chTCPIP路由协议.ppt

1,TCP/IP：路由协议,南京航空航天大学计算机网络研究室,2,Outline,分组转发TCP/IP的路由机制IP路由协议IP实现：路由器,3,1分组转发,分组转发：分组从一个网络到另一个网络的过程跳（hop）、下一跳（next-hop）路由器：转发通路上的一个路由器被称为一跳（站）。转发通路上，与某路由器相邻接的下游路由器称为其下一跳路由器路由器的基本组件：路由表、转发器、路由协议,hop-by-hop的选路方式特点：在一个路由器中，IP分组被转发到哪里决定于：该路由器的路由表的内容分组的目的地址,4,分组转发的一个例子,5,2TCP/IP的路由机制,IP路由机制的基础：把所有物理网络抽象成连接相邻路由器（同一物理网络上）的点到点连线将互联网抽象成由路由器通过点到点连线互连成的存储转发网路由选择由路由器完成,6,层次结构与IP路由,数据在一个物理网络内部：由具体网络决定其传输路径(点到点)直接路由跨物理网络的传输：由IP层通过间接路由找到目的主机所在的物理网络选择数据报传输过程中的下一个路由器通过直接路由到达目的主机,7,IP路由与拓扑结构,路由器如何找到一条从源主机到目的主机的正确路径？如何从若干条正确路径中选择一条最佳路径？,路由器根据掌握的网络局部或全部的拓扑结构信息，寻找正确路径，并按照最短路径优先的原则选择当前路径。,8,路由表,网上各主机与路由器均包含一张路由表，指明去往目的地的路径路由根据表目决定路由表的格式：,仅指路径中的下一个路由器,信宿网的网络地址,9,例：G1的路由表,G4,G2,40.0.0.11,60.0.0.1,30.0.3.2,40.0.0.3,50.0.0.1,30.0.1.1,20.0.1.5,30.0.0.1,10.0.0.12,G1,G3,目的网络路径10直接路径20直接路径30直接路径4030.0.3.25030.0.1.16030.0.3.2,10,3IP路由协议,路由协议是什么？是路由器之间实现路由信息共享的一种机制它允许路由器之间相互交换和维护各自的路由表。当一台路由器的路由表由于某种原因发生变化时，它需要及时地将这一变化通知与之相连接的其他路由器，以保证数据的正确传递路由协议不承担网络上终端用户之间的数据传输任务,IP协议,11,IP路由协议分类,路由协议的分类：内部网关协议（IGP）：用于自治系统、核心系统内部；外部网关协议（EGP）：用于自治系统之间、自治系统与核心系统之间。路由器如何自动获得路径信息？采用自动路径广播自动路径广播算法向量距离算法链接状态算法,12,IP路由协议分类,静态路由优缺点：简单，灵活性差，不适合大网配置步骤列出全网的所有子网对于每一台路由器，列出与它不直连的所有子网对于每一台路由器，对上条列出的每一个子网写一条路由选择合适的子网掩码，对路由表进行简化根据路由策略，加入特定主机路由效率和可靠性：路由备份，流量分担（基于目的地址、基于包）,13,IP路由协议分类,动态路由向量-距离（V-D）算法：VectorDistanceProtocols以路由器跳数作为距离度量举例：RIP链路-状态（L-S）算法：LinkStateProtocols根据网络拓扑和节点状态信息，为网络中的每条通信链路分配一定的权值，链路状态之和最小者为最佳路径举例：OSPF，IS-IS,14,向量-距离（V-D）算法,主要思想：相邻路由器之间周期性地相互交换各自的路由表备份。当网络拓扑结构发生变化时，路由器之间也将及时地相互通知有关变更信息V（Vector）：向量，表示该路由器可以到达的目的网络或主机D（Distance）：距离，表示该路由器到信宿V的距离，按路径上的驿站个数计算,15,向量-距离（V-D）算法,每一个路由器从与之直接相邻的路由器处获得对方的路由表Eg:路由器B从A和C获得路由信息后，对自己的路由表据此按照最短路径原则刷新自己的路由表，加工后的路由表再传送给A和C路由器通过这种方法不断地积累路由信息，直到最终收敛为止,16,向量-距离（V-D）算法,路由表的建立与更新A的网络接口E0和S0分别连接在10.1.0.0和10.2.0.0网段上；B的接口S0和S1分别连接在10.2.0.0和10.3.0.0网段上；C的接口S0和E0分别连接在10.3.0.0和10.4.0.0网段上。初始状态：通过路由器的网络接口到与之直接相连的网段的网络连接，其向量距离设置为0路由表更新：B通过网络端口S1收到C的路由信息（10.3.0.0,S0,0）和（10.4.0.0,E0,0）后，在路由表中增加一条（10.4.0.0,S1,1）路由信息。表示:通过B的网络接口S1可以访问到10.4.0.0网段，其向量距离为1，该向量距离是在C的基础上加1获得的。如此反复，直到最终收敛,17,路由表的建立与更新,向量距离算法要求每一个路由器把它的整个路由表发送给与它直接连接的其他路由器路由表中的每一条记录都包括目标逻辑地址、相应的网络接口和该条路由的向量距离当一个路由器从它的邻居处收到更新信息时，它会将更新信息与本身的路由表相比较。如果该路由器比较出一条新路由或是找到一条比当前路由更好的路由时，它会对路由表进行更新：将从该路由器到邻居之间的向量距离与更新信息中的向量距离相加作为新路由的向量距离,18,收敛,收敛是指直接或间接交换路由信息的一组路由器在网络的拓扑结构方面或者说在网络的路由信息方面达成一致路由协议必须通过某种算法使各路由器尽快达到收敛状态要实现收敛，必须解决路由器之间的路由环路（RoutingLoops）问题,19,路由环路的产生,网络10.4.0.0发生故障，C检测到故障，停止通过接口E0向外发送数据包，并通过接口S0通知路由器B在A没有收到故障通知前，仍然相信可以通过B访问到10.4.0.0（路由器A路由表的最后一行），这条路径的距离为2B的路由表中指示有一条通往10.4.0.0的路径，因此，如果B在收到C的故障通知前将路由表发送到C，C会认为通过B可访问10.4.0.0,并在此基础上修改自己的路由表，将路由表中第二条记录修改为（10.4.0.0,S0,2）,其中S0表示通过接口S0可以访问10.4.0.0,其距离为2如此，路由器A、B、C都认为通过其他的路由器存在着一条通往10.4.0.0的网络路径，结果导致目标地址为10.4.0.0的数据包在这三个路由器之间来回地传递，从而造成一条路由环路,20,路由环路问题的解决,水平分割（splithorizon）定义一个最大值挂起计数器（Hold-DownTimers）触发式更新（TriggeredUpdates）,21,RIP协议介绍,RFC1058和1723以跳数作为单位的向量距离协议广泛用于全球因特网的路由，是一种内部网关协议，即在自治系统内部执行前身是Xerox协议GWINFO，1982年封装在BerkleryUnix中，称为routd增强版RIP2允许在RIP分组中包含更多的信息并提供简单的认证机制,22,RIP协议介绍（2）,RIP没有任何链接质量的概念，所有的链路都被认为是相同的，低速的串行链路被认为与高速的光纤链路是同样的RIP以最小的跳数来选择路由，因此当在下面两个路由中选择时，RIP将选择后者100Mbps的光纤链路路由器10Mbps的以太网9600bps的串行链路RIP也没有链路流量等级的概念。对于两条以太网链路，一个很繁忙，另一个根本没有数据流，RIP可能会选择繁忙的那条链路,23,RIP1与RIP2的比较,第1版RIP采用广播形式向每一个网络邻居发布RIP报文，网络上所有的路由器和主机都接收到数据包。而第2版RIP使用多播地址224.0.0.9将RIP报文仅向网络中的路由器发布为了阻止未经许可的路由发布，第2版RIP在数据包中加入认证功能，但并没有增加新的字段，只是将报文的第一条记录留出来存放认证信息RIP1不支持子网，交换的信息中不含子网掩码,24,RIP协议的缺点,RIP路由表中的距离(路由段)最多只能15，所以最多只能有15个路由器周期性广播路由表消耗网络带宽，尤其在高速网通过慢速WAN互连时RIP收敛速度慢（坏消息传播慢），不适用于大型网络RIP根据距离来选择路由，没有体现网络当时的流量变化，未考虑节点的延时RIP适用于平面网络，没有边界和区域的定义,25,RIP慢收敛举例,假设网络3出现故障，R2中路由表中网络3不可达；R2到网络3的距离=R2到R1的距离+R1到网络3的距离=1+2=3如此反复，直到路由表中到网络3的距离为15，不可达,网络1,网络2,网络3,R1,R2,26,RIP的稳定性,RIP通过对从源到目的的最大跳数加以限制来防止路由环，最大值为15如果路由器收到了含有新的或改变的表项的路由更新信息，且把距离值加1后成为无穷大（即16），就认为该目的网络不可到达，防止死循环,27,链路-状态（L-S）算法,最短路径优先算法（SPF，ShortestPathFirst）主要思想：每一个路由器都保存一份最新的关于整个网络的网络拓扑结构数据库，路由器不仅清楚地知道从本路由器出发能否到达某一指定网络，而且在能够到达的情况下，还可以选择出最短的路径以及采用该路径将经过的路由器链路状态算法使用LSP（链路状态数据包，Link-StatePackets）、网络拓扑数据库、SPF路径选择算法、SPF树，最终计算出从该路由器到其他目标网络的最短路径，这些路径就构成了路由表相关协议：NLSP、OSPF和IS-IS,28,链路-状态（L-S）算法,链路状态网络发现机制发现邻节点及它们的地址计算到各邻节点的COST将收集到的信息组装成LSPfloodingLSP路由计算,29,最短路径选择：Dijkstra算法,最短路径：经过的节点数最少或传输延迟最短表示方法：,X：源节点,Y：是X-A中间经过的节点,A：目标节点,设N(X)：与X相邻的节点集合R(X,Y,A)：从X经过Y到达A的通路长L(X,Y)：从X到Y的路由长D(Y,A)：从Y到A的最短通路长,R(X,Y,A)=L(X,Y)+D(Y,A),30,最短路径路由选择,求源结点到网络中其他各结点的最短路径初始化：建立一个结点集合N，只包含源结点A；对其它各结点v，与源结点的距离D(v)=L(A,v)，若A与v直接相连找D(v)值最小的结点v，加入集合N，并根据是否经v转发路径较短来更新集合外各结点到A的距离,目的结点,后继结点,B,B,C,B,D,B,B,B,B,B,E,F,G,H,结点A的路由表,，若A与v不直接相连,重复上面的步骤，直到所有结点都加入集合,31,最短路径选择示例,A,B,C,D,E,F,G,H,2,2,2,2,2,1,6,4,7,3,3,初始化,N,D(B),D(C),D(D),D(E),D(F),D(G),D(H),A,26,A,B,946,965,969,98,910,A,B,E,A,B,E,G,A,B,E,G,F,A,B,E,G,F,H,A,B,E,G,F,H,C,10,A,B,E,G,F,H,C,D,A,B,C,D,E,F,G,H,2,2,2,2,2,1,7,7,最短路径树,32,33,链路-状态（L-S）算法,重点考虑因素路由器的存储空间和处理能力由于采用链路状态算法时路由器不但要保存来自其他路由器的LSP，而且还要保存网络的拓扑结构和路由表，所以其存储空间一定要大。另外，根据SPF树计算最短路径的算法较为复杂，因此要求路由器的处理能力要强带宽在建立SPF树的最初阶段，有大量的LSP需要通过网络进行传输，这对网络带宽的要求较高。如果带宽不够，不仅影响路由器收敛的速度，而且会影响正常的数据传输,34,链路-状态（L-S）算法,可能出现的问题及解决办法如何保证所有的路由器能够收到所有必需的LSP？假设C首先检测到C和D之间的Net1发生故障，C将把该故障情况以LSP的方式发送给网络上的其他路由器B、D和A（该LSP设为LSP1）假设Net1很快恢复正常，而且D先检测到，那么D将把Net1恢复正常的情况以LSP的形式再发送给路由器A、C和B（设为LSP2）如果由于某种原因，LSP2先于LSP1到达路由器A。这时，路由器A究竟应该把哪一个LSP作为反映最终情况的LSP？,35,链路-状态（L-S）算法,可能出现的问题及解决办法延长LSP的发送周期以多点发送LSP（Multicast）代替广播发送LSP（Broadcast）。在由多个LAN互连组成的网络中，可以指定一个或多个路由器用于存放各路由器发送的LSP，其他的路由器通过这些指定路由器获得一致的拓扑数据在大型网络中，可以设定一个由不同区域组成的层次结构。某一级区域中的路由器不必存储和处理来自所有不同区域路由器的LSP使用LSP时间戳、顺序号等手段来解决LSP发送过程中的顺序问题,36,链路-状态（L-S）算法,链路状态算法实例OSPF：OpenShortestPathFirstRFC1131,RFC1247,RFC2328ISIS：IntermediateSystemtoIntermediateSystemISO10589,37,OSPF协议RFC1247,新成就：开放性支持各种距离度量自适应性支持基于服务类型选路平衡负载支持分级系统考虑安全性支持通过隧道（Tunneling）接入因特网OSPF支持3种连接和网络：点到点：两个路由器间有广播的多路访问：LAN无广播的多路访问：分组交换式WANOSPF对网络的表示：有向图，结点表示网络和路由器，弧表示连接，权值表示开销,38,OSPF协议,主要思想：每一个路由器都保存一份最新的关于整个网络的网络拓扑结构数据库路由器知道从本路由器出发能否到达某一指定网络，而且在能够到达的情况下，还可以选择出最短的路径以及采用该路径将经过的路由器链路状态算法使用LSP（链路状态数据包，Link-StatePackets）、网络拓扑数据库、SPF路径选择算法、SPF树，最终计算出从该路由器到其他目标网络的最短路径，这些路径构成路由表,39,两类算法比较,40,4IP实现主体：路由器,Layer3