）簡單的水平分裂法。當路由器從某個網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送RIP路由更新報文時，其中不能包含從該接口獲取的路徑信息，即自身提供的路由信息不再采用。這樣就避免了形成路由環(huán)路。11/11/2022121為了克服慢收斂問題，RIP協(xié)議中提出了以下方法：1

（2）帶有毒性逆轉(zhuǎn)的水平分裂法。路由器向某一個接口發(fā)送RIP路由更新報文時，包含從該接口獲取的路由信息，但是將這些路由項的路徑設(shè)為無窮。水平分裂法可以避免兩個路由器之間產(chǎn)生的路徑環(huán)路現(xiàn)象，但是它仍然不能完全避免路徑環(huán)路的產(chǎn)生。11/11/2022122（2）帶有毒性逆轉(zhuǎn)的水平分裂法。路由器向某一個接口

（3）觸發(fā)更新法。為了加速網(wǎng)絡(luò)路由收斂的速度，協(xié)議提出了觸發(fā)更新法。它的做法是：一旦發(fā)現(xiàn)某一些路由表項發(fā)生變化，就立即廣播路由更新報文，而不必等待下一次刷新周期。11/11/2022123（3）觸發(fā)更新法。為了加速網(wǎng)絡(luò)路由收斂的速度，協(xié)議觸發(fā)更新法能夠大大加快路由的收斂速度，但是它同樣存在著更新報文數(shù)量太多、太頻繁的缺點，因此需要對觸發(fā)更新報文的發(fā)送頻率做嚴格的控制。協(xié)議規(guī)定觸發(fā)更新報文的發(fā)送間隔時間范圍為1到5秒。11/11/2022124觸發(fā)更新法能夠大大加快路由的收斂速度，但是它同樣

4、子網(wǎng)掩碼的處理RIPv1協(xié)議規(guī)定，路由器可以利用它的網(wǎng)絡(luò)接口配置來獲得該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。例如，如果路由器某一個接口地址配置為166.111.69.1/255.255.255.0，此時如果接收到目的地址166.111.68.0的RIPv1路由信息項時，路由器就可以知道該路由為子網(wǎng)路由；11/11/20221254、子網(wǎng)掩碼的處理11/9/202242

但是如果路由器沒有一個接口配置與166.111.0.0網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，從而路由器不知道任何關(guān)于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)分配情況，此時如果路由器接收到目的地址166.111.68.0的RIPv1路由信息項時，它只能將此路由按照A、B、C類基類網(wǎng)絡(luò)去判斷，將該路由轉(zhuǎn)化成166.111.0.0。11/11/2022126但是如果路由器沒有一個接口配置與166.111.

由于運行RIPv1的路由器只知道直接相連的網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部子網(wǎng)劃分情況，并不知道其它外部網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)劃分情況，為此需要新的方法。可以在兩個網(wǎng)絡(luò)之間的路由器中采用路由合并（RouteSummarization）的策略。如果路由器與兩個網(wǎng)絡(luò)A和B相連，那么此網(wǎng)絡(luò)邊界路由器就不需要把一個網(wǎng)絡(luò)（如A網(wǎng)絡(luò)）內(nèi)部的子網(wǎng)路由通知給另一個網(wǎng)絡(luò)（如B網(wǎng)絡(luò)）；11/11/2022127 由于運行RIPv1的路由器只知道直接相連的網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部子

因為對于B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器來說，它不知道A網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)掩碼，所以這些子網(wǎng)路由對B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由器來說只能當作是A、B、C類基類網(wǎng)絡(luò)路由。11/11/2022128因為對于B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器來說，它不知道A網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)圖6網(wǎng)絡(luò)邊界路由合并實例

（自動路由合并策略）

左為一C類地址（110開頭）網(wǎng)絡(luò)，右為一A類地址（0開頭）網(wǎng)絡(luò)

11/11/2022129圖6網(wǎng)絡(luò)邊界路由合并實例

（自動路由合并策略）

左為一

圖6中的邊界路由器采用了自動路由合并策略，它只把一條10.0.0.0路由信息向網(wǎng)絡(luò)192.168.115.0內(nèi)部傳播，而把一條192.168.115.0的信息向網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0內(nèi)部傳播。11/11/2022130圖6中的邊界路由器采用了自動路由合并策略，它只把一條10

采用這種方法，那么網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0中的路由器只包含一條關(guān)于192.168.115.0的信息，反之亦然。邊界路由器隱藏了子網(wǎng)的細節(jié)。11/11/2022131采用這種方法，那么網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0中的路由器只包含一內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之2：最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF二、最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF（一）OSPF的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)子網(wǎng)掩碼的采用，大大增加了地址的數(shù)量，也使得子網(wǎng)訪問網(wǎng)絡(luò)非常方便。但是帶來了一個新的問題：路由尋址變得復(fù)雜。這是因為：子網(wǎng)的出現(xiàn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)量大大增加，路由表加長。11/11/2022132內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之2：最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF11/9/2022

OSPF協(xié)議采用鏈路狀態(tài)路由算法。 Internet中的很多自治系統(tǒng)AS其自身很龐大，而且不便于管理。為此，OSPF對網(wǎng)絡(luò)進行了進一步的劃分，它把一個網(wǎng)絡(luò)或一系列相鄰的網(wǎng)絡(luò)分為編號區(qū)域（Area),一個區(qū)域的拓撲結(jié)構(gòu)對于自治系統(tǒng)的其余部分是不可見的。11/11/2022133 OSPF協(xié)議采用鏈路狀態(tài)路由算法。11/9/20225這種信息的隱藏可以帶來路由信息量的顯著降低。同時，域內(nèi)的路由只由域本身的拓撲結(jié)構(gòu)決定，使其不受域外錯誤信息的影響。OSPF還定義了一個特殊的域，我們稱之為主干（Backbone），其編號為0。所有的區(qū)域都與主干相連，主干負責向所有的非主干區(qū)域分發(fā)路由信息。主干在邏輯上必須是連續(xù)的。與其他區(qū)域一樣，在主干之外其拓撲結(jié)構(gòu)是不可見的。11/11/2022134這種信息的隱藏可以帶來路由信息量的顯11/9/202

由于區(qū)域概念的引入，OSPFv3路由器可根據(jù)功能進一步劃分為4種類型：（1）域內(nèi)路由器（InternalRouters)。與該路由器相連的所有通信對端（網(wǎng)絡(luò)或路由器）均屬于同一個域。該路由器只運行一套基本的路由算法。如圖7中的路由器R1、R4和R7。11/11/2022135由于區(qū)域概念的引入，OSPFv3路由器可根據(jù)功能圖7OSPF中AS、主干和區(qū)域間的關(guān)系11/11/2022136圖7OSPF中AS、主干和區(qū)域間的關(guān)系11/9/2022

（2）域間路由器（AreaborderRouters）。與多個域相連的路由器。域間路由器運行多套基本的路由算法，每套算法對應(yīng)它相連的一個區(qū)域。域間路由器將與它們相連的域的拓撲結(jié)構(gòu)信息加以提煉并將其發(fā)送到主干，然后主干將這些信息分發(fā)到各個域中。如圖7中的路由器R2、R3、R5和R6。11/11/2022137（2）域間路由器（AreaborderRouter

（3）主干路由器（BackboneRouters）。與主干有接口的路由器。這包括所有的域間路由器，但是并非所有的主干路由器都是域邊界路由器。如圖7中的R2~R6。11/11/2022138 （3）主干路由器（BackboneRouters

（4）自治系統(tǒng)邊界路由器（ASboundaryRouters）。與其他自治系統(tǒng)交換路由信息的路由器。這些路由器向整個自治系統(tǒng)廣播自治系統(tǒng)外的路由信息，自治系統(tǒng)內(nèi)的所有路由器都知道通往自治系統(tǒng)邊界路由器的路徑。如圖7中的路由器R2。11/11/2022139（4）自治系統(tǒng)邊界路由器（ASboundaryRo（二）最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF的工作過程1、建立緊鄰關(guān)系 建立緊鄰關(guān)系的目的是交互路由信息，并不是所有相鄰的路由器之間都建立緊鄰關(guān)系。建立緊鄰關(guān)系包含兩個主要的步驟—HELLO協(xié)議和交互鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫信息。11/11/2022140（二）最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF的工作過程11/9/20225

使用HELLO協(xié)議有兩個目的：（1）尋找并發(fā)現(xiàn)相鄰的路由器。（2）在廣播型與非廣播型網(wǎng)絡(luò)上選舉代表路由器及其備份。11/11/2022141使用HELLO協(xié)議有兩個目的：11/9/202258

路由器每隔一個“hello間隔”發(fā)送一次hello分組，內(nèi)容包括鏈路上代表路由器的地址（如果還沒有代表路由器則設(shè)為0），以及備份代表路由器的地址（沒有也設(shè)為0）。鄰居列表說明該路由器發(fā)現(xiàn)的與之相鄰的路由器。hello協(xié)議的分組格式如圖8所示。Hello分組是一種最常用的報文，它周期性的被發(fā)送至鄰居路由器，用于發(fā)現(xiàn)與維持鄰居關(guān)系，選舉指定路由器DR與備份指定路由器BDR。11/11/2022142路由器每隔一個“hello間隔”發(fā)送一圖8Hello分組格式11/11/2022143圖8Hello分組格式11/9/202260

當路由器收到一個hello分組時，如果發(fā)送這個分組的路由器還沒有出現(xiàn)在本地路由器的鄰居列表中（這通過檢查路由器ID是否匹配實現(xiàn)），那么路由器就可以認為發(fā)現(xiàn)了一個新的鄰居，在把這個路由器加入鄰居列表之后，路由器開始試圖與對方建立雙向的鄰接關(guān)系。ID是OSPF域中路由器擁有的唯一標識，可以手工配置，也可以由系統(tǒng)從當前接口的IP地址中選取一個作為路由器的ID號。11/11/2022144當路由器收到一個hello分組時，如果

如果分組可以在兩個路由器之間的鏈路上雙向流動，那么這兩個路由器就可以開始交互路由信息了（實際運行過程中還要考慮某些參數(shù)是否符合限制條件）。通過查看對方路由器的鄰居列表（這個表包含在HELLO分組中），很容易檢測出雙向連通性。11/11/2022145如果分組可以在兩個路由器之間的鏈路上雙

如果本地路由器的ID未出現(xiàn)在它們的鄰居列表中，就意味著它們尚未接收到本地發(fā)送的hello分組。那么，就宣布這個連接為單向連接（1-way），不能用來路由。11/11/2022146如果本地路由器的ID未出現(xiàn)在它們的鄰居

如果本地路由器ID出現(xiàn)在對方的鄰居列表中，就建立了一個雙向連接。而如果在路由器死亡間隔（routerdeadinterval）內(nèi)，都沒有接受到來自相鄰路由器的HELLO分組，就認為這個鄰居已經(jīng)死亡，而將它從鄰居列表中刪除。11/11/2022147如果本地路由器ID出現(xiàn)在對方的鄰居列表

當鏈路是一個點到點鏈路或一個虛擬鏈路時，在建立一個雙向連接之后，就可以開始建立緊鄰關(guān)系。而在網(wǎng)絡(luò)端口，必須首先選舉代表路由器及其備份。11/11/2022148當鏈路是一個點到點鏈路或一個虛擬