路由路由发生在 ' 网络参考模型中的第三层网络层路由就是通过互联网络把信息从源地址传输到目的地址的活动一条路由仅仅是主机到网关或前一个网关到另一个网关的一条路径并不是规定的全部路由然后再由网关把包转发到目的地主机或另外一个网关路由选择路由选择是指选择一条发送报文的路径它是由层来完成路

Size: px

Start display at page:

Download "路由路由发生在 ' 网络参考模型中的第三层网络层路由就是通过互联网络把信息从源地址传输到目的地址的活动一条路由仅仅是主机到网关或前一个网关到另一个网关的一条路径并不是规定的全部路由然后再由网关把包转发到目的地主机或另外一个网关路由选择路由选择是指选择一条发送报文的路径它是由层来完成路"

谆汤
7 years ago
Views:

1 第章互联网路由技术互联网是由路由器相互互联的多个物理网络组成的路由器是网络互联中必不可少的重要设备因此有必要了解互联网的路由技术本章将从路由技术的产生及发展历程路由基本知识路由协议及路由器扩展这些方面进行介绍概述路由是把信息从源穿过网络传递到目的地的行为路由的话题早已在计算机界出现但直到世纪年代中期才获得商业成功这一时间延迟的主要原因是早期的网络很简单一直到大型网络的时候才较为普遍路由技术的产生和发展历程与互联网技术的逐渐发展规模日趋庞大内容丰富多彩是分不开的因此要探究路由技术的产生和发展必须首先回顾一下互联网的产生源头成长历程以及目前发展状态! 最早起源于美国国防部高级研究计划署 : )* ) %! 1!$@ %. 的前身该网于年投入使用从此成为现代计算机网络诞生的标志 & 年 $ %$ 送出第一个电子邮件直到世纪末计算机网络与通信相结合而产生出来的覆盖全世界的网络可以看作是人类文明前进的一大步当今世界网络技术日新月异发展规模日趋庞大各种高科技含量的网络设备高带宽传输媒质丰富多彩的网络内容不断涌现同时计算机网络也逐渐发展成覆盖全世界的网络规模十分庞大但所有组成单元必须被合理地组织连接传输分发和共享才能体现其高性能和多用途这个时候需要组织丰富多彩的网络设备又要满足不同用户的不同应用需求如传输速率还要尽量提高网络整体资源的利用率互联网路由技术的强大作用就显得更加重要了路由相关概念网关网关连接两个或多个网络并提供路由选择功能网关在网络层进行选择一个网关从别的网关接收数据为其选择路由并按照选定的路由将数据报发送到其他网络然后由目标网络负责把报文发送到目的主机并且网关周期性地检查相连网络的连接状态

2 路由路由发生在 ' 网络参考模型中的第三层网络层路由就是通过互联网络把信息从源地址传输到目的地址的活动一条路由仅仅是主机到网关或前一个网关到另一个网关的一条路径并不是规定的全部路由然后再由网关把包转发到目的地主机或另外一个网关路由选择路由选择是指选择一条发送报文的路径它是由层来完成路由选择的是报文从一个地址发送到另外一个地址选择的路径路由类型一条路径只定义从一个主机到一个网关的路径段或者一个网关到另外一个网关的路径段根据路径定义的对象不同把路由分为以下类型主机路由把网关定义到一个指定主机的一条路由网络路由把网关定义到一个指定网络的一条路由缺省路由如果在主机路由和网络路由定义中都没有一条到目的地的路由则使用默认路由路由方式路由方式主要有隐含方式静态方式和动态方式三种隐含路由方式是在配置适配器时进行和完成的静态路由方式是由网络管理员设置好的需要人工维护路由动态路由方式需要守护进程自动更新路由表通常路由选择的守护进程会周期性查看所有路由刷新信息并将收到的路由选择表信息进行广播以便其他路由器更新其路由选择表路由表为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径并将该数据有效地传送到目的站点是路由的主要作用由此可见选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在如果要完成这项工作就需要在每个路由器中保存着各种传输路径的相关数据也就是路由表 $ 8 供路由选择时使用路由表中保存着子网的标志信息网上路由器的个数和下一跳路由器的名字等内容路由表的表示方法路由算法根据许多信息来填充路由表目的下一跳地址对告知路由器到达该目的最佳方式是把分组发送给代表下一跳的路由器当路由器收到一个分组它就检查其目

3 标地址尝试将此地址与其下一跳相联系图为一个目的下一跳路由表的例子路由表项路由表的每项有两个成分目的地地址和网关地址根据源主机和目的主机的地址是否在同一个网段路由表项分为以下三类直接路由项当源主机地址和目的主机地址同处一个网段时则使用直接路由项间接路由项当源主机地址和目的主机地址不在同一网段时则使用间接路由项到达目的主图目的网络下一跳对应表决定数据的最佳路径机的途径是通过一个或多个网关源主机只需要访问第一跳网关缺省路由项如果目标不在上述两个路由项中则使用默认路由项路由表的分类路由表根据人为改变还是自动变化分为静态路由表和动态路由表由系统管理员事先设置好固定的路径表称为静态 ' 路由表一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的它不会随未来网络结构的改变而改变动态. 路由表是路由器可以根据网络系统的运行状况而自动调整的路由表路由器可以使用路由选择协议 $!$$ $ 提供的功能自动学习和记忆网络运行情况在需要时自动计算数据传输的最佳路径静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围因此在网络中动态路由通常作为静态路由的补充当一个分组在路由器中进行寻径时路由器首先查找静态路由如果查到则根据相应的静态路由转发分组否则再查找动态路由路由器路由器简介路由器是工作在 ' 参考模型第三层网络层的数据包转发设备路由器通常连接两个或多个由子网或点到点协议标识的逻辑端口至少拥有一个物理端口路由器根据收到的数据包中的网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一跳地址并重写链路层数据包头实现数据包的转发路由器分类路由器依据不同的分类原则有多种类型从交换能力上可以分为高端路由器和中低端路由器从系统结构上可以分为模块化结构和非模块化结构在所处的网络位置上可以分为核心路由器和接入路由器在接口性能上可以分为线速路由器和非线速路由器在功能上可以分为通用路由器和专用路由器

4 路由器的发展随着计算机网络规模的不断扩大大型互联网络如! 的迅猛发展路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分路由器也随之成为最重要的网络设备用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及人们已经不满足于仅在本地网络上共享信息而希望最大限度地利用全球各个地区各种类型的网络资源任何一个有一定规模的计算机网络如企业网校园网智能大厦等无论采用的是快速以太网技术 7 技术还是 # 技术都离不开路由器否则就无法正常运作和管理早在多年前就已经出现了对路由技术的讨论但是直到世纪年代路由技术才逐渐进入商业化的应用路由技术之所以在问世之初没有被广泛使用主要是因为世纪年代之前的网络结构都非常简单路由技术没有用武之地直到最近二十年来大规模的互联网络才逐渐流行起来为路由技术的发展提供了良好的基础和平台目前路由器已经广泛应用于各行各业各种不同档次的产品已经成为实现各种骨干网内部连接骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军路由是指信息从源穿过网络传递到目的地的行为在传播路径中至少经过一个中间节点路由通常与桥接来对比在粗心的人看来它们似乎完成的是同样的事它们的主要区别在于桥接发生在 ' 参考模型的第二层数据链路层而路由发生在第三层网络层这一区别使二者在传递信息的过程中使用不同的信息从而以不同的方式来完成其任务提到路由就不能不提到路由器路由器是互联网络的枢纽是一种连接多个网络或网段的网络设备它能将不同网络或网段之间的数据信息进行翻译以使它们能够相互读懂对方的数据从而构成一个更大的网络路由器是互联网的主要节点设备在当前我国网络基础建设和信息建设方兴未艾之际探讨路由技术在互连网络中的作用地位及其发展方向对于国内的网络技术研究网络建设以及明确网络市场上对于路由器和网络互连的各种似是而非的概念都具有重要的意义随着路由行业的发展路由器技术也在不断地更新和升级从第一代到第五代路由技术正在一步步向智能化迈进在通信网络中的作用更加的重要实现业务灵活性和高性能的有机结合 " 代路由器的体系结构图如表所示表代路由器体系结构对照表结构体系技术特点适应业务环境第一代集中转发总线交换 '$1$ 数据类业务第二代集中分布转发接口模块化总线交换中小企业网数据少量语言类业务第三代分布软件转发总线交换大中型企业网城域网数据少量语音类业务第四代 ' 分布硬件转发网络交换行业骨干网大型城域网数据类业务第五代网络处理器分布转发网络交换行业骨干网大型城域网语音视频虚拟专用网等业务

5 第一代路由器技术集中转发总线交换网络在最开始的时候并不复杂路由器连接的网络和需要处理的负载也很小一个路由器可以由一台计算机连接多个网卡来实现网卡与 5 用总线连接 5 负责路由转发和管理等任务网卡收到数据后通过总线交给 5 处理 5 处理完后再由另一个网卡传递出去第二代路由器技术集中分布转发接口模块化总线交换因为第一代路由器技术中每一个数据的转发都要经过 5 随着网络的逐渐扩大用户的逐渐增多 5 和总线带宽就成为了瓶颈怎样能把 5 和总线的负担降下来呢第二代路由器技术在网卡上做了一些改进因为网络用户经常访问的地方通常都是有限的所以可以在网卡上利用 1 技术把这些路由信息保留下来这样大多数的访问就可以不通过总线和 5 来处理而是直接转发这就在很大程度上解决了 5 和总线的瓶颈问题第三代路由器技术分布转发总线交换随着世纪年代 9 8 技术的出现以及使用协议的网络飞速发展网络用户经常访问的地方已经不再局限于有限的几个这样在第二代路由器中的 1 技术已经不能满足那时候网络的需要路由器 5 和总线带宽再次成为了网络瓶颈随着互联网的发展使用网络的用户的数量也飞速增加路由器的接口数量也显得不足第三代路由技术就是在这种情况下产生的第三代路由技术采用路由与转发相分离的全分布式结构路由的收集和处理功能由一个主控板实现处理后形成的转发表分给各业务板各业务板根据转发表独立进行转发这就实现了高速并行处理使路由器的处理速度大大提高第四代路由器技术 ' 分布转发网络交换世纪年代中后期网络的逐步商业化以及 9 8 技术的迅猛发展互联网用户数量飞速上升网络流量呈指数级增长传统的基于软件的路由技术已经无法满足网络的需要以常见的主干节点 6"( ' 端口来说最小报文为字节则 6"( ' 端口的流量约为 6"#22%22% 为 2 0% % $) 即 2 0%2!% $) 包每秒而且报文处理中的一些复杂操作用传统的方法是不能实现的于是就出现了 ' 实现方式这种方式是把转发过程中的一些复杂操作全部用硬件实现并且在交换网上采用了共享内存的方式解决了内部交换的问题使路由器技术的性能达到了千兆位 " 第五代路由器技术网络处理器分布转发网络交换前面的四代路由器技术的发展都是由于业务发展的需要而产生的在前互联网络泡沫时代所有的问题就是围绕着路由器的转发性能讨论的所以前几代技术进步的关键是速度的提升但是随着互联网的飞速发展作为网络基础的网络技术的不足也充分地显现出来地址缺乏业务服务质量安全问题等严重地阻碍了网络的发展人们发现一切网络技术的发展都应该围绕着业务来进行伴随着新技术的不断出现和标准的逐步成熟对路由器的业务功能要求也随之提高于是第五代路由器技术出现了第五代路由器技术解决了第四代路由器技术固有的不灵活业务周期长等缺点虽然在硬件体系结构上还是继承了第四代路由器技术的成

6 果但是在业务流程上采用了网络处理器技术网络处理器由许多微处理器和一些硬件协处理器组成多处理器并行处理硬件协处理器的作用是当处理一些复杂的操作时采用硬件协处理器来提高性能这样路由器基于业务的高性能就得以体现路由器的网络应用路由器连接网络的基本功能可以从物理层链路层和网络层三个层面来说在物理层连接不同的网络除了中继器外不同互联设备都能在不同程度上连接不同物理介质的网络网桥拥有不同物理介质甚至不同链路封装的局域网接口所以可以连接不同链路的局域网例如 #8 % 以太网与 $0 网络等路由器则几乎拥有所有类型的接口所以可以连接任何类型的网络在物理层连接不同网络的主要工作是编码转换和速率适配不同的物理网络通常有不同的编码方式例如 #8 % 以太网可能使用 - - 编码方式路由器不同接口必须采用相应编码发送路由器以分组为单位在不同接口间转发数据当发送端口和接收端口的数据速率不匹配时可能出现问题当端口缓存满时路由器被迫丢弃数据路由器可以按照不同的策略丢弃分组例如严格按照次序丢弃按照优先级丢弃方式丢弃 9 方式丢弃等超过 " % 的数据缓存下来也没有意义终端设备会假定延时超过 " % 的数据已丢失在链路层连接不同的网络在物理层连接网络路由器只是完成了类似中继器的作用中继器不能实现链路层帧结构之间的转换路由器则可以实现在链路层连接网络不同种类的接口通常采用不同的链路层封装以太网不管是 ## 还是 (8 % 速率都采用 1! 或者 6 封装包 # 端口无疑采用 # 帧来承载包 '4 端口通常采用 4 3 帧来承载封装后的包当路由器在链路层连接网络时应当实现下列相应功能从物理接口取得链路层帧按照配置作链路层转发或提交给网络层从转发端口发送链路层帧在网络层连接不同的网络在数据通信中网络层有多种选择网络层协议可以是协议栈中的层 $* 9! 协议栈中的 + 协议 22 0 协议栈中的甚至 +6" 以及 # 协议所定义的网络层当前由于已成为数据通信的事实标准路由器在网络层连接网络一般体现在连接不同的子网虽然 +6" 和 # 等协议仍有所应用但是现阶段在路由器看来这些都只是链路层承载协议在 * 协议栈中两个属于不同子网的设备必须通过路由器设备来连接网络层以下设备终端网桥等只能和相同子网中的设备直接通信路由器网络层拦截一般情况如图所示 "

7 图路由器连接两个物理网络路由算法及协议典型路由算法路由算法使路由协议必须高效地提供其功能并尽量减少软件和应用的开销当实现路由算法的软件必须运行在物理资源有限的计算机上时高效尤其重要算法设计目标路由算法用于辅助路径选择过程它包括路径信息主要用来启用和维护路由表由于路由选择所采用的算法类型不同因此路径信息也不同路由算法可以根据众多不同的衡量标准选出最佳路径精密的路由算法在路径选择的建立上考虑了多种衡量标准如带宽负载通信成本路径长度路径可靠性和数据包延迟等在选择路由算法时一定要仔细好的路由算法要能经受时间的考验并且能可靠地运行在各种网络环境下在路由协议中路由算法起着非常重要的作用采用何种算法决定了最终的寻径结果通常要综合考虑以下几个设计目标最优化指路由算法选择最佳路径的能力简洁性利用最少的软件和开销提供最有效的功能算法设计简洁灵活性路由算法可以快速准确地适应各种网络环境另外如果在某个网段发生故障路由算法要能及时发现故障并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径健壮性路由算法处于硬件故障负载过高或操作失误等非正常或不可预料的环境时要都能正确运行 " 快速收敛收敛是所有路由器在最佳路径判断上达到一致的过程当某个事件引起网络中的路由不可用时路由器就发出更新信息引发重新计算最佳路径最终达到所有路由器一致公认的最佳路径收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断算法分类路由算法按照不同标准可分为静态和动态单路和多路平等和分级源路由和透明路由域内和域间负载敏感和负载迟钝链路状态和距离向量下面重点介绍链路状态和距离向量算法距离向量算法距离向量算法是一种迭代的异步的和分布式的算法它使用 - 7$!) 算法

8 对于每一条网络上节点间的路径算法指定一个成本费用给它们节点会选择一条总成本经过路径的所有成本总和最低的路径用来把资料从一个节点送到另一个节点距离向量算法过程非常的简单当某节点初次启动时只知道它的邻居节点也就是直接连接到该节点的节点与到该节点的成本这些成本构成路由表内容包括目的地列表每个目的地的总成本以及到某个目的地所必须经过的下一个节点在转发过程中每个节点定时地将目前所知的情况和到各个目的地的成本的信息送给每个邻居节点邻居节点就会检查这些信息并跟目前所知的信息做比较如果到某个目的地的成本比目前所知的低节点就将收到的信息加入自己的路由表这样经过一段时间后网络上的所有节点都将得到所有目的地的最佳路径和最低的总成本当某个节点断线时每个将它当作一条路径的下一个节点的节点会将该路由信息删除再建立新的路由表信息然后它们将这些资讯告诉所有相邻的节点再找出到所有可抵达的目的地的新路径链路状态算法在链路状态算法中每个节点把自己连接到的其他节点的信息传送给网络上所有的节点也就是让每个结点向网络中所有其他路由器广播链路状态节点广播的结果是所有节点具有了该网络的同一个完整的视图每个节点都可根据这个视图来计算出从自己到其他节点的最佳路径算法它是迭代算法使用另一种数据结构树每个节点产生的树都将自己视为根节点整个树包含了网络中所有的节点一开始这个树只有根节点也就是自己节点然后找出在树中已有的节点的邻居节点的集合并且这些节点还未存在树中最后选取一个成本最低的节点加入此树就这样迭代直到所有节点都存入树中为止这棵树用来建立路由表提供最佳的下一个节点让节点能跟网络中其他节点交换数据路由算法的比较在常用的小型网络中距离向量路由协议十分简单但有效且只需要些微管理然而它的规模性不好收敛性也十分差因此促进了较复杂但规模性较好的链路状态路由协议的开发以用在较大型的网络算法计量标准这里主要讨论路由算法中的计量标准! 它是路由算法用以确定到达目的地的最佳路径的计量标准如路径长度为了选路路由算法需要初始化并维护包含路径信息的路由表路径信息常常根据使用的路由算法的不同而不同在选路的时候比较路由表中的! 以确定最佳路径这些! 根据所用的路由算法而不同当然也可以使用许多不同的! 有些复杂的路由算法可以将多个! 结合成为一个复合的! 并依此选择合适的路由在实际应用中常常会将以下几个参量作为! &

9 路径长度路径长度是最常用的路由! 在不考虑网络状况的情况下它能直接反应路径是否最佳一些路由协议允许网管以人工的方式给每个网络链接赋一个代价值在这种情况下路由长度就是所经过各个链接的代价总和有些路由协议定义了跳数即分组在从源到目的的路途中必须经过的网络产品如路由器的个数这种情况下跳数就是路径长度可靠性可靠性在路由算法中指网络链接的可依赖性通常以位误率描述有些网络链接的失效率可能比其他的更多有些网络链接在网路失效后可能比其他的更易修复任何可靠性因素都可以在给可靠率赋值时计算在内通常是由网管给网络链接赋以! 值延迟路由延迟指分组从源通过网络到达目的所花时间影响延迟大小的因素包括中间的网络链接的带宽经过的每个路由器的端口队列所有中间网络链接的拥塞程度以及物理距离由此可见延迟是多个重要变量的综合体以至于它是一个比较常用且有效的! 带宽带宽指在固定的时间可传输的数据量在其他所有条件都等同时 #82% 的以太网链接比 082% 的专线更可取要特别注意一点虽然带宽是链路可获得的最大吞吐量但是通过具有较大带宽的链接做路由不一定比经过较慢链接做路由更好例如当快速链路很忙时数据分组走这条路到达目的所花时间可能要更长 " 负载网络负载指网络资源的承受能力比如路由器的繁忙程度等当然持续地监视这些参数本身也是很耗费网络资源的网络负载有很多计算方法包括 5 使用情况和每秒处理分组数等通信代价通信代价在特定场合中也是一种重要的! 比如相对于网络性能一些公司可能更加关心运作费用即使自己线路的延迟可能较长他们也宁愿通过自己的线路发送数据而不采用昂贵的公用线路在这种情况下通信代价也是一种! 路由协议路由协议就是在路由指导数据包发送过程中事先约定好的规定和标准它通过共享路由选择信息的机制来支持被动路由协议路由选择协议消息在路由器之间传送因特网路由选择协议的特点它属于自适应的选择协议即动态的它是分布式路由选择协议采用分层次的路由选择协议即分为自治系统内部和自治系统外部路由选择

10 协议因特网路由选择协议分类根据网关的位置可将因特网的路由选择协议划分为内部网关协议 ( 具体的协议有和 ' 7 等和外部网关协议 ( 目前使用最多的是 -( 内部网关协议在自治系统中交换路由选择信息的路由协议常用的因特网内部网关协议有 ( ' 和外部网关协议用于在自治系统之间交换路由选择信息的互联网络协议如 -( 根据适用的网络环境也可将因特网路由选择协议划分为距离矢量路由协议与链路状态路由协议距离矢量路由协议采用距离矢量路由选择算法它确定到网络中任一链路的方向向量与距离如 ( 等它是为小型网络环境设计的链路状态路由协议有时叫最短路径优先协议是围绕着图论中的一个著名算法的最短路径算法设计的链路状态路由协议为路由计算而重新生成整个网络的拓扑结构如 ' 7 ' ' 等它更适合大型网络环境路由协议的作用维护路由信息建立修改和维护路由表决定最佳路径路由协议的工作原理各种动态路由协议工作的共同目的是计算和维护路由通常各种动态路由协议的工作过程大致相同都包含以下个阶段邻居发现运行了某种路由协议的路由器会主动把自己介绍给网段内的其他路由器路由器通过发送广播报文或发送给指定的路由器邻居来做到这一点交换路由信息发现邻居后每台路由器将自己已知的路由相关信息发给相邻的路由器相邻路由器又发送给下一台路由器这样经过一段时间最终每台路由器都会收到网络中所有的路由信息计算路由每一台路由器都会运行某种算法并计算出最终的路由来实际上需要计算的是该条路由的下一跳和度量值维护路由为了能够观察到某台路由器突然失效由于路由器本身故障或者连接线路中断等异常情况路由协议规定两台路由器之间的协议报文应该周期性地发送如果路由器有一段时间收不到邻居发来的协议报文则可以认为该邻居失效了各种路由协议工作原理大致类似但在实现细节上会有所不同

11 路由选择原则每个路由协议都维护了自己的路由表这种路由表称为协议路由表协议路由表只记录了本路由协议学习和计算的路由大多数路由协议都支持多进程各个协议进程之间互不影响相互独立各个进程之间的交互相当于不同路由协议之间的路由交互各个路由协议的各个进程维护自己的路由表然后统一汇总到路由表中路由表首先选择路由协议优先级高的路由使用如果协议优先级一致则再选择度量值最优的路由作为路由表的有效路由指导报文转发其余的路由作为备份如果有效路由失败再进行重新选择对于相同的目的地不同的路由协议包括静态路由可能会发现不同的路由但这些路由并不都是最优的事实上在某一时刻到某一目的地的当前路由仅能由唯一的路由协议来决定为了判断最优路由各路由协议包括静态路由都被赋予了一个优先级当存在多个路由信息源时具有较高优先级的路由协议发现的路由将成为当前路由各种路由协议及其发现路由的默认优先级如表所示表路由协议及默认时的路由优先级路由协议或路由种类相应路由的优先级路由协议或路由种类相应路由的优先级 ' 7' " ' 7 ' 7 '' " ' ' " -( "" ' (- " 5 < 9 " 路由的度量值路由度量值表示到达这条路由所指目的地的代价也称为路由权值各路由协议定义度量值的方法不同通常会考虑以下因素跳数链路带宽链路延迟链路使用率链路可信度链路 # 5 不同的动态路由协议会选择其中一种或几种因素来计算度量值在常用的路由协议里使用跳数来计算度量值跳数越小其路由度量值也就越小而 ' 7 使用链路带宽来计算度量值链路带宽越大路由度量值也就越小度量值通常只对动态的路由协议有意义静态路由协议的度量值统一规定为路由度量值只在同一种路由协议内才有比较意义不同的路由协议之间的度量值没 &

12 有可比性也不存在换算关系路由协议的性能指标路由协议的性能指标主要体现在以下几个方面协议计算的正确性主要指路由协议所采用的算法会不会产生错误的路由而导致自环不同路由协议所采用的算法不同所以其正确性也不相同总体来说链路状态算法协议如 ' 7 在算法上杜绝了产生路由环的可能性所以在此项指标上占优路由收敛速度路由收敛是指全网中路由器的路由表达到一致收敛速度快意味着在网路拓扑发生变化时路由器能够更快地感知并及时更新相应的路由信息 ' 7-( 等协议的收敛速度要快于协议所占用的系统开销路由器在运行路由协议时需要消耗系统资源如 5 内存等因为工作原理的不同各路由协议对系统资源的需求也不同例如 ' 7 路由计算需要的系统资源要大于协议自身的安全性协议安全性是指协议设计时有没有考虑防止攻击 ' 7 * 有相应的防止协议攻击的认证方法而 * 没有 " 协议适用网络规模不同路由协议所适用的网络规模拓扑不同因为协议在设计时有跳的限制所以应该应用在较小规模网络中而 ' 7 可以应用在多达几百台路由器的大规模网络中 -( 能够管理全世界所有的路由器其所能管理的网络规模大小只受系统资源的限制单播网络路由协议如前所述根据网关的位置可将因特网的路由选择协议划分为内部网关协议 ( 具体的协议有和 ' 7 等和外部网关协议 ( 目前使用最多的是 -( 内部网关路由协议内部网关协议按照路由器相互通信的方式以及选择最佳路径标准的不同可分为三类距离矢量路由选择协议通过定期地广播路由表进行相互路由信息的通信并且根据到达目的网络的距离来判断最佳路径这里所说的距离可以是路由的跳数路径的长短速度的快慢等例如路由信息协议 $ :$! $!$$ $ 对于小型网络采用基于距离向量算法的路由协议易于配置和管理且应用较为广泛链路状态路由选择协议只有当链路发生变化时才发送路由信息并且根据宽带来判断最佳路径例如开放最短路径优先协议 2'1$!% 17!% ' 7 和 ' ' 协议混合路由选择协议综合了距离矢量路由选择协议和链路状态路由选择协议的特点路由行为介于两者之间例如增强型内部网关路由协议 1 )! $! &

13 1 2G>F)6= 1 ; 0L* ?6 M!,/@)*' " 路由协议分析础 #')/* 基一种古老的基于距离矢量算法的路由协议!通过计算抵达目的地的最少跳数 )/* 是 & 选取最佳路径" 路由器收集所有可到达目的地的不同路径!并且把最少花费的 I6P'来到达目的地的路径信息保存到路径表中!除最佳路径外!任何其他不是最佳路径的信息均丢弃" 同时通过)/* 协议!路由器把所收集的路由信息通知给其他相邻路由器" 这样! 正确的路由信息就扩散到了全网" 图!<! 举例说明了具有' 个叶子子网的一个(9&自治系统'!在该图中指出了从源( 到所有叶子子网的跳数"!"8*/ 图!<!! 一个自治系统的一部分协议的跳数最多计算到#4 跳!当超过这个数字时!)/* 协议会认为目的地不可达在中!邻居之间通过使用一种)/* 响应报文交换选路信息!每!"7相互交换一次" 一台路由器或主机发出的响应报文包含了多达&4 个(9 内的目的子网列表!还有发送方到其中每个子网的距离" 响应报文又被称作)/* 通告" 下面是有关)/* 通告是如何工作的简单例子" 考虑在图!<. 中显示的一个(9 的一 )/* " )/* 图!<.! 收到来自路由器( 的通告之前路由器J 的转发表 8&!

14 部分和路由器J 的转发表" 在该图中!连接路由器的线表示子网" 仅有选中的路由器子网G!D!F!O被标记了" 转发表有三列!第一列为目的子网!第二列指出了 (! E! K! J与沿着到目的网络的最短路径上的下一跳路由器标识!第三列指出了沿最短路径到目的子网跳数" 对于该例而言!该表指出了从路由器J 发送一个数据报到目的子网G!该数据报应首先被转发到相邻路由器(#该表还指出沿着最短路径到目的子网G 为两跳距离! 类似的!子网O经路由器E 为8 跳距离" 现在假定!"7后!路由器J 收到来自路由器( 的如图!<4 所示的通告" 注意到该通告正是来自路由器( 的选路表信息!该信息特别指明了子网O离路由器( 仅有. 跳距离!路由器J 一旦收到该通告!将该通告与旧路由表合并" 特别是路由器J 知道了有一条通过路由器( 到子网O的路径比通过路由器E 的路径短!因此!路由器J 更新其选路表!记下更短路径!如图!<4 所示" 图!<4! 收到来自路由器( 的通告后!路由器J 中的转发表一台路由器一旦超过#$"7没有监听到其邻居!则该邻居不再被认为是可达的" 当有这种情况发生时!)/* 修改本地路由表!并通过向相邻路由器发送通告来传播该信息" 路由器在SJ* 上使用端口号4&" 相互发送)/* 请求与响应报文!该SJ* 报文段在标准 /* 分组中承载于路由器之间" 图概括说明了在一个系统中通常是如何实现! < ' )/* S+/C 的" 一个称为36=12A的进程执行)/*!即维护选路信息并与相邻路由器中的36=12A 进程交换报文" 因为)/* 是被当作一个应用层进程来实现!它能在一个标准套接字上发送和接收报文!并且使用一个标准的传输层协议!如图!<' 所示!)/* 是运行在SJ* 上的应用层协议" 优缺点 &')/* 的在小型网络使用中!)/* 占用的带宽小!易于配置$管理和实现" 但)/* 也有明显的缺点( 8!!

15 & 图作为!$ ) 进程的实现协议中规定一条有效的路由信息的跳数不能超过 " 这样就使协议无法应用于很大型的网络应该说正是由于设计者考虑到该协议只适合于小型网络所以才进行了这一限制对于跳数大于或等于的目标网络来说认为其不可到达收敛速度慢该路由协议应用到实际中时很容易出现计数到无穷大的现象当网络拓扑结构发生变化以后需要很长时间路由信息才能稳定下来路由选择依据欠合理该协议以跳数即报文经过的路由器个数为衡量标准并以此来选择路由这一措施欠合理性因为没有考虑网络延时可靠性线路负荷等因素对传输质量和速度的影响协议的改进措施为解决协议收敛速度过慢的情况可以采用水平分割的方法产生计数到无穷大的现象的原因是 - 之间互相传送了欺骗信息针对这种情况自然会想到如果去掉这些欺骗信息那么就可以在一定程度上避免计数到无穷大了而水平分割正是采用了这样一种解决手段普通的水平分割是如果一条路由信息是从 + 端口学习到的那么从该端口发出的路由更新报文中将不再包含该条路由信息带毒化逆转的水平分割是如果一条路由信息是从 + 端口学习到的那么从该端口发出的路由更新报文中将继续包含该条路由信息而且将这条信息的跳数置为普通的水平分割能避免欺骗信息的发送而且减小了路由更新报文的大小节约了网络带宽带毒化逆转的水平分割虽然能够更快地消除路由信息的环路但是增加了路由表更新的负担在应用时应该分析具体情况来选择使用哪一种解决措施路由协议 ' 7 基础世纪年代中期已不能适应大规模异构网络的互连 ' 7 随之产生 ' 7 是 7 的内部网关协议工作组为网络开发的一种路由协议 ' 7 是一种基于链路状态的路由协议运行过程中需要每个路由器向其同一管理域的所有其他路由器广播链路状态信息在 ' 7 的链路状态广播消息中包括所有接口信息所有的量度和一些其他变量利用 ' 7 的路由器首先必须收集相关的链路状态信息然后根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径这一点和基于距离向量的路由协议不同后者仅

16 仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息与不同 ' 7 将一个自治域再划分为区! 相应地有两种类型的路由选择方式当源和目的地在同一区时采用区内路由选择当源和目的地在不同区时则采用区间路由选择这就大大减少了网络开销并增加了网络的稳定性当一个区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其他区路由器的正常工作这也给网络的管理维护带来方便 ' 7 协议的主要优点 ' 7 是真正的 3 7 无路由自环路由协议源自其算法本身的优点链路状态及最短路径树算法 ' 7 收敛速度快能够在最短的时间内将路由变化传递到整个自治系统提出区域划分的概念将自治系统划分为不同区域后通过区域之间对路由信息的摘要大大减少了需传递的路由信息数量也使得路由信息不会随网络规模的扩大而急剧膨胀将协议自身的开销控制到最小用于发现和维护邻居关系的是定期发送的不含路由信息的 1 $ 报文报文短小包含路由信息的报文是触发更新的机制而且只有在路由变化时才会发送但为了增强协议的健壮性每 % 全部重发一次在广播网络中使用组播地址而非广播发送报文减少对其他不运行 ' 7 的网络设备的干扰在各类可以多址访问的网络中广播和非广播多路访问网络通过选举指定路由器使同网段的路由器之间的路由交换同步次数由次减少为次提出 ' 5- 区域的概念使得 ' 5- 区域内不再传播引入的 ' 路由在 - 区域边界路由器上支持路由聚合进一步减少区域间的路由信息传递在点到点接口类型中通过配置按需播号属性 ' 7$*! )! % 使得 ' 7 不再定时发送 1 $ 报文及定期更新路由信息只在网络拓扑真正变化时才发送更新信息 " 通过严格划分路由的级别共分为级提供更可信的路由选择良好的安全性 ' 7 支持基于接口的明文及 # " 验证 & ' 7 适应各种规模的网络最多可达数千台在过大的单区域下运行 ' 7 面临的问题频繁调用 ' 7 算法任何一个网络的变化所有的路由器都需要重新计算路由表这种计算会使用非常多的 5 周期链路状态数据库过大路由器为区域内的每一个网络维护一条链路状态信息路由表过大每台路由器为每个网络至少维持一条路由条目为了解决这些问题 ' 7 协议使用一种称为体系化路由的技术即能够把大型网络划分成多个易于管理的逻辑的小型区域这些区域之间仍然会进行路由称为区域间路由但许多区域内的路由运算被限制在特定的区域内 ' 7 的区域类型骨干区域 - 08$! 当设计多个区域时必须有一个区域是骨干区域 &"

17 骨干区域用! 标志骨干区域也是其他区域的核心即其他区域都必须与骨干区域有直连的物理链路骨干区域接受所有其他非骨干区域的路由信息并负责把这些路由信息传递到另外的一些非骨干区域该区域是非骨干区域的转接区域标准区域 ' )!) $!! 像单区域规划时那样的区域这种区域内的路由器除了有自己区域内的路由信息外还可以接受区域间的路由信息和外部自治系统外路由信息末节区域 ' 8! 不接受外部路由信息的区域称为末节区域末节区域内的路由器使用默认路由把数据送达自治系统外完全末节区域 $.' 8! 完全末节区域既不接受外部路由信息也不接受其他区域的路由信息在该区域内的路由器使用默认路由把数据送达其他区域或自治系统外完全末节区域属性是 ' 专有属性 " 次末节区域 $ '$' 88.! '' 次末节区域是一种混合型末节区域可以接受某些自治系统外的路由信息在多区域环境下路由器的接口可能会运行在不同的区域中因此区域的边界就会在路由器内部产生 " 根据路由器接口运行的区域 ' 7 路由器类型的划分内部路由器所有运行 ' 7 的接口都在同一个区域内的路由器称为内部路由器如图 & 中的图 & ' 7 路由器类型骨干路由器至少有一个接口运行在! 中的路由器如和区域边界路由器! -$!)!$!- 有连接多个区域的接口的路由器如这些路由器为它们所连接的每个区域维护着单独的链路状态数据库 - 可以从它所连接的某个区域的链路状态数据库中总结概括路由信息并将该信息从连接其他区域的接口通告到其他区域 - 是区域的出口自治系统边界路由器 $$ $ %'.% -$!)!$!'- 至少有一个接口与外部网络相连的 ' 7 路由器如这种路由器可以通过路由再发布 ) %! 8 $ 技术把非 ' 7 的路由信息引入到 ' 7 网络中外部网关路由协议外部网关路由协议最初采用的是 ( ( 是为一个简单的树型拓扑结构而设计的随着越来越多的用户加入! 给 ( 带来了很多的局限性为了摆脱 ( 的局限 &

18 性 7 边界网关协议工作组制定了标准的边界网关协议 -$!)!( /.!$$ $ -( -( 基础 -( 路由协议是为互联网设计的外部网关协议在多个自治域之间使用它既不是单纯的基于距离向量算法也不是纯粹基于链路状态算法的协议它的主要功能是与其他自治域的 -( 交换网络可达信息各个自治域内可以运行不同的内部网关协议 -( 更新的信息是包括自治域路径和网络号的成对信息自治域路径主要是包括到达某个特定网络必须经过的自治域串为了保证传输的可靠性 -( 将这些更新信息通过传送出去作为自治系统间选路协议 -( 为每个 ' 提供一种手段以处理从相邻 ' 获取子网可达性信息向该 ' 内部的所有路由器传播这些可达性信息基于该可达性信息和 ' 策略决定到达子网的最佳路由在 -( 中路由器对通过使用 & 端口的半永久连接来交换选路信息对于每条直接连接位于两个不同的 ' 中的路由器链路而言通常有一条这样的 -( 连接因此在图中在网关路由器和之间有一条连接在网关路由器 8 和之间有另一条连接在一个 ' 中的路由器之间还有许多半永久 -( 连接图中显示了一个 ' 内部的每对路由器之间的一条连接的通常配置在每个 ' 内部产生了网状的连接对于每条连接位于该连接端点的两台路由器被称为 -( 对等方沿着该连接发送所有 -( 报文的连接被称为 -( 会话此外跨越两个 ' 的 -( 会话被称为外部 -( 会话 -( 在同一个 ' 中的两台路由器之间的 -( 会话被称为内部 -( 会话 -( 图中 -( 显示为长虚线 -( 显示为短虚线图 -( 和 -( 会话在网关路由器和之间使用 -( 会话 ' 向 ' 发送一个自 ' 可达的前缀列表 ' 向 ' 发送自 ' 可达的前缀列表类似的 ' 和 ' 通过它们的网关 &&

19 路由器 8 和交换它们的可达性信息在任何 ' 中的网关路由器接收到 -( 学习到的前缀后该网关路由器使用它的 -( 会话来向该 ' 中的其他路由器发布这些前缀因此不仅在 ' 中的非 -( 路由器将得知 ' 的前缀而且网关路由器 8 也将得知这些前缀在 ' 中的网关路由器 8 因此能向 ' 重新通告 ' 的前缀当一个路由器得知一个新前缀它为该前缀在其转发表中创建一个项 -( 协议特点作为外部网关协议 -( 发送和引入路由的单位是整个 ' 自治区域即 -( 要发送本地路由器所在的 ' 内部的所有路由引入其他 ' 自治区域的所有路由假设不使用路由策略控制发送和引入其路由数量显然要远远大于 ( 发送和引入的路由数量因此类似于 ( 那样定时对外广播路由信息是不可取的 -( 采用发送路由增量! 的方法完成全部路由信息的通告和维护初始化时发送所有的路由给 -( 对端 -(! 同时在本地保存了已经发送给 -( 对端的路由信息当本地的 -( 收到了一条新路由时如通过 ( 注入了新路由或加入了新的静态路由与保存的已发送信息进行比较如未发送过则发送如已发送过则与已经发送的路由进行比较如新路由花费更小则发送此新路由同时更新已发送信息反之则不发送当本地 -( 发现一条路由失效时如对应端口失效如果此路由已发送过则向 -( 对端发送一个退出路由消息 -( 邻居建立过程手动配置邻居一对邻居地址间经三次握手建立连接在连接建立好的基础上互相发送 2 报文协商 -( 参数建立 -( 邻居 -( 不同 ' 间建立 -( 邻居用于在 ' 之间传播路由一般使用直连端口来建使用 3$$28 0 地址建立邻居需满足以下条件两端能互相通信需要使用 8 2 1$2 来修改 3 值 -( 默认为 -( 同一 ' 内建立 -( 邻居一般使用 3$$28 0 建立邻居 -( 3 值默认为 "", 1$2 % : 向 -( 邻居通告路由时将下一跳改变为自己默认情况下 -( 路由传播不改变下一跳可以通过使用, 1$2 % : 命令改变为自己本地始发的路由下一跳为 666 向 -( 邻居通告时将下一跳改变为自己默认情况下多路访问介质上的 -( 路由传播不改变下一跳包括 -( -( -( 路由优化如果拥有多个互联网连接就会知道仅仅简单使用 -( 很难得到最优的路由路径在这点上没有电信网络的 & 号信令系统精妙 ' '.% &''& 作为电话网络的控制面 ''& 在一次通话建立之前能够决定出最好的路径互联网上没有这样的控制 &

20 也能决定路由&这点与998 在不打断内部或外部用户的情况下让边缘路由器通过一个首选的连接传输业务!如果首选连接失败则通过次选连接提供业务" 选择一个路由时!如果能考虑到每个接所能提供路由通路的性能等因 /9* 连素的话!情况肯定会更好")6=129?;20?2的*>1IK60136M是这样一种新产品!它不仅可以的优先路由"*>1IK60136M#T# 运行在Q;0=D 上!提供独立的功能!一个用于报告!一个用于管理! 对等体都有一个接口" $" %!*/ 组播路由协议 $" %"!! 组播简介在络中!节点之间的通信通常采用点到点的方式!即在同一时刻!一个发送源只 /* 网能发送数据给一个接收者!这种通信方式称为单播" 单播以其简洁$实用的通信方式在络中得到广泛使用!如图!<% 所示" /* 网!! 图!<%! 通过单播实现点到多点的传输当利用单播来实现点到多点的传输时!链路上可能会传输大量目的地址不同但内容完全相同的报文!这些内容相同的报文占用了大量的链路带宽!降低了链路带宽的有效利用率" 通过广播方式也可以实现网络中多个接收者收到发送源发送的数据!并且不管接收者数目是多少!发送源只需要发送一份广播数据!如图!<#" 所示" 相对于单播!广播方式减少了发送源的处理!降低了发送源的负荷" 但是采用广播方式!网络中所有主机都会收到广播数据!而不管其是否需要接收" 这样影响数据安全性且导致网络中信息泛滥" 单播和广播均不能以最小的开销实现数据的单点发送$多点接收!/* 组播技术的出现解决了这个问题" 8%!

动态路由选择协议、RIP

动态路由选择协议、RIP 学习沉淀成长分享动态路由协议 RIP 红茶三杯 ( 朱 SIR) 微博 : t.sina.com/vinsoney Latest update: 2012-06-01 课程目标动态路由协议概述 RIP RIP 基础实验动态路由协议概述什么是路由什么是动态路由协议动态路由协议的分类什么是路由 192.168.10.0/24 172.16.1.0/24 e0 s0 Protocol Connected