因特网的路由选择协议详解课件

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1、课件制作人：赵伟,因特网的路由选择协议,课件制作人：赵伟,因特网的路由选择协议 有关路由选择协议的几个基本概念,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，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。,课件制作人：赵伟,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

2、时无法事先知道。,课件制作人：赵伟,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。,课件制作人：赵伟,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

3、部门内部的事情），但同时还希望连接到因特网上。,层次化路由选择系统,子网,核心系统,子网,自治系统,自治系统,全球Internet,CERNET,CHINANET,华北地区网,华南地区网,复杂网络分层管理 路由交换 相同层次 层次之间,课件制作人：赵伟,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

4、内部路由选择协议和度量，但重要的是一个 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。,8.5.1 自治系统AS,自治系统是一个自我管理的网络，统一管理自己内部的路由。 自治系统内部的路由信息无须与外界共享。,课件制作人：赵伟,因特网有两大类路由选择协议,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

5、，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网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-3。,课件制作人：赵伟,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-3）,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),内部与外部网关路由协议,自治系统（Autonomous System）：在同一公

6、共路由选 择策略和公共管理下的网络集合，如一个ISP的网络 内部网关协议（IGP）：在自治系统内交换路由信息 外部网关协议（EGP）：在自治系统间交换路由信息,Autonomous System 100,Autonomous System 200,IGPs: RIP, IGRP,EGPs: BGP,内部网关协议IGPs,内部网关协议是自治系统内部使用的路由协议。一个AS统一使用一种IGP。常见的内部网关协议有： 路由信息协议RIP 开放式最短路径优先协议OSPF 内部网关路由协议IGRP,课件制作人：赵伟,3.5.2 内部网关协议 RIP (Routing Information Protoc

7、ol),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。,课件制作人：赵伟,“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”，,课件制作人：赵伟,“距离”的定义,RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器

8、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。,课件制作人：赵伟,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。,课件制作人：赵伟,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

9、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。 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。,课件制作人：赵伟,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。 (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，则把该项目加到路由

10、表中。 否则 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。 否则 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，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）。 (3) 返回。,课件制作人：赵伟,路由器之间交换信息,RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。 虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它

11、们的路由表当然也应当是不同的。,3 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,3 字节,子网掩码,下一跳路由器地址,UDP 用户数据报,课件制作人：赵伟,RIP2 的报文由首部和路由部分组成。,RIP2 报文中的路由部分由若干个路由信息组成。每个路由信息需要用 20 个字节。地址族标识符（又称为地址类别）字段用来标志所使用的地址协议。 路由标记填入自治系统的号码，这是考虑使RIP 有可能收到本自

12、治系统以外的路由选择信息。再后面指出某个网络地址、该网络的子网掩码、下一跳路由器地址以及到此网络的距离。,课件制作人：赵伟,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。,课件制作人：赵伟,内部网关协议 OSPF (Open Shortest Path First),1. OSPF 协议的基本特点 “开放”表明 OSP

13、F 协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。 “最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法SPF OSPF 只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。 是分布式的链路状态协议。,课件制作人：赵伟,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。,课件制作人：赵伟,OSPF 划分为两种不同的区域,区域 0.0.0.1,区域 0.0.0.3

14、,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R3,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 3,网 5,R8,课件制作人：赵伟,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(backbone area)。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。,课件制作

15、人：赵伟,主干路由器,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,R3,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 3,网 5,R8,课件制作人：赵伟,OSPF 直接用 IP 数据报传送,OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 数据报传送。 OSPF 构成的数据报很短。这样做可减少路由信息的通信量。 数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据报分片传送。分片传送的数据报只要丢失一个，就无法组装成原来的数据报，而整个数据报就必须重传。,课件制作人：赵伟,OSPF 的其他特点,OSPF

16、 对不同的链路可根据 IP 分组的不同服务类型 TOS 而设置成不同的代价。因此，OSPF 对于不同类型的业务可计算出不同的路由。 如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那么可以将通信量分配给这几条路径。这叫作多路径间的负载平衡。 所有在 OSPF 路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。 支持可变长度的子网划分和无分类编址 CIDR。 每一个链路状态都带上一个 32 位的序号，序号越大状态就越新。,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,23 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,课件制作人：赵伟,2. OSPF 的五种分组类型,类型1，问候(Hello)分组