选路：自治系统内选路

1、第十六章第十六章 选路：自治系统内选路选路：自治系统内选路RIPOSPFHELLO通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-182页页1 引言引言自治系统的选路：自治系统的选路：对外对外EGP：通告可达性信息；：通告可达性信息；典型典型BGP内部内部IGP：Rs间密切合作，以求获得更好的路由。间密切合作，以求获得更好的路由。内部网关协议内部网关协议IGP：Interior Gateway Protocol；多种内部路由协议的统称；多种内部路由协议的统称；RIP、OSPF、，；，；IGP只在只在AS内使用。内使用。R4R1R2R3自治系统自治系统EGP内部路由

2、内部路由通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-183页页2 静态路由静态路由 vs 动态路由动态路由静态路由：静态路由：小型网络、人工简单维护；小型网络、人工简单维护；路由及时性困难：路由及时性困难：l出现故障等时，涉及到多个路由器中选路表的修改。出现故障等时，涉及到多个路由器中选路表的修改。路由的一致性困难：路由的一致性困难：l下一跳路由与完整的路由。下一跳路由与完整的路由。动态路由：动态路由：自动选路更新；自动选路更新；保证路由的一致性和及时性。保证路由的一致性和及时性。R4R1R2R3R5通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 b

3、y 2022-3-184页页IGP：动态路由：动态路由多种多种IGP动态路由：动态路由：RIP、OSPF、。、。RIP：V-D路由算法；路由算法；OSPF：Open SPF，具有开放性的链路状态路由算法。，具有开放性的链路状态路由算法。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-185页页3 RIP 选路信息协议选路信息协议 Routing Information Protocol发展史：发展史：依靠物理网（局域网）广播功能快速交换选路信息；依靠物理网（局域网）广播功能快速交换选路信息；Unix系统中：系统中：routed（route daemon）进程；）进

4、程；形成标准前已流行。形成标准前已流行。标准：标准：RIPv1：RFC1058(STD 34, 1988)， 基本协议；基本协议；RIPv2：RFC1723(1994)， 增加增加CIDR支持。支持。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-186页页RIP路由协议框架路由协议框架使用使用UDP传输传输RIP报文（报文（520端口）。端口）。RIP实体操作实体操作IP实体的选路表。实体的选路表。IPUDPRIP520通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-187页页3.1 RIP协议特点协议特点VD选路算法；选路算法；选

5、路信息包括一系列（选路信息包括一系列（V，D）对，取自内部的选路表；）对，取自内部的选路表；主动、被动方式主动、被动方式 路由器和主机都参加，路由器和主机都参加， 主动：通告和接收选路信息（主动：通告和接收选路信息（Router）；）； 被动：只接收选路信息（被动：只接收选路信息（Host），用于更新自己的选路表。），用于更新自己的选路表。Hop count metric， 直接相连网络距离为直接相连网络距离为1 ，每经过一个，每经过一个R，距离加，距离加1。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-188页页3.2 RIP 路由特点路由特点每个路由器关心：

6、每个路由器关心： 有几个邻接的路由器；有几个邻接的路由器； 通过邻接路由器能到达那些目的网，距离如何。通过邻接路由器能到达那些目的网，距离如何。算法特点：算法特点： 路由表项：路由表项：， 通告内容：通告内容：， 更新表项：更新表项： ， 只依赖于邻接路由器，逐跳扩散的路由信息。只依赖于邻接路由器，逐跳扩散的路由信息。R4R1R2R3R5RRRRRRRRRN4N1N2N3N5通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-189页页3.3 RIP操作操作路由器定期路由器定期(30秒秒)在直连的网络上广播选路信息：在直连的网络上广播选路信息：网络上各路由器广播时间随

7、机分布；网络上各路由器广播时间随机分布；报文内容为自己的选路表项；报文内容为自己的选路表项；路由信息逐渐扩散到全网；路由信息逐渐扩散到全网；定期定期30秒小随机时延；秒小随机时延；IP的广播或组播的广播或组播(255.255.255.255)。路由更新规则：路由更新规则：没有更小距离的路由时，没有更小距离的路由时， 保持原有路由不变。保持原有路由不变。R4R1R2R3R5通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1810页页3.4 RIP异常处理路由器故障异常处理路由器故障路由器故障：路由器故障：邻接路由器受到直接影响（无信息通告）；邻接路由器受到直接影响（

8、无信息通告）；对通过对通过RIP获得的路由表项，设置定时器；获得的路由表项，设置定时器；，用，用Ry的的刷新刷新T；超时未刷新（超时未刷新（180秒，秒，6个广播周期），删除该表项；个广播周期），删除该表项；预防预防RIP报文丢失的措施。报文丢失的措施。R4R1R2R3R5N1N2R2出现故障： R3将会在6个周期后，把到N1、N2的下一跳改变为R5。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1811页页3.5 RIP异常处理路由环路异常处理路由环路RIP是只依据邻接路由器的路由算法，没有掌握网络拓扑结构，是只依据邻接路由器的路由算法，没有掌握网络拓扑结构，

9、一旦网络故障，容易出现路由不一致的问题。一旦网络故障，容易出现路由不一致的问题。如图：如图：N6到到N1有两条路径：有两条路径： 出现如图的故障后，路经无法立即切换到另一条上；出现如图的故障后，路经无法立即切换到另一条上； 造成：造成：R4R2的路由环路；的路由环路； 等到等到R5把把N1路由信息通告到路由信息通告到R6和和R4上时，环路可得到解决。上时，环路可得到解决。R5R4R3R2R6R1N1N2N3N4N5N6如果如果N1到到N6经过更多的路由器呢？经过更多的路由器呢？ -需要更长时间，环路才消失。需要更长时间，环路才消失。如果没有如果没有R3，R5的这条路呢？的这条路呢？ -环路无法

10、消失。环路无法消失。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1812页页3.5 RIP异常处理异常处理 路由环路路由环路分割范围更新（分割范围更新（split horizon update）：）：不回传路由信息，即：不回传路由信息，即：对表项对表项，不通知路由器，不通知路由器Ry；部分部分解决环路问题：解决环路问题：R1需需6个广播周期，个广播周期，R2需需12个周期、个周期、R3需需18个周期；个周期；路由环会维持一段时间。路由环会维持一段时间。R1R2R3N1N2N3R1R2R3N1N2N3消失消失消失通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科

11、技大学 by 2022-3-1813页页3.6 RIP异常处理异常处理 慢收敛慢收敛新路由消息：新路由消息：每个周期传播一跳，每个周期传播一跳，N个周期到达所有路由器。个周期到达所有路由器。l（假定网络的直径为（假定网络的直径为N个路由器）。个路由器）。不可达信息：不可达信息：六个周期传播一跳；六个周期传播一跳；还会被别的过时的路由消息干扰；还会被别的过时的路由消息干扰；6*N个周期难以到达所有路由器。个周期难以到达所有路由器。R1R2N1N2N4故障R4R3N3过时路由消息通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1814页页3.6.1 慢收敛网络大小和通

12、告慢收敛网络大小和通告网络大小限定：网络大小限定： 距离距离16代表代表(网络中的最大跳数网络中的最大跳数15)15)； 用用(Nx,16)(Nx,16)通告到通告到NxNx的路由不可达；的路由不可达；路由更新和通告：路由更新和通告： 收到更短路由消息，立即更新选路表项（快）；收到更短路由消息，立即更新选路表项（快）； 路由表项超时成为不可达，并向其它路由表项超时成为不可达，并向其它R R通告（慢）；通告（慢）；l利用不可达信息可推断某些路由不可达，改善收敛。利用不可达信息可推断某些路由不可达，改善收敛。R1R2R3N1N2N3故障 对N1的路由：R1先前告知的D1；R1现在告知的D；R2推断

13、N1不可达。本来30秒通告一次，现在暂停通告，等超时时直接通告无穷。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1815页页3.6.2 慢收敛更新抑制慢收敛更新抑制Hold DownHold Down：路由器收到某条路由不可达的消息后，在一段时间内路由器收到某条路由不可达的消息后，在一段时间内（典型（典型6060秒），忽略关于该网络的任何路由信息；秒），忽略关于该网络的任何路由信息；确保有较大范围内的站点都收到该坏消息，避免过时的确保有较大范围内的站点都收到该坏消息，避免过时的路由通告，但抑制期间环路依然存在。路由通告，但抑制期间环路依然存在。R1R2N1N2

14、N4故障 R4如果不抑制，R2将会接受R4从N4送来的关于N1的路由，形成错误路由表项。R3N3通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1816页页3.6.3 慢收敛毒性逆转慢收敛毒性逆转Poison Reverse（毒性逆转）：（毒性逆转）：直接连接的路由消失后，在若干（至少一个）广播周期直接连接的路由消失后，在若干（至少一个）广播周期内都保留该路由（距离无限大），并向外通告；内都保留该路由（距离无限大），并向外通告；对分割更新的修正：回传路由信息的距离为无限大；对分割更新的修正：回传路由信息的距离为无限大；毒性逆转能迅速打破较小的环路；毒性逆转能迅速打

15、破较小的环路；l如两个路由器到目的网络的路由都指向对方。如两个路由器到目的网络的路由都指向对方。R1R2R3N1N2N3 如果链路无故障，R1将忽略该路由；如果链路有故障，防止了R1从R2得到N1的路由信息（源于R1）。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1817页页3.6.4 慢收敛触发更新慢收敛触发更新触发更新对付较大路由环：触发更新对付较大路由环：快速的更新来加速收敛过程；快速的更新来加速收敛过程；一旦一旦R改变了某条路由的度量，立即向邻接路由器通告改变了某条路由的度量，立即向邻接路由器通告更新报文，不必等更新周期；更新报文，不必等更新周期；触发

16、更新可能触发广播风暴随机延时后再通告。触发更新可能触发广播风暴随机延时后再通告。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1818页页RIP异常处理小结异常处理小结异常：异常：路由环路；路由环路；慢收敛。慢收敛。处理措施：处理措施：分割更新分割更新 避免路由环；避免路由环；抑制抑制 避免过时路由通告；避免过时路由通告；毒性翻转毒性翻转 通告不可达路由；通告不可达路由；触发更新触发更新 快速通告新消息。快速通告新消息。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1819页页4 RIP报文格式报文格式RIP只定义了有一种报文格式

17、；只定义了有一种报文格式；交换（交换（IP address，Metric）对；）对；IP address 可为可为A、B、C类网络地址或主机地址。类网络地址或主机地址。081624 31CommandVersion1Must be 0Address Family IdentifierMust be 0IP AddressMust be 0Must be 0MetricVersion1 报文格式 可重复25次通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1820页页4.1 报文域报文域Command：1=Request 请求部分或全部选路信息；请求部分或全部选路信

18、息；2=Response 发送方给出自己选路表内的发送方给出自己选路表内的(V，D)；9=更新请求；更新请求；10=更新响应；更新响应；11=更新确认。更新确认。Address Family Identifier：2 IP address；未定义掩码，只能用于有类地址方式。未定义掩码，只能用于有类地址方式。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1821页页4.2 V-D对对V是是IP地址格式（地址格式（4字节），可为：字节），可为：网络地址，网络地址，A、B、C类地址；类地址；主机地址；主机地址；存在子网时，网络地址和主机地址存在二义性；存在子网时，网络

19、地址和主机地址存在二义性；如果无二义性解释时，也可发送子网地址。如果无二义性解释时，也可发送子网地址。V0.0.0.0 表示缺省路由：表示缺省路由：可通告缺省路由；可通告缺省路由；路由器能根据距离值供选择缺省路由。路由器能根据距离值供选择缺省路由。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1822页页4.3 RIPv2的扩展的扩展RIPv2格式：格式：路由标记：路由起点、自治域号等额外信息；路由标记：路由起点、自治域号等额外信息；RIP2实现对实现对CIDR的扩展。的扩展。081624 31CommandVersion=2Must be 0Address F

20、amily Identifier目的网的路由标记目的网的路由标记目的网地址（目的网地址（IP Addr）目的网掩码（目的网掩码（Mask）到目的网的下一网关（到目的网的下一网关（Next Hop）到目的网的距离（到目的网的距离（Metric） 可重复25次通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1823页页4.4 RIP的讨论的讨论距离距离16指网络的跨度，而不是路由器的数目；指网络的跨度，而不是路由器的数目；RIP适宜于广播型、分层结构的网络；适宜于广播型、分层结构的网络； 主干网、二级主干、主干网、二级主干、。简单的路由，无法处理时延、容量要求；简单的

21、路由，无法处理时延、容量要求；相对固定的路由，较长时间不变；相对固定的路由，较长时间不变； 无法对网络性能变化（负载、时延等）做出反应（调整路由）；无法对网络性能变化（负载、时延等）做出反应（调整路由）；仍有大量的应用。仍有大量的应用。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1824页页5 Hello 协议协议一个使用延时作距离度量的一个使用延时作距离度量的IGP协议；协议；基本操作：基本操作： 使参与路由协议的机器在时钟上同步；使参与路由协议的机器在时钟上同步； 通过交换通过交换Hello报文估计与邻接报文估计与邻接R的时延；的时延； 用时延为距离度量计

22、算路由和通告路由。用时延为距离度量计算路由和通告路由。主要问题主要问题 协议非常不稳定。协议非常不稳定。 时延测量的不稳定平滑、门限；时延测量的不稳定平滑、门限； 负载使得时延不稳定时延变化敏感，容易形成正反馈；负载使得时延不稳定时延变化敏感，容易形成正反馈； 不同信道的不可比因素；不同信道的不可比因素；l大容量的卫星信道，小容量的串行信道。大容量的卫星信道，小容量的串行信道。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1825页页6 OSPF开放的开放的SPF协议协议链路状态选路算法。链路状态选路算法。新成就：新成就： 规范公开，免费使用；规范公开，免费使用

23、； 服务类型选路；服务类型选路； 负载均衡选路；负载均衡选路； 易于网络扩展和管理；易于网络扩展和管理； 支持多种鉴别机制；支持多种鉴别机制； 支持特定主机、子网、特点网络的路由；支持特定主机、子网、特点网络的路由； 虚拟网络拓扑结构，多点接入网的拓扑图；虚拟网络拓扑结构，多点接入网的拓扑图； 包容和通告其它路由信息。包容和通告其它路由信息。显然，需要对传统选路算法和选路表动手术。显然，需要对传统选路算法和选路表动手术。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1826页页6.1 OSPF报文类型报文类型共五种报文：共五种报文：Hello报文，报文，l用于测

24、试邻接路由器的可达性。用于测试邻接路由器的可达性。数据库描述报文，数据库描述报文，l交换网络拓扑数据库。交换网络拓扑数据库。链路状态请求，链路状态请求，l向邻站请求特定链路状态。向邻站请求特定链路状态。链路状态更新、确认，链路状态更新、确认，l通告链路状态的变化信息。通告链路状态的变化信息。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1827页页6.2 OSPF拓扑模型拓扑模型每个路由器都掌握网络拓扑结构：每个路由器都掌握网络拓扑结构： 虚拟网络拓扑结构；虚拟网络拓扑结构； 节点（路由器）和链路（相邻节点的信道）；节点（路由器）和链路（相邻节点的信道）；多点访

25、问网络（如广播型网络）会产生多点访问网络（如广播型网络）会产生N2问题，问题， 使用使用指派路由器指派路由器减少相邻关系。减少相邻关系。R1R2R3R4R1R3R2R4R5R5多点访问网络（以太网）OPSF虚拟拓扑结构产生N2问题用指派路由器减少相邻关系R1R3R2R4R5R1R2R3R4R5ATM/FR/X.25通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1828页页6.3 OSPF域模型域模型多区域：多区域： 每个区域是独立的每个区域是独立的OSPF路由协议范围，路由协议范围，l网络拓扑数据库只包含域内部分；网络拓扑数据库只包含域内部分；lOSPF协议在域

26、边界处终止。协议在域边界处终止。 某些路由器会属于多个区域，某些路由器会属于多个区域，l称为：区域边界路由器；称为：区域边界路由器；l区域边界路由器构成另一个路由域（主干域）。区域边界路由器构成另一个路由域（主干域）。 形成分层路由结构。形成分层路由结构。OSPF域OSPF域OSPF域OSPF域OSPF域OSPF域自治系统RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR2级路由域内路由1级路由（域间路由）2级路由域内路由2级路由域内路由3级路由3级路由RRR域内路由器R域间路由器RAS边界路由器分级路由结构分级路由结构OSPF多区域模型多区域模型通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西

27、南科技大学 by 2022-3-1829页页RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR6.4 OSPF运行环境运行环境IP子网间的子网间的OSPF（物理网络上的（物理网络上的IP子网），子网）， 相邻路由器可通过物理网直接通信。相邻路由器可通过物理网直接通信。IP网络间的网络间的OSPF（多个（多个IP子网构成的子网构成的IP网络），网络）， 相邻路由器在物理上不相邻（存在其它路由器）。相邻路由器在物理上不相邻（存在其它路由器）。IP Net5RIP Net2IP Net4IP Net3RRRIP Net1RRRRRRRRRRROSPF拓扑结构拓扑结构通信网体系与协议通信网体系与协议西

28、南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1830页页6.5 OSPF子协议子协议Hello协议，协议，检测链路是否可用；检测链路是否可用；指派路由器的选举。指派路由器的选举。交换协议，交换协议，交换拓扑数据库内容。交换拓扑数据库内容。扩散协议，扩散协议，通告链路状态改变。通告链路状态改变。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1831页页6.6 OSPF报文和协议报文和协议报文首部：报文首部：Type，1= Hello, 2=Database Request， 3 = Link Status request，4=Link Status update，

29、 5=Link Status response。081624 31VersionTypeLengthSource Router IP AddressArea IDChecksumAuthen typeAuthenticationData通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-3-1832页页6.6.1 Hello协议协议定时与邻站（路由器）联系，并通告本路由器的有效定时与邻站（路由器）联系，并通告本路由器的有效邻站情况；邻站情况；Dead Timer：邻站失效的时限。：邻站失效的时限。081624 31OSPF HeaderNet MaskDead Timer（Sec）Hello IntervalGWay PrioDesignated RouterBack Designated RouterNeighbor1 IP AddressNeighbor2 IP AddressNeighborn IP AddressHello 报文报文通信网