数据通信与网络协议 第8章 路由协议

第三版 ) 第 3章 第 1页 第 8章 路由协议 本章概述 本章的学习目标 主要内容 第三版 ) 第 3章 第 2页 本章概述 路由是网络层的主要功能，实现重要功能的是遵循标准路由协议的路由器。 每个路由器只记录和自己密切相关的有限路由信息，因此，对某个给定的路由器中的路由选择表，只包含关于可能的目的站的部分信息。 在数据通信过程中，每个路由器却很负责，不仅认真分析分组的目的地址，帮助决定分组的去向。同时，为了丰富自己路由表项，经常与邻接或其他的路由器交流，使用部分信息进行路由，使各个路由结点能自动地改变本地路由。 本章将全面来研究路由协议的机制和特点。 第三版 ) 第 3章 第 3页 本章的学习目标 掌握路由体系结构的基本概念 理解距离向量路由协议的原理 掌握路由选择信息协议 (机制和特点 掌握 居、选路原理和特点 理解链路状态路由协议的原理 掌握 掌握 第三版 ) 第 3章 第 4页 主要内容 核心路由器体系结构 路由选择信息协议 (态路由协议 本章小结 第三版 ) 第 3章 核心路由器体系结构 早期的 类是少量的核心路由器，它们由 一类是大量的非核心路由器，分别由各个群体控制。 核心系统对全部可能的目的站提供可靠的、一致的、授权的路由，实现了 如图所示。 第 5页 第三版 ) 第 3章 核心路由器体系结构 A R P A N E T 骨 干 网局 域 网 1 局 域 网 1 局 域 网 1R 1 R 2 R 路 由 第三版 ) 第 3章 自治系统 原始的 能适应互联网扩展到任意数量的网点。由于一个核心路由器在每个网点上与一个网络相连，核心路由器就只知道那个网点中的一个网络的情况。 因此必须用一个单一的协议机制来构造一个由许多网点构成的互联网，同时，各个网点又是一个自治系统。 从路由选择的作用看，由一个管理机构控制的网络和路由器的集合称一个自治系统。 第 7页 第三版 ) 第 3章 部网关协议 在一个自治系统内的两个路由器彼此互为内部路由器，使用内部网关协议 ( 将整个自治系统的可达信息汇集起来之后，系统中的某个路由器可使用外部网关协议 (可达信息通知另一个自治系统。 内部路由器通信却没有一个单独的标准。两个自治系统各自在其内部使用不同的 外部路由器使用 图所示。 第 8页 第三版 ) 第 3章 两个自治系统的路由 E G P 1I G P 2I G P 2I G P 1R 1 R 第三版 ) 第 3章 部网关协议 两个交换路由选择信息的路由器若分别属于两个自治系统，则称为外部邻站。外部邻站使用的向其他自治系统通知可达信息的协议称外部网关协议 (在 治系统用它向核心系统通知可达信息。 它支持邻站获取机制，允许一个路由器请求另一个路由器同意交换可达信息。 路由器持续地测试其邻站是否有响应。 第 10页 第三版 ) 第 3章 边界网关协议 准。已经有四个版本公布，最新的版本是 中最重要的是将“距离矢量”的概念换成“路径矢量”的概念。虽然不能对路由环路提供足够的保护。在典型的距离矢量协议中，到目的站点的所有与路径相关的信息都集中在度量制式值里，它不能很快发现环路。 第 11页 第三版 ) 第 3章 第 12页 主要内容 核心路由器体系结构 路由选择信息协议 (态路由协议 本章小结 第三版 ) 第 3章 由选择信息协议 (1. 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。 议中的“距离”也称为“跳数” (因为每经过一个路由器，跳数就加 1。这里的“距离”实际上指的是“最短距离”， 为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。 第 13页 第三版 ) 第 3章 议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。“距离”的最大值为 16 时即相当于不可达， 许一条路径最多只能包含 15 个路由器。 适用于小型互联网。 能在两个网络之间同时使用多条路由。 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。 第三版 ) 第 3章 2. 距离向量算法 议按照固定的时间间隔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。路由表的建立路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离，之后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。 议的收敛 (程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。 第 15页 第三版 ) 第 3章 无限计数（ to 题从而引发不一致性。选择一个小的无限大值（ 16），可以限制慢收敛问题，但不能彻底解决。 第 16页 第三版 ) 第 3章 协议中更新报文仅仅包含由目的网络及到达该网络的距离构成的序偶。参考如图 81直接与网络 1相连，所以在它的选路表中有一条到该网络的距离为 1的路由；在周期性的路由广播中包括了这个路由。 1处得知了这个路由，并在自己的选路表中建立了相应的路由，将之以距离值 2广播出去。最后 2处得知该路由并以距离值 3广播。图 8a)中的三个路由器的路由表都记录了到网络 1的路由。 第三版 ) 第 3章 图 8收敛问题 第 18页 路 由 器 1 路 由 器 2 路 由 器 3n e t w o k 1路 由 表 正 常 交 换路 由 器 1 路 由 器 2 路 由 器 3n e t w o k 1失 效 的 路 由 表 项往 复 交 换链 路 失 效a . 网 络 1 连 接 正 常b . 网 络 1 连 接 异 第三版 ) 第 3章 现在假设 的连接失效了，如图 8-2(b)所示路由已经消失。那么 6（无穷大）。在下一次广播时， 是，除非协议包含了额外的机制预防此类情况，可能有其他的路由器在 能假设一个特殊的情况，即 1与网络 1连接失效后通告其路由。 慢收敛 第三版 ) 第 3章 因此， 2的报文，并对此使用通常的矢量距离算法：它注意到 的费用更低的路由，计算出现在到达网络 1需要 3跳（ 费用是 2跳，再加上到 跳），然后在选路表中装入新的通过 的路由。图 82中的任一个收到去网络 1的数据报之后，就会把该报文在两者之间来回传输直到寿命计时器超时溢出。 慢收敛 第三版 ) 第 3章 这两个路由器随后广播的 下一轮交换选路信息的过程中， 1到网络 1的距离是 3之后，计算出该路由新长度 4。到第三轮的时候， 2传来的路由距离增加的信息，把自己的选路表中该路由的距离增到 5。如此循环往复，直至距离值到达 慢收敛 第三版 ) 第 3章 对于图 8以使用分割范围更新（术来解决慢收敛问题。 考虑慢收敛问题的另一个方法是使用信息流的概念。 解决慢收敛问题的另一个技术使用了抑制（ 。 解决慢收敛问题的最后一种技术就是毒性逆转（ 解决方法 第三版 ) 第 3章 虽然触发更新技术、毒性逆转技术、抑制技术和分割范围技术能够解决一些问题，但它们又带来了一些新的问题。例如，在许多路由器共享一个公共网络的结构中采用触发更新技术的情况下，一个广播就能改变这些路由器的选路表，引发一轮新的广播。如果第二轮广播改变了路由表，它又会引起更多的广播。这就产生了广播雪崩。 第三版 ) 第 3章 路信息报文和对信息的请求报文。它们都使用同样的格式，由固定的首部和后面可选的网络和距离序偶列表组成，如图 8 第 24页 第三版 ) 第 3章 图 8版 本 识 别 号命 令 字网 络 1 的 协 议 簇必 须 为 零必 须 为 零网 络 1 的 I P 地 址0 8 1 6 2 4 3 1必 须 为 零必 须 为 零到 网 络 1 的 距 离网 络 2 的 协 议 簇必 须 为 零网 络 2 的 I P 地 址必 须 为 零必 须 为 零到 网 络 2 的 距 离 第三版 ) 第 3章 第 26页 主要内容 核心路由器体系结构 路由选择信息协议 (态路由协议 本章小结 第三版 ) 第 3章 能运行在思科的设备上。 P、 8。 法来计算到目标网络的最短路径， 邻居那里收到路由表之后，会经过一些计算和比较，然后才放进路由表中使用，因此将 强的距离矢量路由协议” 第 27页 第三版 ) 第 3章 概念，即使是这样， 因为不同 以 第三版 ) 第 3章 括带宽 (延迟 (可靠性 (负载 (最大传输单元(这 5个参数分别使用 2、 以如果两台 个 代表双方计算 论是 需要使用带宽计算 计算接口出方向的带宽，而接口进方向的是不计算在内的，也就是一条链路上，只有一个出接口的带宽会被计算，而进接口的带宽是被忽略的，如下图 8 第 29页 第三版 ) 第 3章 图 8R 4R 3R 2R 11 0 0 m 1 0 0 m 1 0 0 m 1 0 0 M b p 1 0 M b p 1 G b p 源 点目 第三版 ) 第 3章 从源路由器 4所经过的三条链路中，带宽分别是 100 s、 10 s、 1 s、虽然有条链路的带宽可达 1 s，但我们都知道，从源到目标的带宽最快也始终不超过最低带宽 10 s，永远不可能达到 1 s，所以从源到目的的路径中，只有最低带宽最终决定传输时的带宽，而某条链路的高带宽是没有意义的，所以在 需要计算从源到目标的最低带宽即可，但是经过各个接口的延迟却是要累加的。 第三版 ) 第 3章 公式中的带宽为 1000 0000除以链路中的最小带宽，带宽单位为 迟为链路中的延迟之和除以 10，延迟单位为 秒 ). 默认情况下， 5个 1, 0, 1, 0，由于 ，由此一来，造成上面的公式算出来的最终结果为 0， 用 25( 1 3 ) 2 5 62 5 6 e 4K B a n d w i d t h a n d w i t d t h K D e l a yL o a d R l i a b i l i t y K 第三版 ) 第 3章 所以当 时，必须将公式简化。 2( 1 3 ) 2 5 6256K B a n d w i d t a n d w i t d t h K D e l a yL o a d 第三版 ) 第 3章 正因为默认 5个 1, 0, 1, 0，所以默认 此公式为 变 影响 10000000 D e l a y( ) 2 5 6B a n d w i d t h 1 0 之 和最 第三版 ) 第 3章 且是使用单播向邻居发送路由表，如果要在 须成为邻居，不同 第 35页 第三版 ) 第 3章 由器上启动 会使用组播地址 为邻居表，只要收到 将对方列为自己的邻居，并且写入邻居表， 第三版 ) 第 3章 能建立邻居。 双方在相同 双方 双方接口 双方计算 双方 2 4 在一个稳定的 有 没有限制，但要视内存大小， 由条目数量，拓扑复杂程度，网络稳定性而定。 建立邻居 第三版 ) 第 3章 在 使用五种类型的数据包，分别为 五种数据包中， 需要回复确认，这些数据包是可靠的，回复是发送 不需要回复的，因此被认为不可靠。 第 38页 第三版 ) 第 3章 路由器 相应接口上向外发送 发来的 后向 就是向 直接向对方发送路由表了， 已是自己的邻居。 两台路由器 启动 第三版 ) 第 3章 的 后再向 的 发现里面列出了自己的地址，双方都看见对方 向邻居关系便建立成功。 的 都将收到的 算路由表。 第三版 ) 第 3章 虽然 是当从邻居收到路由后，并不是不经过任何计算就直接放进路由表中使用， ，经过 将最优的路由放入路由表中。 第 41页 第三版 ) 第 3章 因为 可能从多个邻居收到相同的路由，所以需要从中选中最优路由放入路由表中使用，而不是最优的路由则放在拓扑数据库中备份，等路由表中的路由失效后，便从拓扑数据库中查找备用路由继续放入路由表中使用。 当 经过 第三版 ) 第 3章 因为 的地对于邻居来说肯定是可达的，如图 82和 1来说就是 样， 1来说也是 第三版 ) 第 3章 当从邻居收到路由信息后， 自己去往目的地还得在 加自己到邻居的这段距离，所以自己到目的地的真正 D，但是拓扑数据库中可能存在多条去往目的地的路径，而被放入路由表的最优的那条被称为 如图 8果 2去往目的地，那么结果将如下图 8 可行距离 D） 第三版 ) 第 3章 R 2R 3R 1R e p o r t e d D i s t a n c e ( R D )源 点目 标D)F e a s i b l e D i s t a n c e ( F D )S u c c e s s o 第三版 ) 第 3章 如果 2去往目的地，那么 上 2的 是D， 2的路径放入路由表中，这时， 认情况下，拓扑数据库中有多条路径可到目的地时，被放入路由表的那条就是 后继路由 第三版 ) 第 3章 因为拓扑数据库中可能存在多条路径可以到达目的地，但被选为 留在拓扑数据库中的备用路由称为如下图 82被选为 S。 可行后继路由 第三版 ) 第 3章 8R 2R 3R 1R e p o r t e d D i s t a n c e ( R D )源 点目 标D)F e a s i b l e D i s t a n c e ( F D )S u c c e s s o rF e a s i b l e S u c c e s s o r ( F S )第三版 ) 第 3章 拓扑数据库中的 条，如果一个个邻居可以去往目的地，选出一条 不是其它 7条全部都可以存放于拓扑数据库，拓扑数据库最多只能有 6条（其中已经包含 也并不是一定会有 6条被放入拓扑数据库，因为要存放于拓扑数据库，是必须达到一定条件的，称为 就是邻居通告的 D，这个邻居的路径才能存在于拓扑数据库。 第三版 ) 第 3章 多支持 6条，默认为 4条，但非等价负载均衡功能默认为关闭状态。 扑数据库中可能有多条备用链路，而且多条链路的 启用非等价负载均衡时，需要定义什么样的需要通过控制来控制。 第 50页 第三版 ) 第 3章 第 51页 主要内容 核心路由器体系结构 路由选择信息协议 (态路由协议 本章小结 第三版 ) 第 3章 路由协议 就开放的最短路径优先协议，因为 的使用不受任何厂商限制，所有人都可以使用，所以称为开放的，而最短路径优先（ 是 使用的算法是 短路径优先并没有太多特殊的含义，并没有任何一个路由协议是最长路径优先的，所有协议，都会选最短的。 第 52页 第三版 ) 第 3章 9。 S，是个绝对的内部网关路由协议（ 持 没有自动汇总功能，但可以手工在任意比特位汇总，并且手工汇总没有任何条件限制，可以汇总到任意掩码长度。 且支持明文和 第三版 ) 第 3章 1. 每一个 就是且 则路由器收到的链路状态，就无法确定发起者的身份，也就无法通过链路状态信息确定网络位置。 以理解为该链路状态的签名，不同路由器产生的链路状态，签名绝不会相同。 第 54页 第三版 ) 第 3章 2. 如一个10 算 将 10 10 000 000 后用10000 0000除以该带宽，结果为 10000 0000/10 000 000 10，所以一个 10 0，需要注意的是，计算中，带宽的单位取 s，而不是 s，例如一个 100 为 10000 0000 /100 000 000=1，因为 以即使是一个 1000 s（ 1s）的接口， 00 1。 第 55页 第三版 ) 第 3章 如果路由器要经过两个接口才能到达目标网络，那么很显然，两个接口的 算是到达目标网络的 以 须将沿途中所有接口的 累加时，同计算出接口，不计算进接口。 第三版 ) 第 3章 链路（ 就是路由器上的接口，在这里，指运行在 链路状态（ 是 如接口上的 网掩码，网络类型，是链路状态（ 而计算出到达每个目标精确的网络路径。 3. 链路状态（ 第三版 ) 第 3章 居将收到的链路状态全部放入链路状态数据库（ 邻居再发给自己的所有邻居，并且在传递过程种，绝对不会有任何更改。通过这样的过程，最终，网络中所有的 且所有路由器的链路状态应该能描绘出相同的网络拓扑。 第三版 ) 第 3章 4. 因为 互交换，毫不保留，当网络规模达到一定程度时， 必会给 了能够降低存计算压力， 网络中所有 个区域负责各自区域精确的后再将一个区域的 样一来，在区域内部，拥有网络精确的 在不同区域，则传递简化的 域的划分为了能够尽量设计成无环网络，所以采用了 就是采用核心与分支的拓扑，如下图 8 第 59页 第三版 ) 第 3章 A r e a 0A r e a 3A r e a 2 A r e a 4A r e a 第三版 ) 第 3章 区域的命名可以采用整数数字，如 1、 2、 3、 4，也可以采用 为采用了 以必须定义出一个核心，然后其它部分都与核心相连， 就是所有区域的核心，称为 域（骨干区域），而其它区域称为 域（常规区域）。 第三版 ) 第 3章 在理论上，所有的常规区域应该直接和骨干区域相连，常规区域只能和骨干区域交换 规区域与常规区域之间即使直连也无法互换 上图中 、 、 、 只能和 互换 后再由 转发， 就像是一个中转站，两个常规区域需要交换 能先交给 ，再由 转发，而常规区域之间无法互相转发。 不是基于整台路由器划分的，一台路由器可以属于单个区域，也可以属于多个区域，如下图 8 第三版 ) 第 3章 图 8A r e a 0A r e a 1I I B G R R 2 R 3R 5 R 6R 第三版 ) 第 3章 如果一台 该路由器所有接口都属于同一个区域，那么这台路由器称为 如上图中的 3和 果一台 该路由器的接口不都属于一个区域，那么这台路由器称为 第三版 ) 第 3章 如上图中的 果一台 么这台路由器称为 如上图中， 么 是如果只是将不能称为 可以配置任何 由于 以 第三版 ) 第 3章 如果是同区域的路由，叫做 路由表中使用“ O”来表示； 如果是不同区域的路由，叫做 路由表中使用“ O 表示； 如果并非 者是不同 是被重分布到 做 路由表中使用“ O “ ”来表示。 第三版 ) 第 3章 当存在多种路由可以到达同一目的地时， 有路由的先后顺序为， 1、 2。即 O、 O O O 一台路由器可以运行多个 同进程的 视为没有任何关系，如需要获得相互的路由信息，需要重分布。每个 路由器的链路状态数据库是分进程和分区域存放的。 第三版 ) 第 3章 5. 邻居（ 由器会将链路状态数据库中所有的内容毫不保留地发给所有邻居，要想在 须先形成 不同的网