第章网络层路由协议PPT课件.ppt

4 5因特网的路由选择协议 1 理想的路由算法算法必须是正确的和完整的 算法在计算上应简单 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化 即要有自适应性 算法应具有稳定性 算法应是公平的 算法应是最佳的 关于 最佳路由 不存在一种绝对的最佳路由算法 所谓 最佳 只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已 实际的路由选择算法 应尽可能接近于理想的算法 路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果 路由选择的环境往往是不断变化的 而这种变化有时无法事先知道 从路由算法的自适应性考虑 静态路由选择策略 即非自适应路由选择 其特点是简单和开销较小 但不能及时适应网络状态的变化 动态路由选择策略 即自适应路由选择 其特点是能较好地适应网络状态的变化 但实现起来较为复杂 开销也比较大 2 分层次的路由选择协议 因特网采用分层次的路由选择协议 因特网的规模非常大 如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达 则这种路由表将非常大 处理起来也太花时间 而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和 许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议 这属于本部门内部的事情 但同时还希望连接到因特网上 自治系统 Autonomoussystem 一个自治系统 由同一机构管理 使用统一选路策略的路由器的集合 自治系统内部的路由选择称为域内路由选择 运行内部网关协议 IGP interiorGatewayProtocol 自治系统之间的路由选择称为域间路由选择 运行外部网关协议 EGP ExternalGatewayprotocol 将Internet划分成多个相对独立的系统 相对独立的系统中各组织可以采用自己的规则和管理策略 每个相对独立的系统称为自治系统 每个自治系统由Internet注册机构分配一个唯一的数字编号来标识 引入自治系统 的基本思想 通过不同的编号来区分不同的自治系统通过采用路由协议和自治系统编号 路由器就可以确定彼此间的路径和路由信息的交换方法 因特网的路由选择协议 内部网关协议IGP 在一个自治系统内部使用的路由选择协议 如RIP RoutingInformationProtocal 和OSPF OpenShortestPathFirst 等 外部网关协议EGP 在自治系统之间使用的路由选择协议 目前使用的协议就是BGP 自治系统和内部网关协议 外部网关协议 用内部网关协议 例如 RIP 自治系统B 自治系统A 用外部网关协议 例如 BGP 4 R1 R2 用内部网关协议 例如 OSPF 自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择 Interdomainrouting 在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择 Intradomainrouting 动态路由协议在协议栈中的位置 内部网关协议RIP RoutingInformationProtocol 1 工作原理路由信息协议RIP是内部网关协议 RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议 RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录 距离 的定义 从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1 从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1 RIP协议中的 距离 也称为 跳数 hopcount 因为每经过一个路由器 跳数就加1 距离 的定义 RIP认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少 即 距离短 RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器 距离 的最大值为16时即相当于不可达 可见RIP只适用于小型互联网 RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由 RIP选择一个具有最少路由器的路由 即最短路由 哪怕还存在另一条高速 低时延 但路由器较多的路由 RIP协议的三个要点 仅和相邻路由器交换信息 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息 即自己的路由表 按固定的时间间隔交换路由信息 例如 每隔30秒 RIP协议的工作过程 路由表的建立初始化的路由器的路由表中只有直连路由 距离是1 RIP启动和运行过程路由器刚启动RIP时 以广播形式向其相邻路由器发送请求报文 相邻路由器响应该请求 并回送包含本地路由信息的相应报文 路由器周期性地向外发送路由刷新报文 路由表信息不断更新 路由刷新报文主要内容是由若干 V D 组成的表 矢量V标识该路由器可以到达的目的网络或目的主机 D表示该路由器到达目的网络或目的主机的跳步数 距离 2 距离向量算法 收到相邻路由器 其地址为X 的一个RIP报文 1 先修改此RIP报文中的所有项目 把 下一跳 字段中的地址都改为X 并把所有的 距离 字段的值加1 每个项目构成 到目的网络N 距离d 下一跳路由器是X 2 对修改后的RIP报文中的每一个项目 重复以下步骤 若原来的路由表中没有目的网络N 则把该项目加到路由表中 否则 即在路由表中有目的网络N 这时查看下一跳路由器地址 若下一跳字段给出的路由器地址x是同样的 则把收到的项目替换原路由表中的项目 否则 即有到目的的网络N 但下一跳路由器不是X 若收到项目中的距离d小于路由表中的距离 则进行更新 否则 什么也不做 3 若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表 则把此相邻路由器记为不可达路由器 即将距离置为16 距离为16表示不可达 4 返回 例4 5已知路由器R6有表4 9 a 所示的路由表 现在收到路由器相邻路由器R4发来的路由更新信息 如表4 9 b 所示 试更新路由器R6的路由表 表4 9 a 表4 9 b 例4 5已知路由器R6有表4 9 a 所示的路由表 现在收到路由器相邻路由器R4发来的路由更新信息 如表4 9 b 所示 试更新路由器R6的路由表 表4 9 a 表4 9 b 例4 5已知路由器R6有表4 9 a 所示的路由表 现在收到路由器相邻路由器R4发来的路由更新信息 如表4 9 b 所示 试更新路由器R6的路由表 表4 9 a 表4 9 b 例4 5已知路由器R6有表4 9 a 所示的路由表 现在收到路由器相邻路由器R4发来的路由更新信息 如表4 9 b 所示 试更新路由器R6的路由表 表4 9 a 表4 9 b 例4 5已知路由器R6有表4 9 a 所示的路由表 现在收到路由器相邻路由器R4发来的路由更新信息 如表4 9 b 所示 试更新路由器R6的路由表 表4 9 a 表4 9 b RIP路由表的初始化 NET1 NET2 Request Response R1 R2 距离矢量协议路由发现 路由更新 R1 R2 R1 R2 A B C 10 1 0 0 10 2 0 0 10 3 0 0 10 4 0 0 E0 S0 S0 S1 S0 E0 RoutingTable 10 2 0 0 10 3 0 0 0 0 RoutingTable 10 3 0 0 S0 0 10 4 0 0 E0 0 RoutingTable 10 1 0 0 10 2 0 0 0 0 路由表的形成过程 初使状态 路由表每行条目至少包含三个字段 目的网络 跳数 下一跳路由器 A B C 10 1 0 0 10 2 0 0 10 3 0 0 10 4 0 0 E0 S0 S0 S1 S0 E0 RoutingTable 10 1 0 0 10 2 0 0 10 3 0 0 RoutingTable 10 2 0 0 10 3 0 0 10 4 0 0 10 1 0 0 0 0 1 1 RoutingTable 10 3 0 0 S0 0 10 4 0 0 E0 0 10 2 0 0 1 1 0 0 路由表的形成过程 首次交换后 路由表的形成过程 收敛状态 A B C 10 1 0 0 10 2 0 0 10 3 0 0 10 4 0 0 E0 S0 S0 S1 S0 E0 RoutingTable 10 1 0 0 10 2 0 0 10 3 0 0 10 4 0 0 RoutingTable 10 2 0 0 10 3 0 0 10 4 0 0 10 1 0 0 0 0 1 1 RoutingTable 10 3 0 0 S0 0 10 4 0 0 E0 0 10 2 0 0 S0 10 1 0 0 1 2 1 2 0 0 4字节 RIP报文 3 RIP2协议的报文格式 路由信息 20字节 路由 可重复出现最多25个 IP数据报 路由标记 网络地址 地址族标识符 距离 1 16 IP首部 UDP首部 首部 路由部分 必为0 版本 命令 4字节 子网掩码 下一跳路由器地址 UDP用户数据报 RIP协议的优缺点 RIP存在的一个问题是当网络出现故障时 要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器 RIP协议最大的优点就是实现简单 开销较小 RIP限制了网络的规模 它能使用的最大距离为15 16表示不可达 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表 因而随着网络规模的扩大 开销也就增加 并且会产生路由环路 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1说 我到网1的距离是1 是直接交付 1 表示 从本路由器到网1 1 表示 距离是1 表示 直接交付 R2 R1 正常情况 11 12R1 R2说 我到网1的距离是2 是经过R1 1 表示 从本路由器到网1 2 表示 距离是2 R1 表示经过R1 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1说 我到网1的距离是16 表示无法到达 是直接交付 但R2在收到R1的更新报文之前 还发送原来的报文 因为这时R2并不知道R1出了故障 R2 R1 正常情况 11 12R1 R1收到R2的更新报文后 误认为可经过R2到达网1 于是更新自己的路由表 说 我到网1的距离是3 下一跳经过R2 然后将此更新信息发送给R2 R2 R1 正常情况 11 12R1 R2以后又更新自己的路由表为 1 4 R1 表明 我到网1距离是4 下一跳经过R1 R2 R1 R2 R1 网1出了故障 正常情况 11 116 15R2 12R1 12R1 这样不断更新下去 直到R1和R2到网1的距离都增大到16时 R1和R2才知道网1是不可达的 这就是好消息传播得快 而坏消息传播得慢 网络出故障的传播时间往往需要较长的时间 例如数分钟 这是RIP的一个主要缺点 RIP配置 配置RIP时 必须先启动RIP 才能配置其它特性 而配置与接口相关的特性不受RIP是否使能的限制 需要注意的是 在关闭RIP后 与RIP相关的接口参数也同时失效 启动RIP协议后 路由器具有RIP功能 即可配置与本路由器关联的网络了 Router config routerripRouter config norouterrip RIP协议配置命令 将路由器所在的相应网段配置成RIP网络 使这些接口可收发RIP报文 该地址为直接相连的网络 配置命令如下 在指定的网络上使能RIPRouter config router networknetwork addressRouter config router nonetworknetwork address 4 5 3内部网关协议OSPF OpenShortestPathFirst OSPF协议的基本特点 开放最短路径优先是内部网关协议 IGP 的一种 核心 使用分布式的链路状态协议和Dijkstra 迪杰斯特拉 的最短路径算法SPF 三个要点 向本自治系统中所有路由器发送信息 使用的方法是洪泛法 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态 但这只是路由器所知道的部分信息 链路状态 就是说明本路由器都和哪些路由器相邻 以及该链路的 度量 metric 只有当链路状态发生变化时 路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息 链路状态数据库 link statedatabase 通过链路状态协议 各路由器之间频繁地交换链路状态信息 因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库 这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图 它在全网范围内是一致的 这称为链路状态数据库的同步 每个路由器应用Dijkstra 迪杰斯特拉 算法从该拓扑结构图生成最短路径树 确定自己的路由表 OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新 使各个路由器能及时更新其路由表 OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点 OSPF通过LSA描述网络拓扑 节点 路由器 网络边 连接路由器的点点链路 链路状态路由协议算法 一 网络的拓朴结构 四 每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树 三 由链路状态数据库得到的带权有向图 C A B D 1 2 3 5 RTC RTD 3 2 1 5 RTB RTA OSPF的区域 area 为了使OSPF能够用于规模很大的网络 OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围 叫作区域 每一个区域都有一个32位的区域标识符 用点分十进制表示 区域也不能太大 在一个区域内的路由器最好不超过200个 OSPF使用层次结构划分为两种不同的区域 区域0 0 0 1 区域0 0 0 3 主干区域0 0 0 0 至其他自治系统 R9 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 网8 网6 网3 网2 网1 网7 区域0 0 0 2 网4 网5 R8 主干区域 0 0 0 0 用来连通其它下层区域 划分区域 划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统 这就减少了整个网络上的通信量 在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑 而不知道其他区域的网络拓扑的情况 OSPF使用层次结构的区域划分 在上层的区域叫作主干区域 backbonearea 主干区域的标识符规定为0 0 0 0 主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域 主干路由器 主干区域内的路由器 区域0 0 0 1 区域0 0 0 3 主干区域0 0 0 0 至其他自治系统 R9 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 网8 网6 网3 网2 网1 网7 区域0 0 0 2 网4 网5 R8 自治系统边界路由器R6 区域边界路由器 区域0 0 0 1 区域0 0 0 3 主干区域0 0 0 0 至其他自治系统 R9 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 网8 网6 网3 网2 网1 网7 区域0 0 0 2 网4 网5 R8 IP数据报 OSPF分组 IP数据报首部 OSPF分组 OSPF分组首部 类型1至类型5的OSPF分组 24字节 0 8 16 31 版本 路由器标识符 类型 分组长度 检验和 鉴别 位 鉴别 区域标识符 鉴别类型 OSPF直接用IP数据报传送 2 OSPF的五种分组类型 类型1 问候 Hello 分组 用于发现和维护邻站的可达性类型2 数据库描述 DatabaseDescription 分组 类型3 链路状态请求 LinkStateRequest 分组 类型4 链路状态更新 LinkStateUpdate 分组 用洪泛法对全网更新链路状态 类型5 链路状态确认 LinkStateAcknowledgment 分组 OSPF的基本操作 确定可达性 OSPF使用的是可靠的洪泛法 更新报文 ACK报文 R R R R t1t2t3t4 在网络运行过程中 只要有一个路由器的链路状态发生变化 该路由器就要使用链路状态更新分组 用洪泛法对全网更新链路状态 OSPF配置 启动OSPF协议 进入OSPF协议配置视图Router config routerospf1Router config norouterospf1 发布OSPF的网络号和指定端口所在区域号 Router config router networkaddresswildcardarea idRouter config router nonetworkaddresswildcardarea idaddresswildcard 运行OSPF端口所在网段地址 子网掩码的反码area id OSPF路由器接口所在的区域号 边界网关协议BGP 自治系统之间的动态路由协议 BGP功能 在不同AS的路由器之间交换信息的协议 采用路径向量路由选择协议 从设计上避免了路由环路的发生支持CIDR 无类别域间路由 传送协议 TCP BGP发言人 每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的 BGP发言人 BGP发言人往往就是BGP边界路由器 一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息 就要先建立TCP连接 端口号179 然后在此连接上交换BGP报文以建立BGP会话 利