网络层(路由选择协议)

《网络层(路由选择协议)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络层(路由选择协议)（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 5 章 网络层5.1 IP地址5.2 IP数据报5.3 路由选择协议15.3 路由选择协议5.3.1 路由器的构成5.3.2 因特网的路由选择协议概述5.3.3 内部网关协议RIP、OSPF5.3.4 外部网关协议BGP 25.3.1 路由器的构成n路由器是一种具有多个输入端口和多个输出 端口的专用计算机，其任务是转发分组。将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去的目的地（即目的网络），把该分 组从路由器的某个合适的输出端口转发给下 一跳路由器。n下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直 到该分组到达终点为止。 3典型的路由器的结构 路由 选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3

2、交换结构输入端口输出端口分组 转发转发表分组处理输出端口11133122223网络层 2数据链路层 1物理层4“转发”和“路由选择”的区别 n“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户 的 IP 数据报从合适的端口转发出去。n“路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动 态地改变所选择的路由。n路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从 路由表得出的。5输入端口对线路上收到的分组的处理 n数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送 到网络层的队列中排队等待处理。物理层处理数据链路层 处理网络层处理分组排队交 换 结 构输入端

3、口的处理从 线 路 接 收 分 组查表和转发6输出端口将交换结构传送来的分组发 送到线路 n当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路 层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，交给 物理层后发送到外部线路。 物理层处理数据链路层 处理网络层处理分组排队 输出端口的处理向 线 路 发 送 分 组缓存管理交 换 结 构7分组丢弃 n若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队 列的速率，则队列的存储空间最终必定减少 到零，这就使后面再进入队列的分组由于没 有存储空间而只能被丢弃。n路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成 分组丢失的重要原因。 85.3 路由选择协议5.3.1 路由器的构成5.3.2 因

4、特网的路由选择协议概述5.3.3 内部网关协议RIP、OSPF5.3.4 外部网关协议BGP 95.3.2 因特网的路由选择协议概述1. 理想的路由算法n算法必须是正确的和完整的 n算法在计算上应简单 n算法应能适应通信量和网络拓扑的变化（自适应 性 ）n算法应具有稳定性 n算法应是公平的 n算法应是最佳的10关于“最佳路由” n不存在一种绝对的最佳路由算法。n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。n实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法 。 n路由选择是个非常复杂的问题n它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。n路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时

5、无 法事先知道。 11静态路由选择、动态路由选择策略n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。 n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。 12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。n因特网的规模非常大。n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。n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（这属于本部 门内部的事

6、情），但同时还希望连接到因特网上 。 13自治系统 AS(Autonomous System) 自治系统 AS 的经典定义： 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。14自治系统 AS(Autonomous System) 目前的因特网，一个大的ISP就是一

7、个自治系统。n中国三大基础电信运营商：n中国电信：拨号上网、ADSL、FTTx、CDMA无线上网、3G CDMA2000无线上网、WiFi无线上网n中国联通：拨号上网、ADSL、FTTx、GPRS无线上网、3G WCDMA无线上网/WiFi无线上网n中国移动：2G GPRS和EDGE无线上网、TD-SCDMA无线上 网、WiFi无线上网、拨号上网、ADSL、FTTx15ISPn珠江宽频：Cablen长城宽带：FTTxn中海宽带：FTTxn广东有线视讯宽带网：CablenE家宽：FTTxn东方有线：Cablen杭州华数：Cablen深圳天威视讯：Cablen中国教育和科研计算机网：FTTx、AD

8、SLn中国科技网（隶属于中国科学院计算机网络信息中心）：FTTxn方正宽带：FTTxn歌华有线：Cablen东南网络：Cablen海泰宽带n广电宽带n四川艾普宽带16因特网有两大类路由选择协议 n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。n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

9、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-4。 17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）R1R2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) 18注意 n因特网的早期 RFC 文档中未使用“路由器”而是 使用“网关”这一名词。但是在新的 RFC 文档中 又使用了“路由器”这一名词。应当把这两个属于当作同义词。n

10、IGP 和 EGP 是协议类别的名称。但 RFC 在使用 EGP 这个名词时出现了一点混乱，因为最早的一 个外部网关协议的协议名字正好也是 EGP。因此 在遇到名词 EGP 时，应弄清它是指旧的协议 EGP 还是指外部网关协议 EGP 这个类别。 195.3 路由选择协议5.3.1 路由器的构成5.3.2 因特网的路由选择协议概述5.3.3 内部网关协议RIP、OSPF5.3.4 外部网关协议BGP 20内部网关协议 RIP(Routing Information Protocol)1. 工作原理n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。nRIP 是一种分布式的基

11、于距离向量的路由选择协议。nRIP 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。 21“距离”的定义 n从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。n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。nRIP 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。n这里的“距离”实际上指的是“最短距离”.22“距离”的定义 nRIP 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”。nRIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。n“距离”的最大值为16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用

12、于小型互联网。nRIP 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。 23RIP 协议的三个要点 n仅和相邻路由器交换信息。 n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。 n按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每 隔 30 秒。 24路由表的建立 n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）。n以后，每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。n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

13、跳路由 器的地址。nRIP 协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治 系统中所有结点都得到正确的路由选择信息的过程较 快。 252. 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

14、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 ）。 (4) 返回。 26路由器之间交换信息 nRIP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）。n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 ，它们的路由表当然也应当是不同的。 274 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

15、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4 字节子网掩码下一跳路由器地址UDP 用户数据报28nRIP2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。n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。n路由标记填入自治系统的号码，这是考虑使RIP 有可能收到本自治系统以外的路由选择信息.n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。 29RIP 协议的优缺点 nRIP 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。n RIP

16、协议最大的优点就是实现简单，开销较小。nRIP 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）。n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。 30R2R1网 1网 3网 2正 常 情 况1 1 1 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 1，是直接交付。”“1”表示“从本路由器 到网 1”“1”表示“距离是 1”“”表示“直接交付”31R2R1网 1网 3网 2正 常 情 况1 1 1 2 R1R2 说：“我到网 1 的距离是 2，是经过 R1。”“1”表示“从本路由器 到网 1”“2”表示“距离是 2”“R1”表示 经过 R132R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正 常 情 况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 16 （表示无法到达），是直接交付。”但 R2 在收到 R1 的更新报文之前，还发送原来的报文，