RIP和OSPF協(xié)議工作原理分析

1、.寬帶通信網(wǎng)論文題 目：RIP和OSPF協(xié)議工作原理分析班 級：4班學(xué) 號：105508姓 名：郭晉杰 RIP和OSPF協(xié)議工作原理分析郭晉杰 105508摘要：本文主要分析了內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中的路由信息協(xié)議（RIP）和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）這兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理，并從各個方面分析了這兩種路由選擇協(xié)議的區(qū)別，總結(jié)出了其分別適用的網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞：路由信息協(xié)議； 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議； 自治系統(tǒng)引言在如今的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩臺非直接連接的計算機(jī)需要經(jīng)過幾個網(wǎng)絡(luò)通信時，通常就需要路由器。路由器提供一種方法來開辟通過一個網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)的路徑。那么路徑是怎么建立的呢？路由選擇協(xié)議的任務(wù)是，為路由器提

2、供他們建立通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)最佳路徑所需要的相互共享的路由信息。路由信息協(xié)議（RIP）和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）作為基于TCP/IP的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，深入理解其工作原理對研究計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有著很好的促進(jìn)作用。1. 路由信息協(xié)議1.1 路由信息協(xié)議簡介路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol）是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP中最先得到廣泛應(yīng)用的協(xié)議。這個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最初由加利弗尼亞大學(xué)的BerKeley所提出，其目的在于通過物理層網(wǎng)絡(luò)的廣播信號實現(xiàn)路由信息的交換，從而提供本地網(wǎng)絡(luò)的路由信息。RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，是因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其最

3、大的優(yōu)點就是簡單。1.2 路由信息協(xié)議的工作原理路由信息協(xié)議功能的實現(xiàn)是基于距離矢量的運算法則，這種運算法則在早期的網(wǎng)絡(luò)運算中就被采用。簡單來說，距離矢量的運算引入跳數(shù)值作為一個路由量度。每當(dāng)路徑中通過一個路由，路徑中的跳數(shù)值就會加1。這就意味著跳數(shù)值越大，路徑中經(jīng)過的路由器就有多，路徑也就越長。而路由信息協(xié)議就是通過路由間的信息交換，找到兩個目的路由之間跳數(shù)值最小的路徑。具體來說，在起始階段，每個路由器只含有相鄰路由的信息，相鄰的路由器之間會發(fā)送路由信息協(xié)議請求包以得到路由信息。以此方式，路由器得到了其所知的所有路由器的網(wǎng)絡(luò)信息。之后，每個路由器都會檢查，比較這些信息，并且把到達(dá)每一個不同路

4、由器的路由量度跳數(shù)值最小的路徑信息儲存在路由表中。最終，所有的路由器與其他路由器之間路徑的量度值都會是最小的，即路徑最短。為了避免在起始路由器和目的路由器之間的路徑中出現(xiàn)回路，路由信息協(xié)議設(shè)定了每條路徑中跳數(shù)的極限值。在路由信息協(xié)議中，每條路經(jīng)中跳數(shù)的最大值設(shè)定為15。當(dāng)跳數(shù)的值達(dá)到16時，路徑將被認(rèn)定為無限遠(yuǎn)，同時目的路由器也將被認(rèn)定為無法達(dá)到。跳數(shù)極限值的引入避免了路徑中出現(xiàn)無限循環(huán)的回路，但同時，這也限制了路由信息協(xié)議所能支持的網(wǎng)絡(luò)的大小。一般情況下，路由信息協(xié)議中的路由器以30s為一個周期，每經(jīng)過一個周期或者當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，路由器會發(fā)送路由更新信息。當(dāng)其他路由器受到了路由更

5、新信息時，路由器會檢測信息中的改變，并且更新自身的路由數(shù)據(jù)庫。在路由器更新其路由數(shù)據(jù)庫的工程中，路由器只會保存到達(dá)目的路由器的最佳路徑，即路徑中跳數(shù)值最小的路徑，以此來完成路由信息的更新。當(dāng)一個路由器完成了路由信息的更新后，他將會把更新后的路由信息以廣播的形式發(fā)送給相鄰路由器，以此類推以完成整個網(wǎng)絡(luò)中所有路由器中路由信息的更新。需要注意的是，RIP不能再兩個網(wǎng)絡(luò)之間同時使用多條路由。RIP選擇一條最少路由器的路由器的路由（即最短路由），哪怕還存在另一條高速（低時延）但路由器較多的路由。同時，為了規(guī)范路由器的性能，在路由器資訊協(xié)議中還定義了路由更新計時器，路由超時計時器，以及路由更新計時器。1.

6、3 RIP協(xié)議的特點由RIP協(xié)議的工作原理可以得到，其有如下3個特點： (1)僅和相鄰路由器交換信息。如果兩個路由器之間的通信不需要經(jīng)過另一個路由器，那么這兩個路由器就是相鄰的。RIP協(xié)議規(guī)定，不相鄰的路由器不交換信息。(2)路由器交換的信息時當(dāng)前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。也就是說，交換的信息時：“我到本自治系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)的最短距離，以及到每個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)經(jīng)過的下一跳路由”。(3)按固定的時間間隔交換路由信息，然后路由器根據(jù)收到的路由信息跟新路由表。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，路由器也及時向相鄰路由器通告拓?fù)渥兓蟮穆酚尚畔ⅰ?.4 路由信息協(xié)議的局限雖然路由器資訊協(xié)議是具有簡單，直接等特

7、點。但是，由于本身的不足，路由器資訊協(xié)議在使用中也受到一些限制：(1)由于跳數(shù)極限值的限制，路由器資訊協(xié)議不適用于大型網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)過大，跳數(shù)值將超過其極限，路徑即被認(rèn)定無效，從而使得網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。(2) 由于任意一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以發(fā)送陸游更新信息，路由器資訊協(xié)議的可靠性和安全性無法得到保證。(3) 路由器資訊協(xié)議所使用的均算法則是距離矢量運算，這僅僅考慮了路徑中跳數(shù)值的大小。然而在實際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)時延以及網(wǎng)絡(luò)的可靠性將成為影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此跳數(shù)值無法正確反映出網(wǎng)絡(luò)的真實情況，從而使得路由器在路徑選擇上出現(xiàn)差錯。(4) 路由信息的更新時間過長，同時由于在更新時路由器發(fā)送全部的

8、路由表信息占用了更多的網(wǎng)絡(luò)資源，因此路由器資訊協(xié)議對于網(wǎng)絡(luò)帶寬要求更高，增加網(wǎng)絡(luò)開銷。2. 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議2.1開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議簡介開放式最短路徑優(yōu)先（Open Source Path First）協(xié)議，也是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。它是為克服RIP的缺點在1989年開發(fā)出來的。開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議主要用于在自主系統(tǒng)中的路由器之間傳輸路由信息。相較于路由信息協(xié)議，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議適用網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大，范圍更廣。此外，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議也擺脫了距離矢量的運算法則，而是基于另外一種運算，由Dijkstra提出的最短路徑算法。同時，該協(xié)議也能夠支持分層網(wǎng)絡(luò)，這使得開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)

9、議的應(yīng)用更加具有靈活性，廣泛性。OSPF的第二個版本OSPF2已成為因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。這里需要注意的是，OSPF只是一個協(xié)議的名字，它并不表示其他的路由選擇協(xié)議不是“最短路徑優(yōu)先”。實際上，所有的在自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議都是要尋找一條最短的路徑。2.2開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的工作原理開放式最短路徑協(xié)議是一種內(nèi)向型自治系統(tǒng)的路由協(xié)議，但是，該協(xié)議同樣能夠完成在不同自治系統(tǒng)內(nèi)收發(fā)信息的功能。為了便于管理，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議將一個自治系統(tǒng)劃分為多個區(qū)域。在自治系統(tǒng)所劃分出的各個區(qū)域中，區(qū)域0作為開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議工作下的骨干網(wǎng)，該區(qū)域負(fù)責(zé)在不同的區(qū)域之間傳輸路由信息。而在不同區(qū)域交接出

10、的路由器也被稱作區(qū)域邊界路由器（Area Boarder Routers），如果兩個區(qū)域邊界路由器彼此不相鄰，虛鏈路可以假設(shè)這兩個路由器共享同一個非主干區(qū)域，從而使這兩個路由器看起來是相連的。此外，對于這些話分出的區(qū)域來說，各個區(qū)域自身的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是相互不可見的，這樣就使得路由信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳播大大減少，從而提高了網(wǎng)絡(luò)性能。在開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議中引入了鏈路狀態(tài)的概念。所謂鏈路狀態(tài)，其包含了鏈路中附屬端口以及量度信息。鏈路狀態(tài)公告（Link-State Advertise-ments）在更新路由器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息庫時被廣泛應(yīng)用。路由器中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫就是對于同一區(qū)域中所有路由器所發(fā)

11、布的鏈路狀態(tài)公告的收集，整理，從而形成以整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。鏈路狀態(tài)公告將會在自治系統(tǒng)的所有區(qū)域中傳播，而同一區(qū)域中的全部路由器所廣播的鏈路狀態(tài)公告是相同的。但是，對于區(qū)域邊界路由器來說，這些路由器則負(fù)責(zé)為不同的區(qū)域維持其相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。開放式最短路徑協(xié)議定義了兩種路由通路，分別為區(qū)域內(nèi)路由通路和區(qū)域間路由通路。如果起始點和目的終點在同一區(qū)域中，數(shù)據(jù)分組將會直接從起始點傳到目的終點，這叫做區(qū)域內(nèi)路由通路。同理，當(dāng)起始點和目的終點不在同一區(qū)域中的信息傳輸，叫做區(qū)域間陸游通路。而區(qū)域間路由通路則要更加復(fù)雜。由于起始點和目的終點不在同一區(qū)域中，數(shù)據(jù)分組將首先會從起始點傳到其所在區(qū)域的區(qū)域邊界

12、路由器。之后，通過骨干區(qū)域中的陸游數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)分組將會被傳輸送到目的終點所在區(qū)域的區(qū)域邊界路由器上，進(jìn)而通過該路由器最終傳輸?shù)侥康慕K點。在開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議工作的起始階段，路由器將會向所有端口發(fā)送問候信息分組。問候信息分組是開放式最短路徑協(xié)議的另一重要組成部分，其作用是發(fā)現(xiàn)，維持鄰居路由器并選擇指派路由器和備份指派路由器。此外，問候信息分組還保證了鄰居路由器之間的雙工傳輸方式。當(dāng)兩個共享同一數(shù)據(jù)鏈路的路由器對問候信息分組中的數(shù)據(jù)達(dá)成一致時，這兩個路由器被稱為鄰居，即為鄰居路由器。這個過程被稱為開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的探索機(jī)制。在鄰居路由器確定之后，他們之間以雙工方式進(jìn)行傳輸，并且周期性發(fā)送

13、問候信息分組以確認(rèn)鄰居路由器是否有效。在一些鄰居路由器之間，通過問候信息分組的交換，由于路由器類型和網(wǎng)絡(luò)類型的設(shè)置，這些鄰居路由器將會成為鄰接路由器，即虛擬的點對點連接。鄰接路由器之間的關(guān)系較鄰居路由器更高一層，而這些鄰接路由器之間鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫也是同步的。完成了鄰接路由器的確定之后，每個路由器都會向其所有鄰接路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)公告。鏈路狀態(tài)公告記錄了路由器的連接和端口信息，并且描述了鏈路的狀態(tài)。這些鏈路分別通向子網(wǎng)，其他路由器，自治系統(tǒng)的其他區(qū)域或者外部網(wǎng)絡(luò)。由于這些鏈路狀態(tài)所含有信息的類型不同，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議也定義了多種不同類型的鏈路狀態(tài)公告。當(dāng)路由器從其鄰接路由器處收到鏈路狀態(tài)公

14、告后，路由器將會把這些鏈路狀態(tài)公告將被儲存在其鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中，并且將這些鏈路狀態(tài)公告的拷貝發(fā)送給與其相鄰接的路由器。通過上述方式，鏈路狀態(tài)公告在區(qū)域中傳遞，而同一區(qū)域中的所有路由器也實現(xiàn)了鏈路數(shù)據(jù)庫信息的同步。鏈路狀態(tài)信息庫的信息收集過程完成之后，路由器會根據(jù)最短路徑優(yōu)先運算法則，生成一個無循環(huán)回路的路由通路圖。該圖描述了以該路由器自身為基點，到達(dá)所有已知目的路由器的最短路徑，即開銷最小的路徑。這個路由通路圖被稱為最短路徑優(yōu)先樹。以這種方式，所有路由器最終產(chǎn)生自身的最短路徑優(yōu)先樹，從而完成對整個自治系統(tǒng)的路由配置。開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議采用的是觸發(fā)更新機(jī)制，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，發(fā)生

15、改變部分的鏈路狀態(tài)公告將會以廣播的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳播，而不是整個路由通路表，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的工作效率。同時，路由器收到更新信息后，將會使用最短路徑優(yōu)先運算產(chǎn)生新的最短路徑優(yōu)先樹，以此完成數(shù)據(jù)的更新過程。2.3 OSPF的五中分組類型OSPF共有以下五種分組類型：(1)類型1，問候分組（Hello）,用來發(fā)現(xiàn)和維持鄰接站的可達(dá)性。(2)類型2，數(shù)據(jù)庫描述分株（Database Description）,向臨站給自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的所有鏈路狀態(tài)項目的摘要信息。(3)類型3，鏈路狀態(tài)請求分組（Link State Request），想對方請求發(fā)送某些鏈路狀態(tài)項目的詳細(xì)信息。(4)類型4，鏈路狀態(tài)更

16、新分組（Link State Update），用洪泛法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。這種分組是最復(fù)雜的，也是OSPF協(xié)議最核心的部分。路由使用這種分組將其鏈路狀態(tài)通知給臨站。(5)類型5，鏈路狀態(tài)確認(rèn)分組（Link State Acknowledge），對鏈路更新分組的確認(rèn)。OSPF規(guī)定，每兩個鄰接路由每隔一段時間要交換一次問候分組。這樣就能卻只哪些鄰站是可達(dá)的。其他的四種分組都是用來進(jìn)行鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步。所謂同步就是指不同路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容是一樣的。兩個同步的路由器叫做完全鄰接的路由器。不是完全鄰接的路由器表明它們雖然在物理上是相鄰的，但是其鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫并沒有達(dá)到一致。2.4 OSPF

17、協(xié)議的特點OSPF協(xié)議最主要的特征就是使用分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議（link state protocol）,而不是像RIP協(xié)議那樣的距離向量協(xié)議。OSPF協(xié)議有3個主要的特點：(1)向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息。這里使用的方法就是洪泛法，這就是路由器通過所有輸出端口向所有相鄰的路由器發(fā)送信息。而每個相鄰路由器又再將此信息發(fā)往其所有的相鄰路由器。這樣，最終整個區(qū)域中所有的路由器都得到了這個信息的一個副本。(2)發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息。所謂鏈路狀態(tài)其實就是說明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”。OSPF將這個“度量”用來表

18、示費用、距離、時延、帶寬，等等。(3)只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才向所有路由器用洪泛法發(fā)送此信息，而不是向RIP那樣，不管網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袩o發(fā)生變化，路由器之間都要定期交換路由表信息。2.5 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的局限對于開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議來說，其更加適應(yīng)于大型網(wǎng)絡(luò)，保證可傳輸?shù)目煽啃院桶踩裕^路由器資訊協(xié)議有更短的收斂時間等特點是路由器資訊協(xié)議等其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所不具備的。但是，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議本身也不可避免的存在一些缺陷：(1) 相較于其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的工作方式更為復(fù)雜，對于網(wǎng)絡(luò)配置和操作人員的要求更高，需要操作人員對于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前期規(guī)劃和設(shè)計。(2) 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的工作基于最短路徑優(yōu)先運算法則，而該運算法則較為復(fù)雜，需要更多的CPU和內(nèi)存資源，對于路由器性能要求更高，增加了組網(wǎng)時的開銷。4RIP協(xié)議和OSPF協(xié)議的比較下面將從復(fù)雜度、算法、可靠性等幾個方面對這兩種路由選擇協(xié)議進(jìn)行一個詳細(xì)的比較。就復(fù)雜度而言，SIP協(xié)議相對較簡單，也便于設(shè)置；OSPF協(xié)議則復(fù)雜度較高，配置要求也高，并且需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計。由于跳數(shù)的限制，SIP協(xié)議更適