第3章 IP网络中的路由协议.ppt

1、第3章 IP网络中的路由协议,路由基本知识 IP网络中的收敛 计算IP网络中的路由,什么是路由,任何IP网络最重要的一项功能是路由。路由是发现、比较、选择通过网络到达任何目的IP地址的路径的过程。 在典型情况下，路由功能嵌入到称为路由器的专用设备中。然而技术的发展很快使得传统路由器、局域网交换机，甚至于和网络相连的主机之间的差别变得越来越模糊。今天，这三种设备都能发现、比较、选择路由。因此，路由必须被看作功能而不是物理设备。,路由协议的引入,路由器转发分组的依据是经过每个路由器中的路由表 路由表指明了从源站点到目的站点的一条路径,net2,理想的路由算法,算法必须是正确的和完整的。 算法在计算

2、上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，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。,路由器两种基本路由方式,静态路由预编程的，不能发现路由，它们缺少与其他路由器交换路由信息的任何机制。静态编程的路由器只能使用网络管理员定义的路由来转发报文，是非自适应路由，

3、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。 动态路由路由器使用动态路由协议发现路由，之后，路由器通过这些路由来转发报文(或数据报)。是自适应路由，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,自治系统 AS(Autonomous System),自治系统 AS 的定义：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种 AS 内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该 AS 内的路由，同时还使用一种 AS 之间的路由选择协议用以确定分组在 AS之间的路由。 现在对自治系统 AS 的定义是强调下面的事实：尽管一个 AS 使用了多种内部路由选择协议和度量，但

4、重要的是一个 AS 对其他 AS 表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。,路由协议分类,以发现和计算路由的方式对路由协议进行分类 距离-向量 链路-状态,以它们在互联网络中充当的角色进行分类 内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。 外部网关协议EGP (External Gateway Protocol) 若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部

5、网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。,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(interdomain routing)， 在自治系统内部的路由选择叫做 域内路由选择(intradomain routing),静态路由,静态的或预编程的路由是最简单的路由形式。发现和通过网络传播路由的任务由互联网络管理员来完成。静态路由编程的路由器把报文转发至预定的端口。在目的地址和路由器端口之间的

6、关系配置之后，就不再需要路由器来试图发现路由甚至和其他的路由器来交换通向目的地的路由信息。但是有这样的可能，一个路由器对一部分目的地使用静态路由，而对其他的目的地使用动态路由。,静态路由优点,可以使网络更安全：只有一条流进和流出网络的路径(除非定义多条静态路由) 可以更有效地利用资源。它使用少得多的传输带宽。不使用路由器上的CPU来计算路由，并且需要更少的存储器。,静态路由的缺点,在网络发生问题或拓扑结构发生变化时，网络管理员负责手动适应这种变化。,链路中断时的情况,静态路由的好处,。静态路由只适用于小型网络，且到达任一目的地只有一个路径，在这种情况下，静态路由是最有效的路由机制，因为它不消耗

7、任何带宽来发现路由或与其他路由器进行通信。 能配置静态路由来加强安全 使用I P建造外部网到其他公司(公司的雇员在其中做大量的工作)的连接 静态路由是把小的stub网络和广域网连接的最好方式,距离-向量路由协议,在基于距离-向量算法，算法会周期性地把自己的路由表拷贝传给与其直接相连的网络邻居。每一个接收者加上一个距离向量，或它自己的距离“值”到表上，并把它转发给它的直接邻居。这个过程无定向地发生在直接相连的路由器之间。这个一步一步的过程导致每一个路由器得到了其他路由器的信息，最终形成一个网络“距离”的积累视图。积累表用于更新每个路由器的路由表。当这个过程完成时，每个路由器就学习到了到网络资源的

8、“距离”的模糊信息。,内部网关协议 RIP (Routing Information Protocol),1. 工作原理 路由信息协议 RIP 是内部网关协议 IGP中最先得到广泛使用的协议。 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”(hop count)，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”

9、，,“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。,19.2 kbps,2Mbps,2Mbps,2Mbps,使用RIP协议的路由方法,RIP协议路由更新,RIP中路由的更新是通过定时广播实现的。缺省情况下，路由器每隔30秒向与它相连的网络广播自己的路由表，接到广播的路由器将收到的信息添

10、加至自身的路由表中。每个路由器都如此广播，最终网络上所有的路由器都会得知全部的路由信息。 正常情况下，每30秒路由器就可以收到一次路由信息确认，如果经过180秒，即6个更新周期，一个路由项都没有得到确认，路由器就认为它已失效了。 如果经过240秒，即8个更新周期，路由项仍没有得到确认，它就被从路由表中删除。,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。,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（此距离定义为1）。 以后，每一个路由器也只和数目非常有限的

11、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。 RIP 协议的收敛(convergence)过程较快，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。,RIP原理 路由表的构建是基于两个路由器之间的rip路由信息相互广播、蔓延、和学习,路由表维护,RIP协议,距离矢量源信息的获得,距离矢量源信息的获得,距离矢量源信息的获得,距离向量算法,一个路由其收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文的处理方法： (1) 先修改此 RIP 报文中的所有项目：将“下一跳”字段中的地址都改为 X，并将所有的

12、“距离”字段的值加 1。 (2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤： 若项目中的目的网络不在路由表中，则将该项目加到路由表中。 否则（目的网络在路由表中） 若下一跳字段给出的路由器地址和原路由表中的是相同的，则用收到的项目替换原路由表中的项目。 否则 （下一跳字段给出的路由器地址和原路由表中的是不相同的） 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新， 否则（收到项目中的距离大于路由表中的距离），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，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为16（距离为16 表示不可达）。 (4) 返回。,1 1 2

13、 1 3 1 ,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,4 1 6 1 ,1 1 5 1 ,一开始，各路由表只有到相邻路由器的信息,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,“4”表示“从本路由器到网 4”,“1”表示“距离是 1”,“”表示“直接交付”,RIP协议路由表的建立实例,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 1 的距

14、离是 1。” 因此 B 现在也可以到网 1， 距离是 2，经过 A。”,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 2 的距离是 1。” 因此 B 现在也可以到网 2， 距离是 2，经过 A。”,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5

15、,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 3 的距离是 1。” 但 B 没有必要绕道经过路由器 A 再到达网 3，因此这一项目不变。,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,C 说：“我到网 4 的距离是 1。” 但 B 没有必要绕道经过路由器 C 再到达网 4，因此这一项目不变。,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4

16、1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,C 说：“我到网 6 的距离是 1。” 因此 B 现在也可以到网 6， 距离是 2，经过 C。”,最终所有的路由器的路由表都更新了,F,E,D,C,B,A,1 1 2 1 3 1 4 2 B 5 2 E 6 3 B,1 1 2 2 A 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F,1 2 E 2 2 D 3 3 C 4 2 C 5 1 6 1 ,1 3 B 2 3 B 3 2 B 4 1 5 2 F 6 1 ,网 2,网 6

17、,网 5,网 1,网 3,网 4,1 2 A 2 1 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 5 3 C 6 2 C,练习题:,假设网络中的路由器B的路由表有如下的项目(这三项分别是“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”） N1 7 A N2 2 C N6 8 F N8 4 E N9 4 F,现在B收到从C发来的路由信息（这两项分别表示“目的网络”和“距离”）,N2 4 N3 8 N6 4 N8 3 N9 5,试求出路由器B更新后的路由表（详细说明每一步）,答案：路由器B更新后的路由表如下： N1 7 A 无新信息，无变化 N2 5 C 相同的下一

18、跳，更新 N3 9 C 新的项目，添加进来 N6 5 C 不同的下一跳，距离更短，更新 N8 4 E 不同的下一跳，距离一样，不改变 N9 4 F 不同的下一跳，距离更大，不改变,距离-向量路由的缺点,在一定环境下会产生路由问题。比如，当网络失败或发生其他变化时，路由器需要一些时间才能收敛到对网络拓扑的重新认识。在收敛过程中，网络可能是脆弱的，产生不一致的路由，甚至路由环。有许多措施来防止这些情况发生，但在收敛过程中，网络的性能仍处于危险之中。因此，旧的收敛慢的距离-向量协议不适合于大的、复杂的广域网。,即使在更小的网络中，距离-向量路由协议也会产生问题，或者至少距离-向量路由协议也不是最优的

19、。这是因为简单性的长处也会成为不足的来源,距离-向量路由的优点,距离-向量协议是非常简单的协议，容易配置、维护和使用。因此，它对于非常小的、几乎没有冗余路径且无严格性能要求的网络非常有用。距离-向量路由协议集中体现在路由信息协议( RIP )中。RIP使用单一的距离标准耗费来决定一个报文要选择的最好路径。RIP已广泛使用了几十年，最近才被证明有更新的必要。,链路-状态路由,链路-状态路由算法-越来越多的人认为是最短路径优先( SPF )协议-维护一个复杂的网络拓扑数据库。与距离-向量路由协议不同，链路-状态协议形成和维护网络路由器的全部信息，以及它们是如何互联的。可以通过和网络中的其他路由器交换链路-状态通告( LSA )来实现这一点。 交换了LSA的每一个路由器于是使用收到的LSA建造一个拓扑数据库。SPF算法用于计算目的地的可达性。计