第10章路由協(xié)議

第十章路由協(xié)議Metric&Convergence自治系統(tǒng)和內(nèi)、外部路由協(xié)議RIPOSPFBGP-4xudu@1引言表驅(qū)動IP選路一個路由器上可運行多種RoutedProtocols每個RoutedProtocol可以使用多種RoutingProtocols來獲取路由信息設(shè)定的路徑RouteTable內(nèi)容：部分選路信息+默認路由Internet中的選路網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)管理策略一致性及時性xudu@2路由表的構(gòu)成過程初始化階段——路由發(fā)現(xiàn)推導(dǎo)初始路由直連網(wǎng)絡(luò)直連路由無法推導(dǎo)部分手工設(shè)置靜態(tài)路由路由器間交換選路信息動態(tài)路由維護階段——路由更新（網(wǎng)絡(luò)拓撲改變時）手工、靜態(tài)更新小型、變化緩慢的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議自動、動態(tài)更新大型、迅速變化的網(wǎng)絡(luò)xudu@3靜態(tài)路由vs.動態(tài)路由靜態(tài)路由Staticroute管理員手工設(shè)置管理員手工更新不能保證路由的一致性和及時性管理性強沒有路由開銷小型、變化緩慢網(wǎng)絡(luò)動態(tài)路由Dynamicroute路由協(xié)議自動發(fā)現(xiàn)路由協(xié)議自動更新保證路由的一致性和及時性管理性較弱產(chǎn)生一定的路由開銷大型、迅速變化網(wǎng)絡(luò)xudu@410.1Metric&Convergence選路準則——最短路徑Metric（度量）：衡量路徑的長短跳數(shù)（經(jīng)過路由器的數(shù)目，hopcount）帶寬（bandwidth）、延遲（delay）、負載（load）、開銷（cost）…不同的Metric產(chǎn)生不同的“最短路徑”不同的路由協(xié)議采用不同類型的Metric一個路由協(xié)議可同時應(yīng)用多重MetricADCBNet64K64K10M10M10M跳數(shù)：ABNet帶寬：ACDNetxudu@5Convergence（收斂）收斂采用特定路由協(xié)議的所有路由器對整個網(wǎng)絡(luò)拓撲具有一致性的認識收斂時間從不一致到一致所經(jīng)歷的時間體現(xiàn)路由算法的效率xudu@610.2自治系統(tǒng)和內(nèi)、外部路由協(xié)議自治系統(tǒng)（AutonomousSystem，AS）處于一個管理機構(gòu)控制下的網(wǎng)絡(luò)和路由器的集合AS使管理機構(gòu)可自主選擇其內(nèi)部路由方式和對外通告部分可達性信息的權(quán)利每個AS賦予一個AS編號由負責分配Internet地址的中央管理機構(gòu)統(tǒng)一分發(fā)取值：1~65535Internet由若干AS互相連接構(gòu)成每個AS內(nèi)可能有多個網(wǎng)絡(luò)存在核心主干網(wǎng)也可以構(gòu)成一個ASxudu@7AS類型Single-homedAS：只有一個出口如：AS2、AS3Multi-homedAS：有多個出口如：AS1NontransitAS，TransitASAS1RAS3AS2RRRxudu@8EGPvs.IGP外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議ExteriorGatewayProtocol，EGP由AS邊界路由器在AS間通告可達性信息目前常用協(xié)議：BGP-4內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議InteriorGatewayProtocol，IGPAS內(nèi)部路由器在AS內(nèi)通告內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)細節(jié)目前常用協(xié)議：RIP、OSPF、IS-ISAS1AS2RREGPIGPIGP功能層次：網(wǎng)絡(luò)層xudu@9RIP&OSPFRIP內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議距離向量路由算法（D-V）RIP，RIPv2OSPF內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議鏈路狀態(tài)路由算法（L-S）OSPFv2算法原理協(xié)議報文操作路由發(fā)現(xiàn)路由更新問題xudu@1010.3RIPRoutingInformationProtocol，RIPv1：RFC1058，v2：RFC2453，選路信息協(xié)議IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTCPUDPTransportLayerRIPApplicationLayer520協(xié)議軟件層次xudu@11距離向量路由算法原理

（Distance–Vector）Bellman-FordAlgorithm發(fā)布路由信息EachrouterperiodicallypassesitswholeroutingtabletoneighborroutersWhat：thewholeroutingtableWhere：toitsneighborroutersWhen：atregularintervals計算路徑Accumulatedistancevectorsxudu@12RIP報文格式CommandVersionIPaddressAll0sAll0sAll0sMetricAll0sFamily重復(fù)25次（）廣播發(fā)送：55封裝在UDP報文中：UDPport=520xudu@13RIP報文類型Request（Command=1）路由器剛接入網(wǎng)絡(luò)，或某些路由表項超時請求所有路由表項（IPaddress=）請求部分路由表項（IPaddress=網(wǎng)絡(luò)地址）Response（Command=2）詢問響應(yīng)：應(yīng)答RIPRequest報文非詢問響應(yīng)：定期發(fā)送路由表中的所有路由信息xudu@14RFC1058section3.6RFC1058：直連路由的Metric=1（也可以大于1）現(xiàn)有實現(xiàn)：直連路由的Metric=0（如：Cisco路由器）RFC1058section3：Themetricisthesumofthecostsassociatedwiththenetworksthatwouldbetraversedingettingtothedestination.xudu@15RFC1058：接收時Metric+1現(xiàn)有實現(xiàn)：

發(fā)送時Metric+1xudu@16RIP路由發(fā)現(xiàn)過程ABCN1N2N3N4121212N3-10N4-20N1-10N2-20N2-10N3-20路由表：目的網(wǎng)絡(luò)下一跳發(fā)送接口MetricN3N1N2B121A211B211C121N4A:(N1,1)(N2,1)B:(N2,1)(N3,1)C:

(N3,1)(N4,1)B:(N2,1)(N3,1)N4B122N1B212A:(N1,1)(N2,1)(N3,2)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)C:

(N3,1)(N4,1)(N2,2)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)A:(N1,1)(N2,1)(N3,2)(N4,3)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)C:(N3,1)(N4,1)(N2,2)(N1,2)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)xudu@17RIP路由更新過程ABCN1N2N3N4121212N3-10N4-20N1-10N2-2N2-1N3-20N3N1N2B121A211B211C121N4N4B122N1B212B:(N2,16)(N3,1)(N1,16)(N4,2)A:(N1,1)(N2,16)(N3,16)(N4,16)00∞∞∞C:(N3,1)(N4,1)(N2,16)(N1,16)∞∞∞∞xudu@18RIP路由更新算法IF（IPaddress不在路由表中）根據(jù)該報文添加新路由表項；ELSEIF（路由表對應(yīng)表項的下一跳==通告路由器）根據(jù)該報文修改路由表中的對應(yīng)表項；ELSEIF（Metric<路由表對應(yīng)表項的跳數(shù)）根據(jù)該報文修改路由表中的對應(yīng)表項；ELSE不修改路由表中的對應(yīng)表項；xudu@19RIP中的定時器TimersGarbagecollection120secondsExpiration180secondsPeriodic30secondsP=30sE=180sP=30sE=180sE=180sG=120s30s180s刪除路由120s為防止所有路由器同時更新引起的網(wǎng)絡(luò)過載，定時器Periodic

值為25~30

秒間的一個隨機數(shù)。xudu@20RIP的緩慢收斂

（SlowConvergence）Net1Net2Netn+10seconds15secondsn×15seconds問題路由環(huán)路（routingloops）無限計數(shù)（countingtoinfinity）xudu@21問題：路由環(huán)路&無限計數(shù)Net1Net2Net3Net1…………RoutingtableNet1A…………RoutingtableABYoucanreachnet1throughmewithlength2Bcanreachnet1!Great!Hopcountchanged!Limitingthenumberofhopsto15-1∞23Hopcountchanged!4∞∞-B1616xudu@22解決方法觸發(fā)更新，Triggeredupdate水平分割，Splithorizons毒性逆轉(zhuǎn)，Poisonreverse抑制定時器，Holddowntimer沒有一種方法是100%有效的！xudu@23觸發(fā)更新如果網(wǎng)絡(luò)中沒有變化定時（30s）發(fā)送所有路由信息如果網(wǎng)絡(luò)中有變化立即發(fā)送更新后的所有路由信息為避免觸發(fā)廣播風(fēng)暴，隨機延時后再通告xudu@24水平分割Net1Net2Net3ABNet2 1Net3 2Net1 1RIPmessagesNet1 2Net2 1Net3 1RIPmessagesxudu@25毒性逆轉(zhuǎn)Net1Net2Net3ABNet2 1Net3 2RIPmessagesNet1 16Net2 16Net3 16Net1 1RIPmessagesNet2 16Net3 1Net1 16Net2 1Net3 16Net1 2xudu@26抑制定時器路由器在收到關(guān)于某網(wǎng)絡(luò)不可達信息后的一段固定時間內(nèi)，忽略任何關(guān)于該網(wǎng)絡(luò)的路由信息“好消息傳得快，壞消息傳得慢”——等待足夠的時間，確保所有路由器都收到壞消息xudu@27RIPv2報文格式操作認證：Family=0xFFFF組播發(fā)送RIP報文：CommandVersionIPaddressSubnetMaskAll0sNextHopMetricRouteTagFamilyxudu@2810.4OSPFOpenShortestPathFirst，OSPFv2：RFC2328，開放最短路徑優(yōu)先IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTCPUDPTransportLayerOSPFApplicationLayer89協(xié)議軟件層次xudu@29鏈路狀態(tài)路由算法原理

（Link–State）DijkstraAlgorithm發(fā)布路由信息What:thelinkstateadvertisement（LSA）packetsWhere:toeveryrouterintheareaWhen:event-driven計算路徑SPFalgorithmtoformaSPFtree洪泛法（flooding）xudu@30OSPF術(shù)語：區(qū)域Area包含在AS中的一些網(wǎng)絡(luò)、主機和路由器的集合類型：標準區(qū)域、主干區(qū)域、殘樁區(qū)域AutonomousSystemArea1Area2Area0(backbone)到其他ASAreatypesStandardBackboneStubxudu@31OSPF術(shù)語：OSPF路由器類型內(nèi)部路由器（InternalRouter）主干路由器（BackboneRouter）區(qū)域邊界路由器（ABR，AreaBorderRouter）AS邊界路由器（ASBR，ASBorderRouter）AutonomousSystemArea1Area2Area0(backbone)到其他ASABR，BRIRASBR，BRIR，BRxudu@32OSPF術(shù)語：鏈路Link：與鄰居路由器之間的網(wǎng)絡(luò)點到點鏈路（Point-to-pointlink）點到點網(wǎng)絡(luò)過渡鏈路（Linktotransitnetwork）多路訪問網(wǎng)絡(luò)殘樁鏈路（Linktostubnetwork）殘樁網(wǎng)絡(luò)虛鏈路（Virtuallink）FrameRelayX.25Area0Area2Area1Area3xudu@33OSPF術(shù)語：DR和BDR定義DR：DesignatedRouter，指定路由器BDR：BackupDR，備份指定路由器作用：減少過渡鏈路上的路由開銷例：過渡鏈路上有N個路由器無DR每個路由器有N-1個鄰居，通告N-1條LS有DR非DR僅有1個鄰居（即DR），僅通告1條LSDR有N-1個鄰居（即非DR），通告N-1條LS總共N*（N-1）條LS總共2*（N-1）條LSxudu@34OSPFTables鄰接表（AdjacencyTable）存放所有與之建立雙向通信的鄰居路由器信息鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（Link-StateDB）存放本區(qū)域中的所有鏈路狀態(tài)信息同區(qū)域內(nèi)所有路由器的LSDB信息是相同的轉(zhuǎn)發(fā)表（ForwardingTable）路由表，存放所有經(jīng)SPF算法獲得的最短路由xudu@35OSPF鄰居狀態(tài)Down：NotexchangeinformationwithanyneighborInit：WhenaninterfacereceivesitsfirstHello2-way：Whenitseesitselfinaneighbor’sHelloExStart：TwoneighborsuseHellotonegotiatewhoisthe“master”andwhoisthe“slave”Exchange：NeighborsuseDBDtosendeachotherasummaryoftheirlink-statedatabaseLoading：UsesLSR,LSU,andLSAcktogetcompletelink-stateinformationFull：Neighborsarefullyadjacentxudu@36OSPF分組格式VersionTypeRouterIDAreaIDPacketLengthAuthenticationAuthenticationAuthenticationTypeChecksum首部組播發(fā)送：，封裝在IP分組中：IPProtocol=89OSPFPacketDataxudu@37OSPF分組類型1：HellopacketA64-bytepacketsentperiodicallytokeepalink“alive”2：DBD(DatabaseDescription)Summarycontentsofarouter’slink-statedatabasesenttoanewlydiscoveredneighbor3：LSR(Link-StateRequest)Requestsmorespecificinformationaboutalinkfromaneighbor’slink-statedatabase4：LSU(Link-StateUpdate，LSA)TransportsLSAstoneighborrouters,areplytoanLSR5：LSAck(Link-StateAcknowledgement)AckreceiptofaLSA;OSPF’sroutingupdatesareconnection-orientedxudu@38OSPF操作步驟1.EstablishrouteradjacenciesDonewiththeexchangeofHellos2.ElecttheDR/BDR(ifnecessary)Doneonmultiaccessnetworkonly3.DiscoverroutesDoneintheExStartandExchangestates4.SelectappropriateroutesDonethroughthecalculationofSPFalgorithm5.MaintainroutinginformationDonethroughtheregularexchangeofHellosxudu@39步驟1：建立鄰接關(guān)系IamrouterIDandIseenooneDownState/24E0/24E1ABRouterB鄰接表/24,intE1InitStateIamrouterID,andIseeRouterA鄰接表/24,intE0Two-wayStateHello3954743907071339547439070713Hello3954743907071339547439070713xudu@40步驟3：路由發(fā)現(xiàn)HelloPacketABExstartExchangeLoadingFullHelloPacketDBDPacketDBDPacketLSAckPacketLSAckPacketLSRPacketLSUPacketLSAckPacketxudu@41OSPFLSA類型Type1：Router–LSA在本區(qū)域內(nèi)發(fā)布所有鄰居及其所在鏈路的信息Type2：Network–LSA由DR在本區(qū)域內(nèi)發(fā)布其所在過渡網(wǎng)絡(luò)上其他路由器信息Type3：Summary–LSA由ABR產(chǎn)生，在本AS內(nèi)的所有區(qū)域中發(fā)布到達其他區(qū)域某網(wǎng)絡(luò)的路徑信息Type4：Summary–LSA由ABR產(chǎn)生，在本AS內(nèi)的所有區(qū)域中發(fā)布到達ASBR的路徑信息Type5：AS–external–LSA由ASBR產(chǎn)生，在本AS內(nèi)的某些區(qū)域中發(fā)布到達AS以外網(wǎng)絡(luò)的路徑信息xudu@42OSPFLSAExampleArea1DRArea0Area2(Stub)AS10AS20Type2Type2Type2Type3(Area1)Type5(AS20)Type5(AS20)Type5(AS20)Type5(AS20)Type3(Area1)Type5(AS20)Type3(Area1)Type1(Area1)Type1(Area0)Type1(Area0)Type3(Area0)Type3(Area0)Type3(Area0)DefaultType5(AS20)Type5(AS20)Type1(Area1)Type1(Area1)xudu@43SPF算法BCF72224233HDEG261(2,A)(4,B)(8,B)(5,E)(6,E)(7,F)(9,H)節(jié)點Cost路徑EBFCGDH2∞∞∞∞∞7A-BA-B-EA-G4A-B-C8A-B-E-F5A-B-E-G6A-B-E-F-C8A-B-E-F-H7A-B-E-G-H10A9A-B-E-F-H-DA-B-C-D11xudu@44RIPvs.OSPF對網(wǎng)絡(luò)拓撲的了解路由計算方法路由更新方式路由更新內(nèi)容收斂速度適用環(huán)境xudu@4510.5BGP-4BorderGatewayProtocol，BGPv4：RFC1771，RFC1772，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTCPUDPTransportLayerBGP-4ApplicationLayer179協(xié)議軟件層次xudu@46BGP特點外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議AS間的可達信息策略路由AS管理策略可靠傳輸TCP傳輸路徑向量路由選擇PathVector增量更新Incremen