（通信与信息系统专业论文）基于vxworks+rip路由系统的研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 近十年来随着计算机网络规模的不断扩大和大型互联网络( 如i n t e r n e t ) 的迅 猛发展，路由技术在网络技术中己逐渐成为关键部分，路由器也随之成为最重要的 网络设备。用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及，人们已经不满足于 仅在本地网络上共享信息，而希望最大限度地利用全球各个地区、各种类型的网络 资源。而在目前的情况下，任何个有一定规模的计算机网络( 如企业网、校园网、 智能大厦等) ，无论采用的是快速以大网技术、f d d i 技术，还是a t m 技术，都离 不开路由器，否则就无法正常运作和管理。 r i p 使用非常广泛，它简单、可靠，便于配罨。r i p 适用于小型的同构网络，对 校园网、企业网等局域网来说，r i p 协议是很好的选择。路由协议随着网络的变化 不断发展，作为发展较早的r i p 协议，其本身也在更新协议的内容以适应网络新的 需求，同时它给其他协议的利用和开发提供了很好的模型。 本文酋先详细阐述了路由技术的基本概念，工作原理，对各种不同的路由技术 也进行了分析，叙述了r i p 路由技术的应用和局限性，并讨论了如何克服r i p 协议 的不足以及下一代r i p 协议需要实现的技术问题。 然后在此基础上，重点分析了r i p 路由系统的设计方案，通过分析基于m ：p c 8 6 0 的路由器设计方案和v x w o r k s 操作系统网络特性，提出了一个基于嵌入式操作系统 v x w o r k s 的r i p 路由系统的设计方案，该方案具有可兼容、可扩展、可移植等良好 特点。 最后，本文具体描述了系统各个功能模块的详细实现过程和测试过程。 关键词：路由器，v x w o r k s ，r i p ，路由协议r 3 2 0 6 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ep a s tt e ny e a r s ，w i t ht h eu n c e a s i n ge x t e n s i o no f c o m p u t e rn e t w o r k sa n df a s t d e v e l o p m e n t o f l a r g e s c a l ei n t e r r e l a t e d n e t w o r k s ( f o re x a m p l e ，i n t e r n e t ) ，r o u t i n g t e c h n o l o g ya r eb e c o m i n gt h ec r u c i a lp a r to fn e t w o r k i n gt e c h n o l o g i e sa n dc o n s e q u e n t l y r o u t e rw i l lb et h em o s ti m p o r t a n tn e t w o r kd e v i c e t h er e q u i r e m e n t so fu s e r sa d dp o w e r t ot h ed e v e l o p m e n to f r o u t i n gt e c h n o l o g y a n dt ot h ep o p u l a r i z a t i o no f r o u t e r s p e o p l ea r e n o ts a t i s f i e dw i t ht h es h a r e di n f o r m a t i o no n l yw i t h i nl o c a ln e t w o r k i n s t e a d ，t h e yh o p et o m a k eb e s tu s eo fa l lk i n d so ft h ei n t e r n e tr e s o u r c e sf r o ma l la r o u n dt h ew o r l da st o c u r r e n ts i t u a t i o n ，f o ra n yk i n do fc o m p u t e rn e t w o r k s ( s u c hf l s e n t e r p r i s el a n ，c a m p u s l a na n di n t e l l i g e n tt o w e r ) ，t h e yc a n tw o r kw i t h o u tt o u t e r sr e g a r d l e s sw h a t t e c h n o l o g y t h e yw i l la d o p t ，t h et e c h n o l o g i e so f e t h e m e t ，f d d i o ra t m r i pi sw i d e l yu s e db e c a u s eo fi t sr e l i a b i l i t y , b r i e f n e s sa n de a s yc o n f i g u r a t i o nr i p w o r k sf o rt h es m a l ls c a l ea n dh o m o g e n e o u sn e t w o r k si t st h eb e s tc h o i c ef o rc a m p u sa n d e n t e r p r i s en e t w o r k s t oa d o p tr i p r o u t i n gt e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n gv e r yf a s ta n dt h eo l d v e r s i o no fr i ph a st ou p d a t ei t st e c h n o l o g yc o n t e n t st om e e tt h en e wr e q u i r e m e n t so f n e t w o r k s t u d y i n g r i pc a np r o v i d eag o o dm o d e lf o rd e v e l o p i n ga n du t i l i z i n go t h e r r o u t i n gp r o t o c o l s a tt h eb e g i n n i n go ft h i sp a p e r , t h ef u n d a m e n t a lc o n c e p t sa n dw o r k i n g p r i n c i p l e sa r e f i r s t l yi n t r o d u c e d a n dt h e nd i f f e r e n tr o u t i n gt e c h n o l o g i e sa r ea n a l y z e do nt h eb a s i so f t h ea b o v ec o n t e n t s ，t h em e r i t sa n ds h o r t c o m i n g so fr i pa r eg i v e ni no r d e rt oa n a l y z et h e a p p l i c a t i o no f r i p a n dd i s c u s st h et e c h n i c a li s s u e so f n e x t g e n e r a t i o n r i p w i t ht h ei n f o r m a t i o ng i v e ni nt h ea b o v et w op a n s ，e m p h a s i si sp u to nt h ed e s i g n i n g s c h e m eo fr i ps y s t e m t h es c h e m eo fr i ps y s t e m ，w h i c hi sb a s e do nt h ee m b e d d e d o p e r a t i n gs y s t e mo f v x w o r k sa n dm p c 8 6 0 ，i sf i g u r e do u tc o n s e q u e n t l y t h es c h e m ei s c o m p a t i b l e ，e a s y t ou p d a t ea n d t r a n s p l a n t f i n a l l y , t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ep r o c e s so fi m p l e m e n t a t i o nf o re a c hm o d u l ei nr i p s y s t e ma n d t h ep r o c e s so f r i p t e s t i n gs y s t e m k e y w o r d s ：r i pr o u t e rr 3 2 0 6v x w o r k s r o u t i n gp r o t o c o l 华中科技大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属 于： 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密矿 ( 请在以上方框内打“寸) 学位论文作者魏4 巧志喜 日期：孔一稗f 月p 日 l 指导教师签名 日期：0 。拜广月9 日 墨日 态p ，叼月 r 名 签年茹 论： 位期学日 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 目前t c p i p 网络，全部是通过路由器互连起来的，i n t e r n e t 就是成千上万个 i p 子网通过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由嚣为基础的网络 ( r o u t e rb a s e dn e t w o r k ) ，形成了以路由器为节点的“网间网”。在“网间网”中，路由 器不仅负责对i p 分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定“网间网” 的路由选择和维护路由表。路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。寻径即判 定到达目的地的最佳路径，由路由选择算法来实现。由于涉及到不同的路由选择协 议和路由选择算法，要相对复杂一些。为了判定最佳路径，路由选择算法必须启动 并维护包含路由信息的路由表，其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相 同。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中。根据路由表可将目的网络与 下一站( n e x t h o p ) 的关系告诉路由器。路由器问互通信息进行路由更新，更新维护 路由表使之正确反映网络的拓扑变化，并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就 是路由选择协议( r o u t i n gp r o t o c 0 1 ) ，本论文讨论的路由信息协议( r i p ) 就是一种 路由选择协议。r i p 协议在目前已成为路由器、主机路由信息传递的标准之一，就 因为这个原因，r i p 协议被大多数口路由器商业卖主广泛使用。 随着对r i p 协议研究的进一步深入，耘的路由技术不断成熟。对不同的网络可 以选择与之适应的路由协议。研究r i p 协议为实现其他的路由协议提供了很好的研 究模型，对新路由协议的设计和实现有很好的指导作用。 11t c p i p 路由技术的发展状况 由于i n t e m e t 的迅猛发展，使得网络规模急剧膨胀，信息量直线上升，新应用 层出不穷，原有的i p v 4 协议由于其先天的缺陷( 地址空间不足、路由选择效率不 高、安全性差、服务质量不高以及缺乏对移动的有效支持等) ，己经不能从根本上 适应网络发展的需要。在这样的背景下，下一代网络标准i p v 6 协议应运而生。仅 用简单的r i p 协议已不能满足新的需求，本文的成果可以为研究新的路由协议提供 指导。就路由信息协议来说，r i p n g 是用于i p v 6 网络的下一代r i p 协议。在i p v 6 华中科技大学硕士学位论文 技术作为下一代互联网球层技术己成定局的情况下，研究简单、易用的协议r i p n g 具有重要的经济和社会意义。从t c p s p 路由技术的发展历史来看，经历了以下几 个阶段：1 1 1 p 路由协议 r i p 协议最初是为x e r o x 网络系统的x e r o x p a r e 通用协议而设计的，是i n t e m e t 中 常用的路由协议。r i p 采用距离向量算法。即路由器根据距离选择路由，所以也称 为距离向量协议。路由器收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每 个目的地的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均 予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用r i p 协议通知相邻的其它路由器。 这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网1 2 】。 r i p 使用非常广泛，它简单、可靠，便于配置。但是r i p 只适用于小型的同 构网络，因为它允许的最大站点数为1 5 ，任何超过1 5 个站点的目的地均被标记为 不可达。而且r i p 每隔3 0 s 一次的路由信息广播也是造成网络的广播风暴的重要原 因之一。 o s p f 路由协议 8 0 年代中期，r 口已不能适应大规模异构网络的互连，0 s p f 随之产生。它是 网问工程任务组织( i e t f ) 的内部网关协议工作组为i p 网络而开发的一种路由协 议。 o s p f 是一种基于链路状态的路由协议，需要每个路由器向其同管理域的所 有其它路由器发送链路状态广播信息。在o s p f 的链路状态广播中包括所有接口信 息、所有的量度和其它一些变量。利用o s p f 的路由器首先必须收集有关的链路状 态信息，并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。而基于距离向量的路由 协议仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息。 与r i p 不同，o s p f 将个自治域再划分为区，相应地即有两种类型的路由选 择方式：当源和目的地在同一区时，采用区内路由选择；当源和目的地在不同区时， 则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销，并增加了网络的稳定一胜。当一个 华中科技大学硕士学位论文 区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其它区路由器的正常工作，这也给网络 的管理、维护带来方便。 b g p 和b g p 4 路由协议 b g p 是为t c p i p 互联网设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。它既不 是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与 其它自治域的b g p 交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。 b g p 更新信息包括网络号自治域路径的成对信息。自治域路径包括到达某个特定 网络须经过的自治域串，这些更新信息通过t c p 传送出去，以保证传输的可靠性。 为了满足i n t e r n e t 日益扩大的需要，b g p 还在不断地发展。在最新的b g p 4 中， 还可以将相似路由合并为一条路由。 作为发展最早的r i p 协议，它为后来新协议的开发提供了依据和模型。对于小 型网络，它仍然是一种经济实用的路由协议。研究基于、，) ( w o r k s 的r i p 协议就 是为工程的应用和创新提供依据，适应路由协议发展的现状。 1 2 课题来源 本论文基于两个课题的研究内容：两个课题来源于t c l 信息产业集团和华中 科技大学的合作，其中第一个课题从事多模块接入路由器r 1 7 5 0 的研究与开发工 作：另一个从事固定配置接入路由器r 3 2 0 6 的研究与开发工作。这两个课题在路由 器的研究与发展项目中具有代表性。本文的内容是这两个课题中的子课题，路由器 r i p 路由协议的研究与实现。 1 3 本文的主要工作 本文的研究目标是根据项目的具体需求，设计和实现基于v x w o r k s 嵌入式操作 系统的r i p 协议路由系统，并结合工程实践，对r i p 及其相关路由技术进行理论研 究和探索。 本论文的研究内容主要有以下几个方面： i 研究各种类型路由技术： 华中科技大学硕士学位论文 2根据具体需求，设计路由器中r i p 路由系统体系架构： 3 研究各种现有路由系统技术实现的特点； 4 研究应用层r i p 协议对其他各层协议的影响： 5 研究r i p 协议的工程实现方案。 6研究工程应用中不同路由器之间路由协议的协同工作 1 4 课题意义 在过去的几年里，因特网的规模以每年近1 0 0 的速度在增长，而因特网通信 量的增长速度更高达每年4 0 0 。伴随着网络规模的不断扩大，路由器在沟通子网 连接和实现信息交换方面的重要作用逐渐被人们所认知。由于多媒体等应用在网络 中的发展，以及a t m 、快速以太网等新技术的不断采用，网络的带宽与速率飞速提 高，传统的路由器已不能满足人们对路由器的性能要求。因为传统路由器的分组转 发的设计与实现均基于软件，在转发过程中对分组的处理要经过许多环节，转发过 程复杂，使得分组转发的速率较慢。另外，由于路由器是网络互连的关键设备，是 网络与其它网络进行通信的一个“关口”，对其安全性有很高的要求，因此路由器中 各种附加的安全措施增加了c p u 的负担，这样就使得路由器成为整个互联网上的 “瓶颈”。路由技术作为路由器的核心，必须适应网络服务的需求。因此路由技术作 为一项生命力强大的技术，仍在不断发展，不断产生着极具理论价值的课题，例如： 以路由算法为基础，发展相关技术，增强与现有协议与网络技术，特别是和i p s e c 的融合，设计出灵活安全的架构：研究路由算法从i p v 4 过渡到i p v 6 的技术进化策 略；以及研究如何把q o s 融合到路由策略中来，实现智能和面向新技术的路由算 法。本文对其中些重要的方面进行了探讨。 本文所讨论的路由系统作为基于网络通讯处理器m p c 8 6 0 的路由器的一个子系 统，又具有相当的工程价值。 整个路由系统功能完备，配置灵活，性能稳定，接口标准，与v x w o r k s 中t c p i p 协议栈融合紧密。不论作为路由器子系统或是单独模块都有很大工程价值。同时， 本系统兼具很好的可移植性，它的实现过程以及核心的代码对类似应用具有很好的 可重用性，只需通过较小的修改就能移植到不同的操作系统和平台上。 4 华中科技大学硕士学位论文 本文提出的架构和设计原则对基于v x w o r k s 其他网络协议的设计和实现也有 指导意义，对其他路由协议的设计和实现提供了很好的参考模型。 1 5 本文组织结构 本文以基于v x w o r k s 嵌入式操作系统平台的路由器路由系统为主题，围绕有关 模块的设计与实现，及其理论研究进行叙述，本文的其他章节及其主要内容如下： 第二章对i p 路由技术及其相关问题进行了全面的介绍，详细阐述了路由信息协 议的基本原理。 第三章首先介绍了基于网络通讯处理器m p c 8 6 0 的路由器设计方案和v x w o r k s 操作系统，在此基础上，从设计需求、支撑环境和总体方案三方面，详细分析了本 r i p 路由系统的设计方案。 第四章详细阐述了r i p 路由系统的实现细节，首先介绍了系统中主要的功能模 块，然后，从数据结构，实现细节，实现流程图，r i p 命令行设计等几个方面对r j p 路由系统做了详细分析。 第五章介绍了r j p 路由系统的测试方案，分析了测试方案的设计，介绍了测试 所用的软硬件环境，网络拓扑的搭建，最后列举了测试的结果。 第六章总结了全文的工作，提出了系统可能的进一步改进，展望了r j p 路由协 议及其相关技术发展前景。 华中科技大学硕士学位论文 2i p 路由技术及r i p 协议 本章对口路由技术作了总体的介绍，介绍目前广泛使用的路由技术；对静态 路由和动态路由作了比较。在此基础上阐述了r i p 协议的基本原理和路由算法， 分析了r i p 协议的工程应用和局限性。 2 1i p 路由算法 i p 路由算法可分为以下几种：静态和动态、单路和多路、平等和分级、源路由 和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量。前面几种的特点与字面意思基本 一致，下面着重介绍链路状态和距离向量算法。 链路状态算法( 也称最短路径算法) 发送路由信息到互联网上所有的结点，然 而对于每个路由器，仅发送它的路由表中描述了其自身链路状态的那一部分。距离 向量算法( 也称为b e l l m a n - f o r d 算法) 则要求每个路由器发送其路由表全部或部分 信息，但仅发送到邻近结点上。从本质上来说，链路状态算法将少量更新信息发送 至网络各处，而距离向量算法发送大量更新信息至邻接路由器。 由于链路状态算法收敛更快，因此它在定程度上比距离向量算法更不易产生 路由循环。但另一方面，链路状态算法要求比距离向量算法有更强的c p u 能力和 更多的内存空闻，因此链路状态算法将会在实现时显得更昂贵一些。除了这些区别， 两种算法在大多数环境下部能很好地运行。 最后需要指出的是，路由算法使用了许多种不同的度量标准去决定最佳路径。 复杂的路由算法可能采用多种度量来选择路由，通过一定的加权运算，将它们合并 为单个的复合度量、再填入路由表中，作为寻径的标准。通常所使用的度量有：路 径长度、可靠性、时延、带宽、负载、通信成本等。 2 2 静态路由和动态路由介绍 典型的路由选择方式有两种；静态路由和动态路由。 静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预，。否则静态 华中科技大学硕士学位论文 路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模 不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路 由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。 动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信 息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明 发生了网络变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这 些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表以 动态地反映网络拓扑变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当 然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和c p u 资源。 静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此在网络中动态路由通常作 为静态路由的补充。当个分组在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由， 如果查到则根据相应的静态路由转发分组：否则再查找动态路由。根据是否在一个 自治域内部使用，动态路由协议分为内部网关协议( i g p ) 和外部网关协议( e g p ) 。 这里的自治域指一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。自治域内部采用的 路由选择协议称为内部网关协议，常用的有r i p 、o s p f ：外部网关协议主要用于多 个自治域之间的路由选择，常用的是b g p 和b g p 4 。 动态路由器上的路由表项是通过相互连接的路由器之间交换彼此信息，然后按 照一定的算法优化出来的，而这些路由信息是在一定时间间隙里不断更新，以适应 不断变化的网络，以随时获得最优的寻路效果。为了实现口分组的高效寻路，i e t f 制定了多种寻路协议。其中用于自治系统( a s ：a u t o n o m o u ss y s t e m ) 内部网关协议 有开放式最短路径优先( o s p f ：o p e ns h o r t e s t p a t hf i r s t ) 协议和寻路信息协议 ( r i p ：r o u t i n g i n f o r m a t i o np r o t o c 0 1 ) 。所谓自治系统是指在同一实体( 如学校、企业 或i s p ) 管理下的主机、路由器及其他网络设备的集合。还有用于自治域系统之间 的外部网络路由协议b g p 一4 等。 华中科技大学硕士学位论文 23r i p 路由协议的基本原理 2 3 1 路由器和路由协议的基本概念 路由器互连与网络的协议有关，我们讨论限于t c p i p 网络的情况。 路由器工作在o s l 模型中的第三层，即网络层。路由器利用网络层定义的“逻 辑”上的网络地址( 即i p 地址) 来区别玎i 同的网络，实现网络的互连和隔离，保持 各个网络的独立性。路由器不转发广播消息，而把广播消息限制在各自的网络内部。 发送到其他网络的数据先被送到路由器，再由路由器转发出去。 i p 路由器只转发i p 分组，把其余的部分挡在网内( 包括广播) ，从而保持各个 网络具有相对的独立性，这样可以组成具有许多网络( 子网) 互连的大型的网络。 由于是在网络层的互连，路由器可方便地连接不同类型的网络，只要网络层运行的 是i p 协议，通过路由器就可互连起来。 路由器有多个端口，用于连接多个i p 子网。每个端口的i p 地址的网络号要求 与所连接的i p 子网的网络号相同。不同的端口为不同的网络弓，对应不同的i p 子 网，这样才能使各子网中的主机通过自己予网的i p 地址把要求出去的i p 分组送到 路由器上。 当i p 子网中的台主机发送坤分组给同一i p 子网的另一台主机时，它将直接 把i p 分组送到网络上，对方就能收到。而要送给不同i p 子网上的主机时，它要选 择一个能到达目的子网上的路由器，把i p 分组送给该路由器，由路由器负责把i p 分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器，主机就把i p 分组送给一个称为“缺 省网关( d e f a u l tg a t e w a y ) ”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数， 它是接在同个网络上的某个路由器端口的i p 地址。 路由器转发i p 分组时只根据口分组目的i p 地址的网络号部分，选择合适的 端口，把i p 分组送出去。同主机一样，路由器也要判定端口所接的是否是目的子 网，如果是，就直接把分组通过端口送到网络上，否则，也要选择下一个路由器来 传送分组。路由器也有它的缺省网关，用来传送不知道往哪儿送的i p 分组。这样， 通过路由器把知道如何传送的i p 分组正确转发出去不知道的i p 分组送给“缺省网 关”路由器，这样一级级地传送，i p 分组最终将送到目的地，送不到目的地的l p 分 华中科技大学硕士学位论文 组则被网络丢弃了1 4 1 。 目前t c p i p 网络，全部是通过路由器互连起来的，i n t e r n e t 就是成千上万个 i p 子网通过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由器为基础的网络 ( r o u t e rb a s e dn e t w o r k ) ，形成了以路由器为节点的“网间网”。在“网间网”中，路由 器不仅负责对口分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定“网间网” 的路由选择和维护路由表。 路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路径， 由路由选择算法来实现。由于涉及到不同的路由选择协议和路由选择算法，要相对 复杂些。为了判定最佳路径，路由选择算法必须启动并维护包含路由信息的路由 表，其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。路由选择算法将收集到 的不同信息填入路由表中，根据路由表可将目的网络与下一站( n e x t h o p ) 的关系告 诉路由器。路由器问互通信息进行路由更新，更新维护路由表使之正确反映网络的 拓扑变化，并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就是路由选择协议( r o u t i n g p r o t o c 0 1 ) ，例如路由信息协议( r i p ) 、开放式最短路径优先协议( o s p f ) 和边界网 关协议( b g p ) 等。 转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找判明 是否知道如何将分组发送到下个站点( 路由器或主机) ，如果路由器不知道如何 发送分组，通常将该分组丢弃；否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个 站点，如果目的网络直接与路由器相连，路由器就把分组直接送到相应的端口上。 这就是路由转发协议( r o u t e dp r o t o c 0 1 ) 。路由转发协议和路由选择协议是相互配合 叉相互独立的概念，前者使用后者维护的路由表，同时后者要利用前者提供的功能 来发布路由协议数据分组。下文中提到的路由协议，除非特别说明，都是指路由选 择协议，这也是普遍的习惯。 2 3 2r i p 协议简介 当前的i n t e r n e t 网被组成一系列的自治系统，各自治系统通过一个核心路 由器连到主干网上。而一个自治系统往往对应一个组织实体( 比如一个公司或大学) 内部的网络与路由器集合。每个自治系统都有自己的路由技术，对不同的自治系统 华中科技大学硕士学位论文 路由技术是不相同的。用于自治系统间接口上的单独的协议称为外部路由器协议， 简称e g p ( e x t e r i o r g a t e w a y p r o t o c 0 1 ) 。用于自治系统内部的路由协议称为内部路由 器协议，简称i g p ( i n t e r i o r g a t e w a y p r o t o c 0 1 ) 。内部路由器与外部路由器协议 e g p 不同，外部路由协议只有一个，而内部路由器协议则是一族。各内部路由器协 议的区别在于距离制式( d i s t a n c em e t r i c ，即距离度量标准) 不同，和路由刷新算法 不同。r i p 协议是最广泛使用的i g p 之一著名的路径刷新程序r o u t e d 便是根据 r i p 实现的。r i p 协议被设计用于使用同种技术的中型网络，因此适应于大多数的 校园网和使用速率变化不是很大的连续线的地区性网络。对于更复杂的环境，一般 不使用r i p 协议嘲。 r i p ( r o u t ei n f o r m a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议是基于v - d 算法( 又称为b e l l m a n f o r d 算法) 的内部动态路由协议。v - d 是v e c t o r - d i s t a n c e 的缩写，因此v - d 算法又称为 距离向量算法。r i p 协议在目前已成为路由器、主机路由信息传递的标准之一，就 因为这个原因。，r i p 协议被大多数口路由器商业卖主广泛使用。 r i p 协议处于u d p 协议的上层( 如图21 ) ，r 口所接收的路由信息都封装在 u d p 的数据报中，r i p 在5 2 0 号端口上接收来自远程路由器的路由修改信息，并对 本地的路由表做相应的修改，同时通知其它路由器。通过这种方式，达到全局路由 的有效。 r p t c pu d p 口 p p pe t h e r 2 3 3v - d 算法的介绍【3 2 1 图2 1 路由器协议结构 v - d 算法即距离向量算法，它的思想很简单：所有参加r i p 协议的路由器周期 性地向外广播路由刷新报文，主要内容是由很多路由项( e n t r y ) 组成的路由刷新报 华中科技大学硕士学位论文 文。对路由来说，最主要的内容是目的地址和下跳地址( n e x th o p ) 。 距离向量算法总是基于一个这样的事实：路由数据库中的路由已是目前通过报 文交换而得到的最佳路由。同时，报文交换仅限于相邻的实体间，也就是说实体 共享同一个网络。当然，要定义路由是最佳的，就必须有衡量的办法，这就用到前 面所说的“m e t r i c ”。k i p 简单的网络中，通常用可行路由所经的路由器数简单地计算 m e t r i c 值。在复杂的网络中，m e t r i c 一般代表该路由传输数据报的延迟或其它发送 开销。 具体地说，距离向量算法如下所述； 首先，路由器刚启动时，对距离向量路由表( v - d 路由表) 进行初始化，该初 始化路由表包含所有去往与本路由器直接相连的网络的路径。由于去往直接相连的 网络不经过中间路由器，所以初始化的v - d 路由表中的各路由的距离均为0 。表2 2 初始v - d 路由表的一个示例。图23 的“信宿网”域含信宿网i p 地址。 信宿网距离路径 1 0 。0 o o0直接 2 0 o o oo直接 图2 3 路由器g 2 附近的网络拓扑 然后，各路由器周期性地向外广播其v - d 路由表内容。与某路由器直接相连的 ( 位于同一物理网络) 的路由器收到该路由表报文后，根据此报文对本地路由表进 行刷新。刷新时，路由器逐项检查来自相邻路由器的v - d 报文，遇到下述表目之一， 须修改本地路由衷( 假设路由器q 收到路由器q 的v - d 报文) ： 若g i 列出的某表目g i 路由表中没有，则g i 路由表中须增加相应表目，其“信宿” 华中科技大学硕士学位论文 是q 表目中的信宿，其“路径”为“g j ”( 即下一路由器为g j ) 。g j 去往某信宿的距离 值比g i 去往该信宿的距离减l 还小。这种情况说明，g i 去往某信宿若经过g i ，距 离会更短。则g i 修改本表目，其中“信宿”域不变，“距离”为g i 表目中距离加l ，“路 径”为“g j ”。g i 去往某信宿的路由经过q ，而g j 去往该信宿的路由发生变化。这里 分两种情况： g j 的v - d 表不再包含去往某信宿的路由，则g i 中相应路由须删除。g i 的v - d 表 中去往某信宿的路由距离发生变化，则g i 中相应表目“距离”须修改，以g i 中的“距 离”加l 取代原来的距离。 下表对以上描述给出直观的说明，其中g i 、g i 为相邻路由器。 信宿距离路由 1 0 0 0 00 直接 日3 0 0 0 0 7g 日4 0 0 0 o 3g j 4 50 004g o 日1 8 0 ，0 0 ，0 5g ， 19 00 0 01 0g 日1 9 9 0 0 06g j 表2 4 路由器g i 原路由表 信宿距离 1 0 00 04 + 3 0 0 ，004 4 0 0 002 斗4 1 o0 03 斗1 8 0 0 0 0 5 表2 5 路由器g j 广播的v - d 报文 华中科技大学硕士学位论文 信宿距离路由 1 0 o 0 00 直接 3 00 005 g j 4 0 0 0 03g j 4 1 0 0 04 g 4 5 0 0 04g l 1 8 0 0 0 0 6g 1 9 0 o 001 0g 表2 6 路由器g i 刷新后的路由表 上面表中，“日”所指示为须刷新的表目，“叶”为引起刷新的表目， “”为刷新后的表目。 这里要特别强调的是，v - d 算法的路由刷新发生在相邻路由器之间，所以v - d 报文不一定以广播方式发送出去，一种比较优化的思想是路由器直接向相邻路由器 发送v - d 报文，不必采用广播方式。 2 3 4r i p 基本工作原理 r i p 是基于距离矢量的路由协议。运行k i p 的路由器维持一个到网络中可能目 的地的路由表，路由表包含目的地址和开销等信息。路由器周期性地向它直接相连 的网络邻居发送它的路由表，即目的，度量信息。每一个接收者都增加表中的 距离矢量，并向它自己的邻居直接转发。这种方式以一种全方位的形式存在于路由 器中。这种逐步的处理使每一个路由器都知道别的路由器的情况。 具体的说，k i p 协议主要包括以下几个方面的内容1 7 i l s l ： 1计算距离矢量 距离矢量路由协议利用度量来跟踪它和所有已知目的地间的距离。这种距离信 息使路由器可以找出到位于非近邻独立系统中的目的地最有效的下一跳。在 r f c 一1 0 5 8 中，有一个唯一的距离矢量单位，即跳数。在r i p 中默认的跳数度量被 置为1 ，这些距离度量用来构造路由表。路由表识别出数据包，以最小开销到达目 的地所要采取的下一跳。 华中科技大学硕士学位论文 当一个r i p 更新报文到达时，接受方r 检查路由表中的每一个表项，对每一个 具有相同目的地d 的表项比较当前路由。当接收方r 检查一个来自网关g 的表项 时，它会提出这样一个问题：从本机r 到g 的费用加上从g 到d 的费用，是否要 比目前从本机r 到d 的耗费高，即： c o s t ( r , g 卜c o s t ( g o ) c o s t ( r d ) 其中c o s t ( i j ) 表示从i 到j 的最短路由的费用。如果经由网关g 发送报文的费用 比目前费用低，接收方只需更改它的选路表表项。在更改这个路由时，接收方给该 路由分配的费用等于； c o s t ( r , g ) + c o s t ( q d 、 由于到一个相邻网关的费用为l ，则新的费用为： c o s t ( r , d ) 2 c o s t ( g d ) + l 但如果目前由r 到d 的路由经过g 当从g 传来一个新的更新信息时，r 必须 更改它对该路由设置的费用，而不管g 发来的路由度量是增加还是减少费用。 2 更新路由表 r i p 只记录每个目的地址的一条路由，这事实要求r i p 经常保持其路由表的 完整性。它通过要求所有活跃的r i p 路由器周期性的向相邻r i p 路由器广播它们路 由表的内容。 通常，r i p 依赖3 个计时器来维护路由表：即更新计时器、路由暂休计时器、 路由清楚计时器。更新计时器用来激发节点路由表的更新。每个r i p 节点只有一个 更瓶计时器。然而，路由暂休和路由清除计时器则是每条路由都有一个。因此，每 个路由表条目中都有一个不同的暂休和路由清除计时器。总之，这些计时器使r i p 节点能维护它们路由的完善性，并根据所用的时间进行激活，从而恢复网络故障。 3激活路由更新 大约每3 0 s 激活一次路由更新。更新路由器用来跟踪这个时间量。当这个时间 量结束时，r i p 发送一系列帧来维护整个路由表。这些帧广播到每个邻节点。因此， 每个r i p 路由器大约每3 0 s 就要接收来自邻r i p 节点的更新。 假如这种更新没有如期出现，这就表明网络的某个地方出现了故障或出错了。 故障可能简单到只是丢失了包，也可能严重到路由器坏了。显然，应当采取的合适 的措施是区分这一系列错误。由于一帧丢失而宣布一系列路由无效是不明智( r j p 更新帧使用不可靠的传输协议来减小开销) 。因此，只丢失一个帧而不采取纠正措 华中科技大学硕士学位论文 施是有道理的。为了有助于识别故障和错误的大小，r i p 使用计时器来识别无效路 由。 4 识别无效路由 路由变得无效的两种情况：其一，路由到期；其二，路由器可能通知某个路由 器某条路由是不可用的。在这两种情况下，r i p 路由器都需要改变它的路由表，来 反映给定路由的不可用性。假如路由器在给定的时间内没有接收到更新某路由的信 息，该路由可能到期。路由暂休定时器常设成1 8 0 s ，当路由激活或更新时，该定时 器初始化。假如1 8 0 s 过去了，路由器还没有接到更新那条路由的信息，r i p 路由器 就认为目的i p 地址不再可达。因此路由器把表中那条路由项标成无效。收到路由 新近无效通知的邻节点利用该信息来更新它们的路由表。这是路由表中路由变得无 效的第2 种方法。无效路由表项不会自动的从路由表中清除湘反，那条无效项继续 在路由表中保留很短一段时间。下面将讨论无效路由真正从路由表中清除的过程。 5 清除无效路由 当路由器认识到某条路由无效时，就初始化一个秒计时器，负责路由清除倒计 时，这一计时称为路由清除计时器。当路由清除计时器结束时，路由仍未被收到， 这一路由就从路由表中清除。这些计时器是r i p 恢复网络故障能力中绝对重要的。 6 编址方案 i e t f 保证r i p 能够完全向后兼容所有已知的r i p 和r o u t e d 异体。即使这些 异体专用程度很高，开放标准r i p 仍有必要支持多种地址类型。因此，r i p 包的地 址域可包含下列内容： 主机地址 子网号 网络号 a 0 ，代表缺省路由 7 路由到网关 很多实际网络中，并不要计算到每个单个主机的路由。特别是在大型网络中， 这会使路由表膨胀，从而使整个网络的路由工作繁重。因此在实际网络中，几乎总 是概括路由，而不是指出每个可能目的地。假如一个给定的网络( 或子网) 上，每 个主机都能通过网关到达的话，这时路由表只需定义那个网关为下一条i p 地址就 可以了。所有发往那个网络或子网上的数据包将发送给那个网关，这时网关就承担 了把它发送到最终目的地的任务。 8 网关问路由 华中科技大学硕士学位论文 子网边界的路由器当作网关，它把每个子网当作独立的网络。r i p 更新只在每 个子网内部的邻居间进行，该网络网关只给其他网络的邻居网关广播一个网络号。 这样做意味着边界网关给它的邻居广播不同信息。在这个被划分成多个子网的网络 内部的近邻将收到包含所有跟网关直接相连的子网列表的更新。路由项将列出每个 子网号。网络外的近邻，将收到一个( 包含那个) 网络内部包含所有子网上主机的 路由项更新。度量值将与到达该网络有关，而不包会网络内部跳的开销。在这种方 式中，远端r i p 路由器认为编制到那个子网的任何数据包将为网络边界网关路由器 所知，并可直接到达。 9 缺省路由 口地址0 000 用来描述缺省路由。就像子网可路由到网络网关一样，缺省路 由可用来路由到多个没有明确描述和定义的网络。唯一的要求是这些网络间至少有 一个网关可以处理所产生的业务量。 为了建立缺省路由，