網(wǎng)絡(luò)層2526教學(xué)講解課件

南理工泰州科技學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系主講：吳許俊1第4章網(wǎng)絡(luò)層

4.5因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議南理工泰州科技學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系主講：吳許俊1第4章南理工泰州科技學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系主講：吳許俊2學(xué)習(xí)目標(biāo)理解路由選擇協(xié)議的基本概念理解路由信息協(xié)議RIP理解開放最短路徑優(yōu)先OSPF理解邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP了解路由器的構(gòu)成南理工泰州科技學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系主講：吳許俊2學(xué)習(xí)目標(biāo)路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念1.理想的路由算法算法必須是正確的和完整的。算法在計(jì)算上應(yīng)簡(jiǎn)單。算法應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，即要有自適應(yīng)性。算法應(yīng)具有穩(wěn)定性。算法應(yīng)是公平的。算法應(yīng)是最佳的。路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念1.理想的路由算法從路由算法的自適應(yīng)性考慮靜態(tài)路由選擇策略——即非自適應(yīng)路由選擇，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單和開銷較小，但不能及時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。動(dòng)態(tài)路由選擇策略——即自適應(yīng)路由選擇，其特點(diǎn)是能較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，但實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜，開銷也比較大。從路由算法的自適應(yīng)性考慮靜態(tài)路由選擇策略——即非自適應(yīng)路由選2.分層次的路由選擇協(xié)議因特網(wǎng)的規(guī)模非常大。路由表將非常大，處理起來也太花時(shí)間。路由器之間交換路由信息會(huì)使因特網(wǎng)的通信鏈路飽和。許多單位不愿意外界了解自己?jiǎn)挝痪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和所采用的路由選擇協(xié)議，但同時(shí)還希望連接到因特網(wǎng)上。2.分層次的路由選擇協(xié)議因特網(wǎng)的規(guī)模非常大。路由表將非常自治系統(tǒng)AS

(AutonomousSystem)定義：使用同一種內(nèi)部路由選擇協(xié)議的組織。共同的度量。AS之間的路由。自治系統(tǒng)AS

(AutonomousSystem)定義因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP(InteriorGatewayProtocol)AS內(nèi)部，如RIP和OSPF協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP(ExternalGatewayProtocol)

AS之間，目前使用最多的是BGP-4。因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP(InterAS、IGP、EGP

用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（例如，RIP）自治系統(tǒng)B自治系統(tǒng)A用外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（例如，BGP-4）R1R2

用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)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(interdomainrouting)自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由選擇也叫做域內(nèi)路由選擇(intradomainrouting)AS、IGP、EGP用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議自治系統(tǒng)B自治系統(tǒng)A路由信息協(xié)議RIP

(RoutingInformationProtocol)1.工作原理內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP中最先廣泛使用的協(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(gè)路由器都要維護(hù)從它自己到其他每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄。路由信息協(xié)議RIP

(RoutingInformati“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(gè)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)”(hopcount)，因?yàn)槊拷?jīng)過一個(gè)路由器，跳數(shù)就加1?！熬嚯x”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。“距離”的定義RIP認(rèn)為一個(gè)好的路由就是通過的路由器的數(shù)目少，即“距離短”。RIP允許一條路徑最多只能包含15個(gè)路由器?！熬嚯x”的最大值為16時(shí)即相當(dāng)于不可達(dá)。RIP

只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。RIP不能在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間同時(shí)使用多條路由。“距離”的定義RIP認(rèn)為一個(gè)好的路由就是通過的路由器的數(shù)RIP協(xié)議的三個(gè)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(shí)間間隔交換路由信息，例如，每隔30秒。RIP協(xié)議的三個(gè)要點(diǎn)僅和相鄰路由器交換信息。路由表的建立路由表的建立距離向量算法收到相鄰路由器（其地址為X）的一個(gè)RIP報(bào)文：(1)先修改此RIP報(bào)文中的所有項(xiàng)目：把“下一跳”字段中的地址都改為X，并把所有的“距離”字段的值加1。(2)對(duì)修改后的RIP報(bào)文中的每一個(gè)項(xiàng)目，重復(fù)以下步驟：若項(xiàng)目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則把該項(xiàng)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，則把收到的項(xiàng)目替換原路由表中的項(xiàng)目；否則，若收到項(xiàng)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（180秒）還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則把此相鄰路由器記為不可達(dá)路由器，即將距離置為16（距離為16表示不可達(dá)）。(4)返回。距離向量算法收到相鄰路由器（其地址為X）的一個(gè)RIP報(bào)RIP2協(xié)議的報(bào)文格式4字節(jié)RIP報(bào)文路由信息（20字節(jié)/路由）可重復(fù)出現(xiàn)最多25個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)路由標(biāo)記網(wǎng)絡(luò)地址地址族標(biāo)識(shí)符距離(1-16)IP首部UDP首部首部路由部分必為0版本命令4字節(jié)子網(wǎng)掩碼下一跳路由器地址UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)RIP2協(xié)議的報(bào)文格式4字節(jié)RIP報(bào)文路由信息IPR2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障…11613R215R2116R212R114R1116R1…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(shí)，R1和R2才知道網(wǎng)1是不可達(dá)的。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(shí)間往往需要較長的時(shí)間(例如數(shù)分鐘)。R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)1出了故障…1161開放最短路徑優(yōu)先OSPF

(OpenShortestPathFirst)“開放”表明OSPF協(xié)議是公開發(fā)表?！白疃搪窂絻?yōu)先”是因?yàn)槭褂昧薉ijkstra

提出的最短路徑算法SPFOSPF只是一個(gè)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。

開放最短路徑優(yōu)先OSPF

(OpenShortest三個(gè)要點(diǎn)使用可靠的洪泛法，向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息。發(fā)送的信息是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，是部分信息?！版溌窢顟B(tài)”說明本路由器和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”(metric)。

只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，才用洪泛法向所有路由器發(fā)送更新。三個(gè)要點(diǎn)使用可靠的洪泛法，向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息OSPF使用的是可靠的洪泛法更新報(bào)文tACK報(bào)文RRRRt1t2t3t4OSPF使用的是可靠的洪泛法更新報(bào)文tACK報(bào)文RRRR鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫

(link-statedatabase)

由于各路由器之間頻繁地交換鏈路狀態(tài)信息，都能建立一個(gè)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。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(gè)路由器能及時(shí)更新其路由表。OSPF的更新過程收斂得快。鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫

(link-statedatabase)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(gè)自治系統(tǒng)再劃分為若干個(gè)更小的范圍，叫作區(qū)域（area）。每一個(gè)區(qū)域都有一個(gè)32位的區(qū)域標(biāo)識(shí)符（用點(diǎn)分十進(jìn)制表示，如0.0.0.0）。區(qū)域也不能太大，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器最好不超過200個(gè)。OSPF的區(qū)域(area)為了使OSPF能夠用于規(guī)模OSPF劃分為兩種不同的區(qū)域自治系統(tǒng)AS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)R9R7R6R5R4R3R2R1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)

5R8OSPF劃分為兩種不同的區(qū)域自治系統(tǒng)AS區(qū)域0.0.劃分區(qū)域好處：在一個(gè)區(qū)域而不是整個(gè)的自治系統(tǒng)范圍內(nèi)利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息，減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的通信量。一個(gè)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)淝闆r。OSPF區(qū)域有層次結(jié)構(gòu)，上層的區(qū)域叫作主干區(qū)域(backbonearea)，標(biāo)識(shí)符規(guī)定為0.0.0.0。主干區(qū)域的是用來連通其他在下層的區(qū)域。

劃分區(qū)域好處：在一個(gè)區(qū)域而不是整個(gè)的自治系統(tǒng)范圍內(nèi)利用洪泛自治系統(tǒng)AS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)R9R7R6R5R4R3R2R1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)

5R8自治系統(tǒng)AS主干路由器區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.0.0自治系統(tǒng)AS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)R9R7R6R5R4R3R2R1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)

5R8自治系統(tǒng)AS區(qū)域邊界路由器區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.DR(designatedrouter)

多點(diǎn)接入的局域網(wǎng)采用了指定的路由器（master）的方法，使廣播的信息量大大減少。指定的路由器向該網(wǎng)絡(luò)上的其他路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)信息。備份指定路由BDR（slave）DR(designatedrouter)多點(diǎn)接入的局域網(wǎng)OSPF的其他特點(diǎn)OSPF根據(jù)不同鏈路的IP分組的不同服務(wù)類型TOS而設(shè)置成不同的代價(jià)，計(jì)算出不同的路由。負(fù)載平衡鑒別（認(rèn)證）VLSM和CIDR每一個(gè)鏈路狀態(tài)都帶上一個(gè)32位的序號(hào)，序號(hào)越大狀態(tài)就越新。每隔30分鐘刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。OSPF的其他特點(diǎn)OSPF根據(jù)不同鏈路的IP分組的不OSPF分組IP數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)首部OSPF分組OSPF分組首部類型1至類型5的OSPF分組24字節(jié)081631版本路由器標(biāo)識(shí)符類型分組長度檢驗(yàn)和鑒別位鑒別區(qū)域標(biāo)識(shí)符鑒別類型OSPF分組IP數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)首部OSPF分組OSOSPF的五種分組類型問候(Hello)分組。數(shù)據(jù)庫描述(DatabaseDescription)分組。鏈路狀態(tài)請(qǐng)求(LinkStateRequest)分組。鏈路狀態(tài)更新(LinkStateUpdate)分組，用洪泛法對(duì)全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。鏈路狀態(tài)確認(rèn)(LinkStateAcknowledgment)分組。OSPF的五種分組類型問候(Hello)分組。OSPF的基本操作問候問候數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述鏈路狀態(tài)請(qǐng)求鏈路狀態(tài)更新鏈路狀態(tài)確認(rèn)確定可達(dá)性達(dá)到數(shù)據(jù)庫的同步新情況下的同步OSPF的基本操作問候問候數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述數(shù)OSPF分組直接用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送OSPF不用UDP而是直接用IP

數(shù)據(jù)報(bào)傳送。OSPF構(gòu)成的數(shù)據(jù)報(bào)很短。這樣做可減少路由信息的通信量。不用分片傳輸，防止出錯(cuò)。OSPF分組直接用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送OSPF不用UDP邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP

BorderGatewayProtocolBGP是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。BGP較新版本是2006年1月發(fā)表的BGP-4（BGP第4個(gè)版本），即RFC4271—4278?？梢詫GP-4簡(jiǎn)寫為BGP。邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP

BorderGatewayProtBGP發(fā)言人(BGPspeaker)每一個(gè)自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個(gè)路由器作為該自治系統(tǒng)的“BGP發(fā)言人”。一般說來，兩個(gè)BGP發(fā)言人都是通過一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)連接在一起的，而BGP發(fā)言人往往就是

BGP邊界路由器，但也可以不是BGP邊界路由器。BGP發(fā)言人(BGPspeaker)每一個(gè)自治系統(tǒng)的管理BGP交換路由信息BGP發(fā)言人之間先建立TCP連接，然后在此連接上交換BGP報(bào)文以建立BGP會(huì)話(session)，利用BGP會(huì)話交換路由信息。使用TCP連接能提供可靠的服務(wù)，也簡(jiǎn)化了路由選擇協(xié)議。使用TCP連接交換路由信息的兩個(gè)BGP發(fā)言人，彼此成為對(duì)方的鄰站或?qū)Φ日?。BGP交換路由信息BGP發(fā)言人之間先建立TCP連接，BGP發(fā)言人和

自治系統(tǒng)AS的關(guān)系BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人AS1AS3AS2AS5AS4BGP發(fā)言人和

自治系統(tǒng)AS的關(guān)系BGP發(fā)言人BGBGP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)（AS1）地區(qū)ISP（AS2）地區(qū)ISP（AS3）本地ISP（AS4）N1，N2本地ISP（AS5）N3，N4本地ISP（AS6）N5本地ISP（AS7）N6，N7自治系統(tǒng)AS2

的BGP發(fā)言人通知主干網(wǎng)的BGP發(fā)言人：“要到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N1,N2,N3和N4可經(jīng)過AS2?！盉GP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)地區(qū)ISP地區(qū)ISP本BGP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)（AS1）地區(qū)ISP（AS2）地區(qū)ISP（AS3）本地ISP（AS4）N1，N2本地ISP（AS5）N3，N4本地ISP（AS6）N5本地ISP（AS7）N6，N7主干網(wǎng)還可發(fā)出通知：“要到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N5,N6和N7可沿路徑（AS1,AS3）?！盉GP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)地區(qū)ISP地區(qū)ISP本BGP-4的四種報(bào)文打開(OPEN)報(bào)文，用來與相鄰的另一個(gè)BGP發(fā)言人建立關(guān)系。更新(UPDATE)報(bào)文，用來發(fā)送某一路由的信息，以及列出要撤消的多條路由。?；?KEEPALIVE)報(bào)文，用來確認(rèn)打開報(bào)文和周期性地證實(shí)鄰站關(guān)系。通知(NOTIFICATION)報(bào)文，用來發(fā)送檢測(cè)到的差錯(cuò)。BGP-4的四種報(bào)文打開(OPEN)報(bào)文，用來與相鄰的另BGP報(bào)文具有通用的首部BGP報(bào)文通用首部字節(jié)1621BGP報(bào)文主體部分類型長度標(biāo)記TCP首部IP首部BGP報(bào)文TCP報(bào)文BGP報(bào)文具有通用的首部BGP報(bào)文通用首部字節(jié)路由器的結(jié)構(gòu)路由器是一種具有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口的專用計(jì)算機(jī)，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組。將路由器某個(gè)輸入端口收到的分組，按照分組要去的目的地（即目的網(wǎng)絡(luò)），把該分組從路由器的某個(gè)合適的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。路由器的結(jié)構(gòu)路由器是一種具有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口的專用課件制作人：謝希仁典型的路由器的結(jié)構(gòu)路由選擇路由選擇處理機(jī)路由選擇協(xié)議路由表3輸入端口3交換結(jié)構(gòu)輸