計算機網絡（第2版）網絡互連

ComputerNetwork計算機網絡

網絡互連2網絡互連的定義與類型網絡互連的方式與要求5.2網絡互連設備5.3路由選擇協(xié)議本章主要內容距離矢量路由算法及原理鏈路狀態(tài)路由算法及原理路由信息協(xié)議（RIP）開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）邊界網關協(xié)議（BGP）5.1網絡互連概述網絡互連設備：中繼器、集線器、網橋、交換機、路由器網絡互連設備的工作原理5.1網絡互連概述3定義：網絡互連是將不同的網絡連接起來，以構成更大規(guī)模的網絡系統(tǒng)，實現(xiàn)網絡間的數(shù)據(jù)通信、資源共享和協(xié)同工作。網絡互連條件：需要硬件和軟件支撐，硬件體現(xiàn)為各種互連設備，軟件體現(xiàn)為互連協(xié)議。Internet中主要通過IP實現(xiàn)網絡互連，利用IP地址中的網絡號和主機號區(qū)分不同網絡與主機。網絡互連的限制：互連網絡一般沒有大小限制，也沒有對參與互連的網絡有任何限制。通過互連網絡協(xié)議軟件為眾多的網絡和網絡中的計算機提供單一的、無縫的互連網絡通信系統(tǒng)，實現(xiàn)通用的網絡服務，而用戶無需了解、也沒有必要知道網絡互連的細節(jié)。結論：互連網絡可以說是一個虛擬網絡。從用戶角度看，互連網絡是一個龐大的單一網絡，但事實上用戶面對的只是所處的物理網絡，與其他網絡的通信是依靠通用服務實現(xiàn)的。網絡互連基本概念網絡互連要求與方式網絡互連概念網絡互連類型5.1網絡互連基本概念4互連的網絡可能是同一種類型的（同構），也可能是不同類型的（異構）。異構是指網絡和通信協(xié)議、計算機硬件和操作系統(tǒng)具有差異。網絡互連類型異構LANLAN-WAN同構LAN網橋LAN2802.3LAN3802.5路由器中繼器WAN2LAN1802.5WAN1大型計算機協(xié)議轉換器LAN4802.3LAN5802.3路由器路由器網絡互連要求與方式網絡互連概念網絡互連類型WAN-WANLAN-大型計算機5.1網絡互連基本概念5網絡互連要求網絡互連層次物理層互連：互連的兩個局域網體系結構要求一致。數(shù)據(jù)鏈路層互連：本層及高層結構和協(xié)議相同，物理層體系結構可不同。網絡層互連：可以具有不同的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層?？梢赃B接異構網絡，可支持不同的網絡層協(xié)議，并完成協(xié)議轉換。網絡之間至少提供一條物理上連接的鏈路及對該條鏈路的控制協(xié)議。為不同網絡進程之間提供合適的路由，以便交換數(shù)據(jù)。選定一個協(xié)議層，該層及其高層協(xié)議相同，該層以下的低層協(xié)議和硬件差異可通過該層屏蔽，使得不同網絡中的用戶可以互相通信。網絡互連要求與方式網絡互連概念網絡互連類型5.1網絡互連基本概念6網絡互連方式主要有3種：物理層互連、數(shù)據(jù)鏈路層互連、網絡層互連。5應用層4傳輸層3網絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層5應用層4傳輸層3網絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層1中繼器802.3CSMA/CD802.3CSMA/CD5應用層4傳輸層3網絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層5應用層4傳輸層3網絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層802.3CSMA/CD802.5令牌環(huán)2橋接器11網橋/二層交換機網絡互連要求與方式網絡互連概念網絡互連類型物理層互連數(shù)據(jù)鏈路層互連5.1網絡互連基本概念7網絡互連方式（續(xù)）5應用層4傳輸層3網絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層5應用層4傳輸層3網絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層TCP/IP網絡NovellIP網絡3路由器2211路由器/三層交換機網絡互連要求與方式網絡互連概念網絡互連類型網絡層互連5.1網絡互連基本概念8網絡互連差異性差異可能存在差異內容差異可能存在差異內容提供的服務面向連接和無連接安全性加密機制、采用的規(guī)則網絡協(xié)議IP、IPX、APPLETALK擁塞控制漏桶方法、抑制分組數(shù)目或其他尋址方式平面結構（LAN地址）層次結構（IP地址）流量控制滑動窗口、速率控制等或不支持分組大小最大數(shù)據(jù)單元MTU網絡參數(shù)不同超時值設置，數(shù)據(jù)流標記說明出錯處理校驗和、CRC、奇偶校驗和信息編碼ASCII碼或EBCDIC碼服務質量帶寬、延時、抖動、優(yōu)先級計費方式連接時間、按分組數(shù)、字節(jié)數(shù)等多點傳播是否支持路由協(xié)議RIP、OSPF、IS-IS數(shù)據(jù)順序有序或無序的提交

網絡互連要求與方式網絡互連概念網絡互連類型5.2網絡互連設備9物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域：又稱為碰撞域，指網絡中一個節(jié)點發(fā)出的幀會與其他節(jié)點發(fā)出的幀產生碰撞或沖突網絡范圍。沖突域越大，發(fā)生沖突的概率越高。廣播域：指網絡上一個節(jié)點發(fā)出廣播信號后能夠接收到廣播信號的范圍。沖突域和廣播域網絡互連設備網絡互連設備：網絡體系中不同層次的網絡互連設備不相同。中繼器（Repeater）、集線器（Hub）：工作于物理層網橋（Bridge）、交換機（Switch）：工作于數(shù)據(jù)鏈路層路由器（Router）、三層交換機：工作于網絡層沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備10中繼器：指連接兩個相同傳輸介質局域網的設備，對高層協(xié)議是透明的。集線器：多端口的中繼器。以太網沖突域廣播域集線器沖突域廣播域中繼器網段1沖突域廣播域網段2利用中繼器與集線器擴展的網絡，不能隔離沖突域，也不能隔離廣播域物理層互連設備物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備11中繼器的功能中繼器的基本功能：放大信號，補償信號衰減，擴展信號的傳輸距離。注意：理論上，利用中繼器可將網絡延長到任意長的傳輸距離，但大多限制了在一對節(jié)點之中加入中繼器的數(shù)目，例如，在以太網中限制最多使用4個中繼器，即最多由5個網段組成。中繼器集線器集線器的功能：具備中繼器的功能，工作過程如下。從一個端口接收到的數(shù)據(jù)廣播發(fā)送到其他所有端口上，由其他各主機自行驗證數(shù)據(jù)幀首部的目的MAC地址確定是否接收。工作方式是共享網絡帶寬，同一時刻網絡上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀，如果發(fā)生沖突（碰撞）需要重傳。物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備12網橋：又稱橋接器，連接兩個不同網段，根據(jù)MAC地址轉發(fā)數(shù)據(jù)幀。(早期)交換機：具有多個端口，每個端口都有橋接功能，又稱多端口網橋。為接入交換機的任意兩個網絡節(jié)點提供獨享的信號通路。常見的是以太網交換機。網橋端口1端口2網段1沖突域廣播域網段2沖突域利用網橋和交換機擴展的網絡能隔離沖突域，不能隔離廣播域交換機集線器沖突域沖突域沖突域廣播域數(shù)據(jù)鏈路層互連設備物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備13基本功能：互連獨立的局域網，擴展物理網絡范圍，提高可靠性，網絡出現(xiàn)故障，只影響個別網段。隔離沖突域，減輕局域網負荷。學習功能：網橋的緩存最初是空表，沒有任何MAC地址，因此網橋最初只是將收到的所有幀都直接以泛洪方式轉發(fā)到另一個端口。當數(shù)據(jù)幀被某個主機接收后，網橋會將其對應關系記錄到緩存中。經過多次記錄，可以將整個網絡中各主機的MAC地址與對應的物理網段全部記錄下來。網橋的功能網橋收到廣播幀后，將幀中的源MAC地址和目的MAC地址與網橋緩存中保存的MAC地址表進行比較，根據(jù)比較結果轉發(fā)數(shù)據(jù)幀。網橋的工作原理物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備14提供大量端口，每個端口上都使用相同的轉發(fā)或過濾邏輯。提高局域網帶寬：各端口為獨立沖突域，每個沖突域都有獨立寬帶。學習功能：以太網交換機與網橋建立MAC地址緩存表過程相似。轉發(fā)/過濾：當一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它將被轉發(fā)到連接目的節(jié)點的端口而不是所有端口（如果該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉發(fā)至所有端口）。消除回路：當交換機包括一個冗余回路時，以太網交換機通過生成樹協(xié)議避免回路的產生，同時允許存在后備路徑。支持虛擬局域網（VLAN）、鏈路匯聚、生成樹協(xié)議等功能。交換機的功能物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備15交換機的工作原理與網橋工作原理相似。交換機工作原理根據(jù)MAC地址尋址，通過節(jié)點表選擇轉發(fā)端口或路由，節(jié)點表的建立和維護由交換機自動進行。當交換機從某端口收到一個數(shù)據(jù)幀，首先讀取源MAC地址，獲取源MAC地址與所連端口的對應關系。然后讀取目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口。若找到，將數(shù)據(jù)幀直接轉發(fā)到該端口。若未找到，將數(shù)據(jù)幀廣播到所有端口，當目的機器對其回應時，記錄該目的MAC地址與端口的對應關系。物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備16典型的網絡層互連設備：路由器。路由器的功能：存儲轉發(fā)數(shù)據(jù)包。路由器運行路由協(xié)議，形成路由表，對經過路由器的每一個分組進行選擇路徑，并轉發(fā)到相應的輸出端口。以太網1沖突域廣播域以太網2沖突域廣播域利用路由器互連的網絡隔離沖突域和廣播域路由器網絡層互連設備物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備17路由器的工作過程路由器將收到的每個分組存儲在路由器的緩存中。根據(jù)目的IP地址判斷目的主機與源主機是否在同一物理網絡上，若是，則不作任何處理；若不是，選擇合適路徑轉發(fā)數(shù)據(jù)包。為了進行路徑選擇，路由器需要與其他路由器交換路由信息。注意：數(shù)據(jù)包轉發(fā)過程中，若輸出網絡與輸入網絡協(xié)議不同，需要進行協(xié)議轉換，即將輸入分組轉換為輸出網絡的格式后轉發(fā)。路由器工作原理物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.2網絡互連設備18協(xié)議轉換：可以對網絡層及其以下各層的協(xié)議進行轉換。路由選擇：根據(jù)目的IP地址按某種路由策略，選擇最佳路由，將分組轉發(fā)出去，并能隨網絡拓撲的變化，自動調整路由表。支持多種協(xié)議的路由選擇：可支持多種路由協(xié)議和網絡層協(xié)議。流量控制：控制收發(fā)雙方數(shù)據(jù)流量。分段和組裝。路由器連接的各網絡傳輸數(shù)據(jù)分組大小可能不相同，路由器可以對分組進行進一步分段或組裝。網絡管理：提供對網絡中的分組、設備進行監(jiān)視和管理功能。路由器的功能物理層互連設備數(shù)據(jù)鏈路層互連設備沖突域和廣播域網絡層互連設備5.3路由選擇協(xié)議19OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP自治系統(tǒng)（AS）：由不同的組織機構擁有、操作和管理的相對獨立的網絡。AS一般獨立進行網絡路由管理，各AS其管理策略可不相同，但各AS必須能夠相互通信。路由選擇協(xié)議：簡稱路由協(xié)議。路由器中用于完成路由表建立和路由信息更新的通信協(xié)議。路由協(xié)議分類內部路由協(xié)議（IGP）：用于AS內部通信。主要有路由信息協(xié)議（RIP）和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）。外部路由協(xié)議（EGP）：用于AS之間通信。主要有邊界網關協(xié)議（BGP）。路由協(xié)議基本概念路由選擇算法5.3路由選擇協(xié)議20OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法基本概念路由選擇算法路由選擇算法：簡稱路由算法。指在給定一組路由器及連接路由器鏈路的情況下，找出一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的最佳路徑。路由選擇算法分類：自適應算法和非自適應算法。自適應算法：根據(jù)網絡拓撲結構變化或當前網絡運行狀態(tài)等改變路由決策。主要有距離矢量（DV）路由算法和鏈路狀態(tài)（LSA）路由算法。優(yōu)點：能夠較好地適應網絡狀態(tài)變化缺點：實現(xiàn)復雜，開銷大非自適應算法：不會根據(jù)當前測量或者估計的流量和拓撲結構來調整路由決策，典型代表是靜態(tài)路由。特點是簡單和開銷小。5.3路由選擇協(xié)議21OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP距離矢量（DV）路由算法路由選擇算法距離矢量（DV）路由算法：根據(jù)到達目的節(jié)點的最短距離（費用、跳數(shù)、延遲、等待輸出的分組數(shù)量等）確定下一跳節(jié)點。DV算法的基本思想每個節(jié)點（路由器）不知道從源節(jié)點到目的節(jié)點的完整路徑，但知道相鄰節(jié)點的路由信息（每個鄰居到所有目的節(jié)點的最短距離），通過周期性地與相鄰節(jié)點交換路由信息來更新自己的路由表內容。當一個節(jié)點更新了到某目的節(jié)點的新的最小費用（最短距離）時，必須將該信息通知給該節(jié)點的所有鄰居。距離矢量路由協(xié)議：路由信息協(xié)議（RIP）和內部網關路由協(xié)議（IGRP），適用于小型網絡環(huán)境。5.3路由選擇協(xié)議22OSPFRIP路由協(xié)議概述BGPDV路由算法原理路由選擇算法DV算法是一種迭代的、異步的和分布式的算法，是基于Bellman-Ford數(shù)學研究結果得到的，因此有時也稱DV算法為Bellman-Ford算法。分布式：指每個節(jié)點都從一個或多個直接相連的節(jié)點交換、更新路由信息，然后將更新后的路由信息再傳送給其相鄰節(jié)點。迭代：指節(jié)點與鄰居交換路由信息的過程一直持續(xù)到鄰居之間沒有信息交換為止，即DV算法是自終止的。異步：指不要求網絡中的所有節(jié)點相互之間同步操作。DV算法：用于計算某節(jié)點到某目的節(jié)點的最佳路徑的費用（最低費用）及確定相應的路徑。5.3路由選擇協(xié)議23OSPFRIP路由協(xié)議概述BGPDV路由算法計算過程路由選擇算法【例】求如圖所示網絡結構從節(jié)點x到節(jié)點y的最佳路徑的費用（最低費用），連線上的數(shù)字為相鄰節(jié)點間的費用。xR3yR2R1537614【解】設從節(jié)點x到節(jié)點y的最佳路徑的費用記為dx(y)，則dx(y)計算如下：

dx(y)=minv{c(x,v)+dv(y)}

式中：c(x,v)：節(jié)點x到鄰居節(jié)點v（R1~R3）的費用dv(y)：節(jié)點v到節(jié)點y的最佳路徑的費用minv：遍歷節(jié)點x的所有鄰居節(jié)點v（R1~R3）

dx(y)=minv=(R1,R2,R3){

c(x,R1)+dR1(y)=5+1=6,

c(x,R2)+dR2(y)=3+4=7,c(x,R3)+dR3(y)=7+6=13}=6因此，最佳路徑為：x→R1→y，最低費用為65.3路由選擇協(xié)議24OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP鏈路狀態(tài)（LSA）路由算法路由選擇算法鏈路狀態(tài)算法（LSA）是改進的距離矢量算法，又稱最短路徑優(yōu)先（SPF）算法，是已知網絡拓撲和所有的鏈路費用的全局算法，Internet中使用的主要算法。鏈路狀態(tài)算法使用Dijkstra算法計算到達任意節(jié)點的最優(yōu)路徑。Dijkstra算法是一種迭代算法?；舅枷耄杭俣ㄒ粋€網絡具有n個節(jié)點（v1~vn），從源節(jié)點v1開始，按路徑長度遞增的順序，逐步產生從源節(jié)點v1到其他各節(jié)點的最短距離路徑。應用鏈路狀態(tài)路由算法的動態(tài)路由協(xié)議主要有：開放最短路徑優(yōu)先OSPF協(xié)議、中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)IS-IS協(xié)議、增強內部網關路由協(xié)議EIGRP（同時支持“鏈路狀態(tài)”和“距離矢量兩種算法”兩種算法）。5.3路由選擇協(xié)議25OSPFRIP路由協(xié)議概述BGPDijkstra算法路由選擇算法【例】求如圖所示網絡結構從節(jié)點u到其他所有節(jié)點的最佳路徑（最低費用路徑），連線上的數(shù)字為相鄰節(jié)點間的費用。（1）初始化階段從節(jié)點u到與其直接相連的鄰居節(jié)點v、x、w的最低費用（直接鏈路費用）分別初始化為2、1、5。節(jié)點u到y(tǒng)與z的費用被設為無窮大，因為它們不直接與u連接。初始化結果見下表（第0行）。迭代次數(shù)SUd[v]，p[v]d[w]，p[w]d[x]，p[x]d[y]，p[y]d[z]，p[z]0uxyvwz2，u5，u1，u∞∞uyzxv251231w23515.3路由選擇協(xié)議26OSPFRIP路由協(xié)議概述BGPDijkstra算法路由選擇算法uyzxv251231w2351（2）第1次迭代從集合U的節(jié)點中，找出上一次計算結束時具有最低

費用節(jié)點（節(jié)點x），費用為1，將節(jié)點x從集合U移到

集合S中。更新從節(jié)點u到集合U中節(jié)點的費用，產生表中第1行。（3）第2次迭代集合U的節(jié)點中，節(jié)點v與y都具有最低費用（2），選擇其中一個節(jié)點（節(jié)點y）從集合U移到S中。更新從節(jié)點u到集合U中節(jié)點的費用，產生表中第2行。迭代次數(shù)SUd[v],p[v]d[w],p[w]d[x],p[x]d[y],p[y]d[z],p[z]0uxyvwz2，u5，u1，u∞∞1uxyvwz2，u1+3=4，x

1+1=2，x∞2uxyvwz2，u2+1=3，y

2+2=4，y5.3路由選擇協(xié)議27OSPFRIP路由協(xié)議概述BGPDijkstra算法路由選擇算法迭代次數(shù)SUd[v],p[v]d[w],p[w]d[x],p[x]d[y],p[y]d[z],p[z]0uxyvwz2，u5，u1，u∞∞1uxyvwz2，u1+3=4，x

1+1=2，x∞2uxyvwz2，u2+1=3，y

2+2=4，y3uxyvwz

3，y

4，y4uxyvwz

4，y5uxyvwz

（4）繼續(xù)迭代產生第3次~第5次迭代結果，產生表中第3~5行。Dijkstra算法迭代結果如下表所示。uyzxv251231w23515.3路由選擇協(xié)議28OSPFRIP路由協(xié)議概述BGPDijkstra算法路由選擇算法uyzxv2121w1Dijkstra算法計算結束時，每個節(jié)點可得到從源節(jié)點u沿著它最低費用路徑的前一節(jié)點。對于每個前一節(jié)點，又有它的前一節(jié)點，如此可構建從源節(jié)點u到所有目節(jié)點的完整路徑。最低費用路徑節(jié)點u的轉發(fā)表目的節(jié)點路徑(下一跳)v(u,v)w(u,x)x(u,x)y(u,x)z(u,x)通過為每個目的節(jié)點存放從節(jié)點u到它的最低費用路徑上的下一跳節(jié)點，可構建一個節(jié)點（如節(jié)點u）的轉發(fā)表。5.3路由選擇協(xié)議29OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP鏈路狀態(tài)算法工作過程路由選擇算法與相鄰節(jié)點互通身份：獲知相鄰節(jié)點向所有鏈路廣播一個特殊分組，通告自身，收到廣播的所有相鄰節(jié)點都回送一個應答分組通告自身，根據(jù)應答分組可以獲知所有相鄰節(jié)點。到相鄰節(jié)點的費用計算發(fā)送特殊的測量分組到各相鄰節(jié)點，各相鄰節(jié)點收到后，給予應答。將計算的費用信息通告給其他節(jié)點將所有相鄰節(jié)點費用信息用鏈路狀態(tài)分組通知相鄰節(jié)點。計算新的路由各節(jié)點周期性地收到鏈路狀態(tài)分組，重構整個網絡的拓撲結構（全網相同）。使用Dijkstra算法重新計算到達任意節(jié)點的最優(yōu)路徑，并與相鄰節(jié)點交換。5.3路由選擇協(xié)議30OSPFRIP路由協(xié)議概述BGPDV算法與LSA算法比較路由選擇算法距離矢量路由算法與鏈路狀態(tài)路由算法的差異如下表所示。距離矢量路由選擇算法鏈路狀態(tài)路由選擇算法不知道整個網絡拓撲結構知道整個網絡拓撲結構在相鄰路由器路由信息基礎上計算路由的矢量距離根據(jù)網絡拓撲結構尋找和計算最短路徑收斂速度慢收斂速度快路由器的路由表只發(fā)送給相鄰路由器路由器的鏈路狀態(tài)信息發(fā)送給指定的一個或多個路由器5.3路由選擇協(xié)議31RIP稱為路由信息協(xié)議，采用距離矢量路由算法。RIP基本概念RIP中定義的“距離”：又稱為“跳數(shù)”(Hop)，每經過一個路由器，跳數(shù)+1。RIP中“距離”規(guī)定如下：從一個路由器到直接連接的網絡的距離定義為1。從一個路由器到非直接連接的網絡的距離定義為所經過的路由器數(shù)+1。RIP中的“距離”指“最短距離”，設置最大距離=15，即一條路徑最多只能包含15個路由器。“距離”的最大值=16時表示不可達。RIP認為一個好的路由是它通過的路由器數(shù)目少（距離短）。RIP在兩個網絡之間同時只能使用1條路由。即

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。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法5.3路由選擇協(xié)議32RIP有3個版本：RIPv1、RIPv2、RIPng。前兩者用于IPv4，后者用于IPv6。RIP的版本RIPv1：早期的路由協(xié)議。使用255.255.255.255發(fā)布路由信息，RIP路由器每30s向所有鄰居發(fā)送一次路由更新報文，如果180s內未得到鄰居路由器的更新報文，則認為該鄰居已不存在。此時，如果從其他鄰居收到了有關同一目的地址的路由更新報文，則用新的路由信息替換已失效的路由表項，否則，對應的路由表項被刪除。對于同一目的地址，RIP路由表項中最多可有6條等費用路由，默認4條。支持等費用路由的負載均衡，不支持不等費用路由的負載均衡。屬于有類別協(xié)議，配置時必須使用A、B或C類IP地址和子網掩碼。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法5.3路由選擇協(xié)議33RIPv2：增強的RIP，仍是距離矢量路由協(xié)議，兼容RIPv1，并在以下3個方面進行改進。采用組播（不是廣播）傳輸路由更新報文，采用觸發(fā)更新機制加速路由收斂，即出現(xiàn)路由變化時立即向鄰居發(fā)送路由更新報文，而不必等待更新周期是否到達。屬于無類別協(xié)議，可以使用可變長子網掩碼（VLSM），支持無類別域間路由（CIDR），使得網絡設計更具伸縮性。支持認證，使用經過散列的口令字來限制路由更新信息的傳播。RIP的版本（續(xù)）OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法5.3路由選擇協(xié)議34RIP報文封裝在UDP的數(shù)據(jù)報中，使用端口號520接收路由器的路由通告信息。RIP報文由首部4個字節(jié)和若干條路由信息組成，每條路由信息20字節(jié)，最多可攜帶25條路由信息。路由信息部分RIP首部RIP報文RIP報文IP首部UDP首部UDP報文IP數(shù)據(jù)報

命令

版本04Byte地址簇標識

路由標記網絡地址子網掩碼下一跳路由器地址距離（1~16）4Byte路由信息(20字節(jié)/路由)可重復出現(xiàn)最多

25個RIP報文最大長度為：4+20×25=504字節(jié)RIP報文OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法5.3路由選擇協(xié)議35命令：1字節(jié)，取值范圍是1~5，但只有1和2是正式值，1表示請求路由信息，2表示對請求路由信息的響應或未被請求而發(fā)出的路由更新報文。版本：1字節(jié)，取值為1或2，表示RIPv1或RIPv2，兩版報文格式基本相同。地址簇標識：2字節(jié)，指明網絡層采用的地址類型，使RIP支持其他非TCP/IP網絡協(xié)議，而不僅僅局限于IP協(xié)議，對于IP地址簇，該字段為2

。路由標記：2字節(jié)，區(qū)別內部或外部路由，用16位的AS編號標識。網絡地址：4字節(jié)，表示目的IP地址。子網掩碼：4字節(jié)，對應網絡地址的子網掩碼。下一跳路由地址：4字節(jié)，表示下一跳的地址。距離：4字節(jié)，表示到達目的地址的跳數(shù)。取值1~16。RIP報文各字段含義OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法5.3路由選擇協(xié)議36路由表初始化：路由器啟動時路由表中只包含與該路由器直接相連網絡的路由。直接相連網絡，不需轉發(fā)，路由表中各路由距離=1。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法RIP工作過程向鄰居通告路由信息：各路由器每隔30s向鄰居通告自身的路由表信息。更新路由表：路由器Rm收到鄰居Rn的路由表信息，首先對每條路由進行修改，將下一跳路由器都改為Rn，距離+1；然后逐條處理，更新自身路由表：添加不存在的路由：若出現(xiàn)新的目的網絡路由信息，加入該條路由。替換已有的距離較長的路由：如果自己的路由表中有到達同一網絡的路由，但下一跳不是Rn，距離比通過Rn轉發(fā)的路由長，則替換為短距離路由。更新已有的過時路由：如果自己的路由表中有到達同一網絡的路由，下一跳也是Rn，則無論新路由距離長短，均替換，說明Rn所在網絡拓撲變化。若180s未收到鄰居路由信息，將該鄰居標記為不可達，即

距離=16。5.3路由選擇協(xié)議37【例】自治系統(tǒng)的部分網絡結構如圖所示。

路由器R2的工作過程如下：初始化路由表：直連網絡的路由。R2的初始路由表如下表所示。更新路由表：R2根據(jù)收到的鄰居R1和R3的路由通告更新自身路由表。R4R0R3R1R2…Net1Net2Net3Net4Neti目的網絡下一跳路由器距離Net2直接連接1Net3直接連接1R2路由表（初始化）目的網絡下一跳路由器距離Net1直接連接1Net2直接連接1NetiR04R1的路由通告目的網絡下一跳路由器距離Net3直接連接1Net4直接連接1NetiR42R3的路由通告OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法RIP路由表更新舉例5.3路由選擇協(xié)議38目的網絡下一跳路由器距離Net1R12Net2直接連接1Net3直接連接1NetiR15R2更新路由表（根據(jù)R1）目的網絡下一跳路由器距離Net1直接連接1Net2直接連接1NetiR04R1的路由通告目的網絡下一跳路由器距離Net3直接連接1Net4直接連接1NetiR42R3的路由通告目的網絡下一跳路由器距離Net1R12Net2直接連接1Net3直接連接1Net4R32NetiR1->R35->3R2更新路由表（根據(jù)R3）添加添加添加更新OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法RIP路由表更新舉例5.3路由選擇協(xié)議39R1R2Net1Net2Net3Net1，—，1Net1，R1，2R1發(fā)送路由信息正常情況Net1故障R1產生不可達信息Net1，—，16Net1，R1，2R1收到R2更新報文，更新路由Net1，R2，3Net1，R1，4R2更新路由信息R2發(fā)送路由信息Net1，R2，5Net1，R1，6Net1，R2，16Net1，R1，16……R1和R2不斷交替更新直到R1和R2到Net1的距離都增到16時，R1和R2才知道Net1不可達

RIP要求相鄰路由器之間周期性地交換路由表，通過逐步交換將路由信息擴散到網絡中所有的路由器。若逐步交換過程不加限制，將可能形成路由環(huán)路，使得各路由器無法就網絡的可到達性取得一致。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法RIP路由環(huán)路的形成【例】R1與R2交換到達Net1的路由信息。

拓撲結構如圖所示。5.3路由選擇協(xié)議40水平分割：路由通告具有單向性。即路由通告不向出處發(fā)送該條路由信息。毒性逆轉：路由更新信息中可以包括回傳路徑，只是將回傳路徑跳數(shù)置為16（無窮，不可達）。通知源路由器，更快地消除路由信息的環(huán)路。路由抑制：收到不可達路由信息時，設置該路由更新為無效抑制狀態(tài)，抑制時間默認為180s，抑制期間不接收也不發(fā)送該路由的更新信息。一直持續(xù)到收到一個帶有更好度量的對應路由更新分組或者相應抑制時間到期為止。觸發(fā)更新：當某些路由表項發(fā)生變化時，立即廣播路由更新報文，不必等待下一次刷新周期。RIP規(guī)定觸發(fā)更新報文發(fā)送間隔時間為1~5s。觸發(fā)更新能夠加快路由收斂速度，但增加了更新報文交換數(shù)量和頻度，需要控制使用數(shù)量。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法RIP路由環(huán)路避免方法5.3路由選擇協(xié)議41優(yōu)點實現(xiàn)簡單，開銷較小。缺點RIP限制了網絡的規(guī)模，它能使用的最大距離為15（16表示不可達）。路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網絡規(guī)模的擴大，開銷也增加?！皦南鞑ヂ?，使更新過程的收斂時間過長。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法RIP的優(yōu)缺點5.3路由選擇協(xié)議42開放最短路徑優(yōu)先OSPF（OpenShortestPathFirst）協(xié)議是為克服RIP的缺點于1989年制定的。開放：指OSPF協(xié)議不受廠商的限制，公開發(fā)表。最短路徑優(yōu)先：采用Dijkstra提出的最短路徑優(yōu)先（SPF）算法。OSPF協(xié)議：又稱為鏈路接口狀態(tài)路由協(xié)議。OSPF的原理簡單，實現(xiàn)較復雜。原理：通過路由器通告網絡接口的狀態(tài)建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（Link-statedatabase，LSDB），生成最短路徑樹，每個OSPF路由器使用此最短路徑構造路由表。OSPF版本分為OSPFv2（IPv4網絡）和OSPFv3（IPv6網絡）。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF基本概念5.3路由選擇協(xié)議43鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，OSPF路由器使用洪泛法向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送本路由器所知的鄰居路由器的鏈路狀態(tài)信息。鏈路狀態(tài)：鄰居路由器及該鏈路的“度量”(metric)。一個自治系統(tǒng)中，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OSPF路由器最終建立一個相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實際上是全網的拓撲結構圖，它在全網范圍內是一致的（稱為鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫同步），路由器利用該數(shù)據(jù)庫構造自己的路由表。OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫能夠較快地進行更新，使各個路由器能及時更新其路由表。因此，OSPF的更新過程收斂快是其重要優(yōu)點。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF基本概念5.3路由選擇協(xié)議44為了適應大型網絡配置的需要，OSPF引入了“分層路由”的概念。區(qū)域：OSPF將一個自治系統(tǒng)劃分為若干個較小的范圍，稱為區(qū)域。區(qū)域可以限制路由信息傳播的范圍。一個區(qū)域不能過大，一個區(qū)域內的路由器最好不超過200個。每個區(qū)域如同獨立網絡，區(qū)域內的路由器只保存該區(qū)域的鏈路狀態(tài)信息，使路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫保持合理大小，路由計算時間和報文數(shù)量都不會太大。OSPF區(qū)域命名：每一個區(qū)域都有一個32位的區(qū)域標識符。用IP地址形式（點分十進制）表示，如

0.0.0.0，0.0.0.1，0.0.0.2，……用整數(shù)數(shù)字表示，如area0，area1，area2，……OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF區(qū)域（area）5.3路由選擇協(xié)議45OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF區(qū)域舉例自治系統(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區(qū)域0.0.0.2至其他自治系統(tǒng)R1R2R3R4R9R6R7R8R10R12R11N3N2N1N6N4N5N7N8N9N10N115.3路由選擇協(xié)議46OSPF區(qū)域分5種類型，不同類型區(qū)域處理AS外部傳入的路由信息方式不同。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF區(qū)域類型主干（backbone）區(qū)域：上層區(qū)域，至少存在一個，標識符為0.0.0.0。作用：連通其他下層區(qū)域，負責在各區(qū)域之間傳播路由信息。主干區(qū)域要求連續(xù)：即非主干區(qū)域必須與主干區(qū)域直接相連。若實際網絡中主干區(qū)域不連續(xù)，采用虛鏈路技術連接兩個主干區(qū)域使其成一個主干區(qū)域。標準（standard）區(qū)域：可以接收任何鏈路更新信息和路由匯總信息。末梢（Stub）區(qū)域：特殊區(qū)域，位于AS邊界，只有一個ABR（區(qū)域邊界路由器），路由信息雙向限制（區(qū)域外進不來，區(qū)域內也出不去）非純末梢（NSSA）區(qū)域：路由信息單向限制（區(qū)域外進不來，區(qū)域內能出去）。完全末梢（TotallyStub）區(qū)域：Cisco定義，不接收匯總路由（用默認匯總路由）。5.3路由選擇協(xié)議47內部路由器（IR）：指所有的接口都在同一區(qū)域內的路由器。它只維護一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。主干路由器（BR）：指具有連接主干區(qū)域接口的路由器。區(qū)域邊界路由器（ABR）：指連接多個區(qū)域的路由器，一般作為一個區(qū)域的出口。ABR為每一個連接的區(qū)域建立一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，負責將所有連接區(qū)域的路由信息摘要發(fā)送到主干區(qū)域，而主干區(qū)域上的ABR則負責將這些信息發(fā)送給各個區(qū)域。自治系統(tǒng)邊界路由器（ASBR）：指至少擁有一個連接外部自治系統(tǒng)接口的路由器。它負責將外部非OSPF網絡的路由信息傳入OSPF網絡。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF路由器類型5.3路由選擇協(xié)議48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區(qū)域0.0.0.2至其他自治系統(tǒng)R1R2R3R4R9R6R7R8R10R12R11N3N2N1N6N4N5N7N8N9N10N11BRABRASBRIR路由器：OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF路由器舉例5.3路由選擇協(xié)議49OSPF分組直接使用IP數(shù)據(jù)報傳送，對應IP報文首部的協(xié)議字段值為89。OSPF構成的數(shù)據(jù)報很短，既可減少路由信息通信量，也不必對長數(shù)據(jù)報分片。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF分組格式OSPF分組首部長度固定24字節(jié)類型1~類型5的OSPF分組OSPF首部OSPF分組IP首部IP數(shù)據(jù)報

版本

類型

分組長度路由器標識符區(qū)域標識符校驗和鑒別類型鑒別4Byte鑒別OSPF分組各字段含義版本：1版已廢棄，版本=2。類型：5種類型分組之一。分組長度：總長度，以字節(jié)為單位。路由器標識符：路由器接口的IP地址。區(qū)域標識符：分組所屬區(qū)域的標識符。校驗和：用于檢測分組中的差錯。鑒別類型：是否提供鑒別不提供為0，提供為1。鑒別：鑒別類型為0時本字段填入0。

鑒別類型為1時，則填入8個字符的口令。5.3路由選擇協(xié)議50類型1：問候（Hello）分組，周期性發(fā)送該報文，發(fā)現(xiàn)和維持鄰居的可達性。類型2：數(shù)據(jù)庫描述（DatabaseDescription，DD）分組，向鄰居發(fā)送自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的所有鏈路狀態(tài)項目的摘要信息。類型3：鏈路狀態(tài)請求（LinkStateRequest，LSR）分組，向對方請求發(fā)送某些鏈路狀態(tài)項目的詳細信息。類型4：鏈路狀態(tài)更新（LinkStateUpdate，LSU）分組，用泛洪法對全網更新鏈路狀態(tài)。類型5：鏈路狀態(tài)確認（LinkStateAcknowledgment，LSA）分組，對鏈路更新分組的確認。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF分組類型5.3路由選擇協(xié)議51每個鏈路狀態(tài)更新分組可包含幾個不同的鏈路狀態(tài)通告（LSA）。鏈路狀態(tài)通告（LSA）分類如下表所示。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF鏈路狀態(tài)通告類型名稱發(fā)送者傳播范圍描述1路由器LSA任意OSPF路由器區(qū)域內路由器在區(qū)域內連接的路由狀態(tài)2網絡LSADR區(qū)域內指定路由器DR在區(qū)域內連接的各個路由器3網絡匯總LSAABR主干區(qū)域ABR連接的本區(qū)域中的鏈路狀態(tài)4ASBR匯總LSAABR主干區(qū)域自治系統(tǒng)邊界路由器ASBR的可達性5外部LSAASBR除末梢區(qū)之外的其他區(qū)自治系統(tǒng)之外的路由信息6組播LSA組播組中任意單一源地址一個共享組播組用于建立組播分發(fā)樹7NSSALSA連接到NSSA的ASBR非純末梢區(qū)Not-So-Stub-Area到達自治系統(tǒng)之外的目標的路由可以由ABR轉換為類型5的LSA5.3路由選擇協(xié)議52Hello分組Hello分組數(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)請求鏈路狀態(tài)更新鏈路狀態(tài)確認可達性確定實現(xiàn)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫同步新情況下的同步OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF工作過程5.3路由選擇協(xié)議53OSPF支持不同服務類型、支持負載均衡。OSPF支持可變長度的子網劃分和無分類的編址CIDR。OSPF中的鏈路狀態(tài)更新（LSU）分組具有鑒別能力，使信息交換僅在可信賴的相鄰節(jié)點間進行。OSPF使每一個鏈路狀態(tài)都攜帶一個32位序號，標識鏈路狀態(tài)變化的版本，序號越大表明鏈路狀態(tài)越新。OSPF規(guī)定，鏈路狀態(tài)序號值增長速率不能超過5次/秒。OSPF沒有“壞消息傳播得慢”的問題，其響應網絡變化的時間小于100ms。OSPF規(guī)定每隔一段時間（如30分鐘），刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。多點接入的局域網采用指定路由器(designatedrouter，DR)方法，即指定路由器代表該局域網上所有鏈路向連接到該網絡中各路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)信息，使鏈路狀態(tài)廣播信息量大大減少。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF的特點5.3路由選擇協(xié)議54RIP與OSPF都是尋找最短路徑，采取“最短路徑優(yōu)先”思想。OSPF中只有當鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才向所有路由器用泛洪法發(fā)送該信息。RIP無論網絡拓撲是否變化，路由器都會定期向相鄰路由器交換路由信息。OSPF路由器上存儲著全網的拓撲結構信息，并且在全網范圍內保持一致。RIP路由器雖然知道到達所有網絡的距離及下一跳路由器，但不知道全網的拓撲結構信息。OSPF的更新過程和收斂速度都更快。OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫能較快地進行更新，使各個路由器也能及時更新其路由表。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法OSPF與RIP的區(qū)別5.3路由選擇協(xié)議55邊界網關協(xié)議（BGP）：不同自治系統(tǒng)（AS）的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。是Internet中廣泛采用的外部網關協(xié)議。BGP適用的網絡環(huán)境：主要用于Internet中多個AS之間的路由選擇。隨著Internet規(guī)摸的擴大，AS之間路由選擇越發(fā)困難，因此，在AS之間尋找最佳路由不現(xiàn)實。比較合理的做法如下：在AS之間交換路由“可達性”信息。AS之間的路由選擇必須考慮有關的策略。結論：BGP并不是要尋找一條最佳路由（無法找到一條最佳路由），只在AS之間力求尋找到一條不會出現(xiàn)環(huán)路、相對比較好、能夠到達目的網絡的路徑。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法BGP基本概念5.3路由選擇協(xié)議56BGP作為域間路由協(xié)議，它的交互主要分為以下兩類：與鄰近AS（EBGP）或本AS（IBGP）的BGP路由器交互。與同一AS內的域內路由協(xié)議（如OSPF、RIP）進行交互。BGP是路徑矢量協(xié)議：BGP選路時，不衡量路徑距離或成本，只考慮路徑屬性。BGP路徑矢量路由算法：由距離矢量路由算法和AS路徑環(huán)路檢測組成。通過路徑矢量算法可以與其他BGP發(fā)言人交換網絡可達信息。網絡可達信息包括網絡號、路徑參數(shù)屬性和一個路由傳輸?shù)竭_目的地必須通過的AS列表，該AS列表包含在AS路徑屬性中。BGP通過拒絕任何包含本地AS號的路由更新實現(xiàn)無路由環(huán)路。BGP選擇一條單一路徑，默認為到達目的網絡的“最佳路徑”。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法BGP基本概念（續(xù)）5.3路由選擇協(xié)議57BGP是外部網關協(xié)議，與內部網關協(xié)議不同，其著眼點不在于發(fā)現(xiàn)和路由計算，而在于控制路由的傳播和選擇“最佳”路由。使用TCP為其傳輸層協(xié)議（端口號179），提高了協(xié)議可靠性。支持無類域間路由CIDR。路由更新時，BGP只發(fā)送更新路由，大大減少了BGP傳播路由所占用帶寬，適用于在Internet上傳播大量路由信息。BGP路由通過攜帶AS路徑信息徹底解決路由環(huán)路問題。提供了豐富的路由策略，能對路由實行靈活過濾和篩選。易于擴展，能夠適應新網絡的發(fā)展。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法BGP的特點5.3路由選擇協(xié)議58在配置BGP路由協(xié)議時，一個AS內至少有一臺路由器作為AS的“BGP發(fā)言人”。發(fā)言人可以是BGP邊界路由器，也可以不是BGP邊界路由器。不同AS的BGP發(fā)言人彼此成為對方的鄰站（neighbor）或對等站（peer），它們通過TCP連接交換路由信息。路由信息可以是增加的新路由、撤消的舊路由、出錯報告等。每個BGP發(fā)言人不僅需要運行BGP，還需要運行它們所在的AS內使用的內部路由協(xié)議，如RIP和OSPF協(xié)議。OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法BGP發(fā)言人5.3路由選擇協(xié)議59AS1AS5AS4AS3AS2BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人N4N5N6N1N2N3N7N8N9AS1AS2AS3AS4AS5連通圖示例消除了環(huán)路OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法BGP發(fā)言人與AS的關系5.3路由選擇協(xié)議60BGP報文：首部長度為19字節(jié)（固定格式），BGP報文格式如下圖所示。

1621字節(jié)BGP報文數(shù)據(jù)部分類型長度標記TCP首部IP首部BGP報文TCP報文BGP報文通用首部OSPFRIP路由協(xié)議概述BGP路由選擇算法BGP報文格式BGP報文首部字段含義如下：標記：認證BGP報文或檢測一對BGP

對等實體之間同步的丟失。長度：BGP報文總長度，單位為字節(jié)。類型：BGP報文類型，值為1~4。

4種類型BGP報文具有相同

的報文首部。5.3路由選擇協(xié)議61類型1（OP