详细分析动态路由协议原理和特点

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1、随着路由的发展，路由协议的种类也有很多，于是我研究了一下动态路由协议的实际应用和详细的介绍， 在这里拿出来和大家分享一下，希望对大家有用。顾名思义，动态路由协议是一些动态生成(或学习到)路 由信息的协议。在计算机网络互联技术领域，我们可以把路由定义如下，路由是指导IP 报文发送的一些 路径信息。动态路由协议是网络设备如路由器(Router)学习网络中路由信息的方法之一，这些动态路由协 议使路由器能动态地随着网络拓扑中产生(如某些路径的失效或新路由的产生等)的变化，更新其保存的路 由表，使网络中的路由器在较短的时间内，无需网络管理员介入自动地维持一致的路由信息，使整个网络 达到路由收敛状态，从而

2、保持网络的快速收敛和高可用性。 路由器学习路由信息、生成并维护路由表的方法包括直连路由(Direct)、静态路由(Static)和动态路由 (Dynamic)。直连路由是由链路层动态路由协议发现的，一般指去往路由器的接口地址所在网段的路径， 该路径信息不需要网络管理员维护，也不需要路由器通过某种算法进行计算获得，只要该接口处于活动状 态(Active)，路由器就会把通向该网段的路由信息填写到路由表中去，直连路由无法使路由器获取与其不 直接相连的路由信息。静态路由是由网络规划者根据网络拓扑，使用命令在路由器上配置的路由信息，这 些静态路由信息指导报文发送，静态路由方式也不需要路由器进行计算，但是

3、它完全依赖于网络规划者， 当网络规模较大或网络拓扑经常发生改变时，网络管理员需要做的工作将会非常复杂并且容易产生错误。 而动态路由的方式使路由器能够按照特定的算法自动计算新的路由信息，适应网络拓扑结构的变化。 动态路由协议的分类 按照区域(指自治系统)，动态路由协议可分为内部网关协议IGP(InteriorGatewayProtocol)和外部网关 协议EGP(ExteriorGatewayProtocol)，按照所执行的算法，动态路由协议可分为距离向量动态路由协议 (DistanceVector)、链路状态动态路由协议(LinkState)，以及思科公司开发的混合型动态路由协议。 OSPF

4、动态路由协议的特点 OSPF 全称为开放最短路径优先。“开放”表明它是一个公开的协议，由标准协议组织制定，各厂商都可 以得到动态路由协议的细节。“最短路径优先”是该动态路由协议在进行路由计算时执行的算法。OSPF 是目前内部网关协议中使用最为广泛、性能最优的一个动态路由。 采用OSPF 动态路由协议的自治系统，经过合理的规划可支持超过1000 台路由器，这一性能是距离向量动 态路由如RIP 等无法比拟的。距离向量动态路由协议采用周期性地发送整张路由表来使网络中路由器的路 由信息保持一致，这个机制浪费了网络带宽并引发了一系列的问题，下面对此将作简单的介绍。 路由变化收敛速度是衡量一个动态路由协议

5、好坏的一个关键因素。在网络拓扑发生变化时，网络中的路由 器能否在很短的时间内相互通告所产生的变化并进行路由的重新计算，是网络可用性的一个重要的表现方面。OSPF 采用一些技术手段(如SPF 算法、邻接关系等)避免了路由自环的产生。在网络中，路由自环的 产生将导致网络带宽资源的极大耗费，甚至使网络不可用。OSPF 协议从根本(算法本身)上避免了自环的 产生。采用距离向量协议的RIP 等协议，路由自环是不可避免的。为了完善这些动态路由协议，只能采取 若干措施，在自环发生前，降低其发生的概率，在自环发生后，减小其影响范围和时间。在IP(IPV4)地 址日益匮乏的今天，能否支持变长子网掩码(VLSM)

6、来节省IP 地址资源，对一个路由协议来说是非常重要 的，OSPF 能够满足这一要求。 在采用OSPF 动态路由协议的网络中，如果通过OSPF 计算出到同一目的地有两条以上代价(Metric)相等的 路由，该协议可以将这些等值路由同时添加到路由表中。这样，在进行转发时可以实现负载分担或负载均 衡。在支持区域划分和路由分级管理上，OSPF 动态路由协议能够适合在大规模的网络中使用，在协议本 身的安全性上，OSPF 使用验证，在邻接路由器间进行路由信息通告时可以指定密码，从而确定邻接路由 器的合法性，与广播方式相比，用组播地址来发送协议报文可以节省网络带宽资源。从衡量路由协议性能 的角度，我们可以看

7、出，OSPF 协议确实是一个比较先进的动态路由协议，这也是它得到广泛采用的主要 原因。 OSPF 动态路由协议的工作原理 上文提到，OSPF 动态路由协议是一种链路状态动态路由协议，那么OSPF 是如何来描述链路连接状况呢？ 抽象模型Model1 表示路由器的一个以太网接口不连接其他路由器，只连接了一个以太网段。此时，对于 运行OSPF 的路由器R1，只能识别本身，无法识别该网段上的设备(主机等)；抽象模型Model2 表示路由 器R1 通过点对点链路(如PPP、HDLC 等)连接一台路由器R2；抽象模型Model3 表示路由器R1 通过点对多 点(如FrameRelay、X.25 等)链路连

8、接多台路由器R3、R4 等，此时路由器R5、R6 之间不进行互联；抽象 模型Model4 表示路由器R1 通过点对多点(如FrameRelay、X.25 等)链路连接多台路由器R5、R6 等，此时 路由器R5、R6 之间互联。以上抽象模型着重于各类链路层动态路由协议的特点，而不涉及具体的链路层 动态路由协议细节。该模型基本表达了当前网络链路的连接种类。 在OSPF 动态路由协议中，分别对以上四种链路状态类型作了描述 对于抽象模型Model1(以太网链路)，使用LinkID(连接的网段)、Data(掩码)、Type(类型)和Metric(代 价)来描述。此时的LinkID 即为路由器R1 接口所

9、在网段，Data 为所用掩码，Type 为3(Stubnet)， Metric 为代价值。对于抽象模型Model2(点对点链路)，先使用LinkID(连接的网段)、Data(掩码)、 Type(类型)和Metric(代价)来描述接口路由，以上各参数与Model1 相似。接下来描述对端路由器R2，四 个参数名不变，但其含义有所不同。此时LinkID 为路由器R2 的RouterID，Data 为路由器R2 的接口地址， Type 为1(Router)，Metric 仍为代价值。对于抽象模型Model3(点对多点链路，不全连通)，先使用LinkID(连接的网段)、Data(掩码)、Type(类型)

10、和Metric(代价)来描述接口路由，以上各参数与Model1 相似。接下来分别描述对端路由器R3、R4 的方法，与在Model2 中描述R2 类似。 对于抽象模型Model4(点对多点链路，全连通)，先使用LinkID(网段中DR 的接口地址)、Data(本接口的 地址)、Type(类型)和Metric(代价)来描述接口路由。此时Type 值为2(Transnet)，然后是本网段中 DR(指定路由器)描述的连接通告。路由器在通报其获知的链路状态(即上面所述的参数)前，加上LSA 头 (LinkStateAdvertisementHead)，从而生成LSA(链路状态广播)。到此，路由器通过LS

11、A 完成周边网络的 拓扑结构描述，并发送给网络中的其他路由器。 计算路由 路由器完成周边网络的拓扑结构的描述(生成LSA)后，发送给网络中的其他路由器，每台路由器生成链路 状态数据库(LSDB)。路由器开始执行SPF(最短路径优先)算法计算路由，路由器以自己为根节点，把LSDB 中的条目与LSA 进行对比，经过若干次的递归和回溯，直至路由器把所有LSA 中包含的网段都找到路径 (把该路由填入路由表中)，此时意味着所到达的该段链路的类型标识为3(Stubnet)。 确保LSA 在路由器间传送的可靠性 从上文可以知道，作为链路状态动态路由协议的OSPF 的工作机制，与RIP 等距离向量的动态路由协

12、议是 不一样的。距离向量动态路由协议是通过周期性地发送整张路由表，来使网络中的路由器的路由信息保持 一致。这种机制存在着上文提到的一些弊病。而OSPF 动态路由协议将包含路由信息的部分与只包含路由 器间邻接关系的部分分开，它使用一种被称作Hello 的数据包来确认邻接关系，这个数据包非常小，它仅 被用来发现和维持邻接关系。 在路由器R1 初始化完成后，它将向路由器R2 发送Hello 数据包。此时R1 并不知道R2 的存在，因此在数 据包中不包含R2 的信息(参数seen=0)。而R2 在接收到该数据包后，将向R1 发送Hello 包。此时， Hello 包中将表明它已知道存在R1 这个邻居。

13、R1 收到这个回应包后就会知道邻居R2 的存在，并且邻居 R2 也知道了自己的存在(参数seen=R1)。此时在路由器R1 和R2 之间就建立了邻接关系，它们就可以把 LSA 发送给对方。当然，在发送时OSPF 考虑到要尽量减少占用的带宽，它采用了一些技巧，我们将在下 一节简单介绍这些内容。 众所周知，IP 协议是一种不可靠的、面向无连接的动态路由协议，它本身没有确认和错误重传机制。那 么，在这种协议基础之上，要做到数据包丢失或出错后进行重传，上层协议必须本身具备这种可靠的机制。 OSPF 采取了与TCP 类似的确认和超时重传机制。在机制中，R1 和R2 将进行一种被称作链路状态数据库描 述(

14、DD)的数据包的互传。首先进行协商，从而确定两者之间的主从关系(根据路由器ID 号，ID 号大的将作为Master)。链路状态数据库描述(DD)数据包中包含了一些参数，序列号(seq)、报文号(I)、结尾标识 (M)及主从标志(MS)。从属路由器将使用主路由器发出的DD 包中的序列号(seq)，作为自己的第一个DD 包 的序列号。当主路由器收到从属路由器的DD 包时，就能确认邻接路由器已收到自己的数据包(如果没有收 到或收到的DD 包的序列号不是自己一个DD 包的序列号，主路由器将重传上一个DD 包)，主路由器将序列 号加1(只有主路由器才有权改变序列号，而从属路由器没有)，并发送下一个DD 包，该过程的重复保证 了在OSPF 动态路由协议中数据包传输的准确性，从而为OSPF 协议成为一个准确的动态路由协议打下了基 础。