RIP的工作原理詳解

1、RIP的工作原理 RIP（Routing information Protocol，路由信息協(xié)議）是應(yīng)用較早、使用較普遍的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP），適用于小型同類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)自治系統(tǒng)（AS）內(nèi)的路由信息的傳遞。RIP協(xié)議是基于距離矢量算法（Distance Vector Algorithms，DVA）的。它使用“跳數(shù)”，即metric來(lái)衡量到達(dá)目標(biāo)位置的路由距離。文檔見(jiàn)RFC1058、RFC1723。它是一個(gè)用于路由器和主機(jī)間交換路由信息的距離向量協(xié)議，目前最新的版本為v4，也就是RIPv4。至于上面所說(shuō)到的“內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議”，我們可以這樣理解。由

2、于歷史的原因，當(dāng)前的 INTERNET 網(wǎng)被組成一系列的自治系統(tǒng)，各自治系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)核心路由器連到主干網(wǎng)上。而一個(gè)自治系統(tǒng)往往對(duì)應(yīng)一個(gè)組織實(shí)體（比如一個(gè)公司或大學(xué)）內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)與路由器集合。每個(gè)自治系統(tǒng)都有自己的路由技術(shù)，對(duì)不同的自治系統(tǒng)路由技術(shù)是不相同的。用于自治系統(tǒng)間接口上的路由協(xié)議稱為“外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議”，簡(jiǎn)稱EGP （Exterior Gateway Protocol）；而用于自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)議稱為“內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議”，簡(jiǎn)稱 IGP。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議不同，外部路由協(xié)議只有一個(gè)，而內(nèi)部路由器協(xié)議則是一族。各內(nèi)部路由器協(xié)議的區(qū)別在于距離制式（distance metric, 即距離度量標(biāo)準(zhǔn)

3、）不同，和路由刷新算法不同。RIP協(xié)議是最廣泛使用的IGP類(lèi)協(xié)議之一，著名的路徑刷新程序Routed便是根據(jù)RIP實(shí)現(xiàn)的。RIP協(xié)議被設(shè)計(jì)用于使用同種技術(shù)的中型網(wǎng)絡(luò)，因此適應(yīng)于大多數(shù)的校園網(wǎng)和使用速率變化不是很大的連續(xù)線的地區(qū)性網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于更復(fù)雜的環(huán)境，一般不使用RIP協(xié)議。1. RIP工作原理RIP協(xié)議是基于Bellham-Ford（距離向量）算法，此算法1969年被用于計(jì)算機(jī)路由選擇，正式協(xié)議首先是由Xerox于1970年開(kāi)發(fā)的，當(dāng)時(shí)是作為Xerox的“Networking Services（NXS）”協(xié)議族的一部分。由于RIP實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，迅速成為使用范圍最廣泛的路由協(xié)議。路由器的關(guān)鍵作用是用

4、于網(wǎng)絡(luò)的互連，每個(gè)路由器與兩個(gè)以上的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)相連，負(fù)責(zé)在這些網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。在討論 IP 進(jìn)行選路和對(duì)報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，我們總是假設(shè)路由器包含了正確的路由，而且路由器可以利用 ICMP 重定向機(jī)制來(lái)要求與之相連的主機(jī)更改路由。但在實(shí)際情況下，IP 進(jìn)行選路之前必須先通過(guò)某種方法獲取正確的路由表。在小型的、變化緩慢的互連網(wǎng)絡(luò)中，管理者可以用手工方式來(lái)建立和更改路由表。而在大型的、迅速變化的環(huán)境下，人工更新的辦法慢得不能接受。這就需要自動(dòng)更新路由表的方法，即所謂的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，RIP協(xié)議是其中最簡(jiǎn)單的一種。在路由實(shí)現(xiàn)時(shí)，RIP作為一個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)駐進(jìn)程（daemon）而存在于路由器中，負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的

5、其它路由器接收路由信息，從而對(duì)本地IP層路由表作動(dòng)態(tài)的維護(hù)，保證IP層發(fā)送報(bào)文時(shí)選擇正確的路由。同時(shí)負(fù)責(zé)廣播本路由器的路由信息，通知相鄰路由器作相應(yīng)的修改。RIP協(xié)議處于UDP協(xié)議的上層，RIP所接收的路由信息都封裝在UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)中，RIP在520號(hào)UDP端口上接收來(lái)自遠(yuǎn)程路由器的路由修改信息，并對(duì)本地的路由表做相應(yīng)的修改，同時(shí)通知其它路由器。通過(guò)這種方式，達(dá)到全局路由的有效。RIP路由協(xié)議用“更新（UNPDATES）”和“請(qǐng)求（REQUESTS）”這兩種分組來(lái)傳輸信息的。每個(gè)具有RIP協(xié)議功能的路由器每隔30秒用UDP520端口給與之直接相連的機(jī)器廣播更新信息。更新信息反映了該路由器所

6、有的路由選擇信息數(shù)據(jù)庫(kù)。路由選擇信息數(shù)據(jù)庫(kù)的每個(gè)條目由“局域網(wǎng)上能達(dá)到的IP位置”和“與該網(wǎng)絡(luò)的距離”兩部分組成。請(qǐng)求信息用于尋找網(wǎng)絡(luò)上能發(fā)出RIP報(bào)文的其他設(shè)備。RIP用“路程段數(shù)”（即“跳數(shù)”）作為網(wǎng)絡(luò)距離的尺度。每個(gè)路由器在給相鄰路由器發(fā)出路由信息時(shí)，都會(huì)給每個(gè)路徑加上內(nèi)部距離。在如圖9-31中，路由器3直接和網(wǎng)絡(luò)C相連。當(dāng)它向路由器2通告網(wǎng)絡(luò)142.10.0.0的路徑時(shí)，它把跳數(shù)增加1。與之相似，路由器2把跳數(shù)增加到“2”，且通告路徑給路由器1，則路由器2和路由器1與路由器3所在網(wǎng)絡(luò)142.10.0.0的距離分別是1跳、2跳。 圖9-31   RIP工作原理示例然而

7、在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)路由選擇上并不總是由跳數(shù)決定的，還要結(jié)合實(shí)際的路徑連接性能綜合考慮。在如9-32所示網(wǎng)絡(luò)中，從路由器1到網(wǎng)絡(luò)3，RIP協(xié)議將更傾向于跳數(shù)為2的路由器1->路由器2->路由器3的1.5Mbps鏈路，而不是選擇跳數(shù)為1的56Kbps，直接的路由器1->路由器3路徑，因?yàn)樘鴶?shù)為1的56Kbps串行鏈路比跳數(shù)為2的1.5Mbps串行鏈路慢得多。圖9-32    路由選擇不僅限于“跳數(shù)”考慮的示例2. 路由器的收斂機(jī)制任何距離向量路由選擇協(xié)議（如RIP）都有一個(gè)問(wèn)題，路由器不知道網(wǎng)絡(luò)的全局情況，路由器必須依靠相鄰路由器來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)信息。由于

8、路由選擇更新信息在網(wǎng)絡(luò)上傳播慢，距離向量路由選擇算法有一個(gè)慢收斂問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題將導(dǎo)致不一致性產(chǎn)生。RIP協(xié)議使用以下機(jī)制減少因網(wǎng)絡(luò)上的不一致帶來(lái)的路由選擇環(huán)路的可能性。記數(shù)到無(wú)窮大機(jī)制RIP協(xié)議允許最大跳數(shù)為15。大于15的目的地被認(rèn)為是不可達(dá)。這個(gè)數(shù)字在限制了網(wǎng)絡(luò)大小的同時(shí)也防止了一個(gè)叫做“記數(shù)到無(wú)窮大”的問(wèn)題。記數(shù)到無(wú)窮大機(jī)制的工作原理如下（如圖9-33所示）：圖9-33   路由器收斂機(jī)制示例（1）現(xiàn)假設(shè)路由器1斷開(kāi)了與網(wǎng)絡(luò)A相連，則路由器1丟失了與網(wǎng)絡(luò)A相連的以太網(wǎng)接口后產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)更新送往路由器2和路由器3。這個(gè)更新信息同時(shí)告訴路由器2和路由器3，路由器1不再有到

9、達(dá)網(wǎng)絡(luò)A的路徑。假設(shè)這個(gè)更新信息傳輸?shù)铰酚善?被推遲了（CPU忙、鏈路擁塞等），但到達(dá)了路由器3，所以路由器3會(huì)立即從路由表中去掉到網(wǎng)絡(luò)A的路徑。（2）路由器2由于未收到路由器1的觸發(fā)更新信息，并發(fā)出它的常規(guī)路由選擇更新信息，通告網(wǎng)絡(luò)A以2跳的距離可達(dá)。路由器3收到這個(gè)更新信息，認(rèn)為出現(xiàn)了一條通過(guò)路由器2的到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A的新路徑。于是路由器3告訴路由器1，它能以3跳的距離到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A。（3）在收到路由器3的更新新后，就把這個(gè)信息加上一跳后向路由器2和路由器3同時(shí)發(fā)出更新信息，告訴他們路由器1可以以3跳的距離到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A。（4）路由器2在收到路由器1的消息后，比較發(fā)現(xiàn)與原來(lái)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A的路徑不符，更新成可

10、以以4，跳的距離到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A。這個(gè)消息再次會(huì)發(fā)往路由器3，以此循環(huán)，直到跳數(shù)達(dá)到超過(guò)RIP協(xié)議允許的最大值（在RIP中定義為16）。一旦一個(gè)路由器達(dá)到這個(gè)值，它將聲明這條路徑不可用，并從路由表中刪除此路徑。由于記數(shù)到無(wú)窮大問(wèn)題，路由選擇信息將從一個(gè)路由器傳到另一個(gè)路由器，每次段數(shù)加1。路由選擇環(huán)路問(wèn)題將無(wú)限制地進(jìn)行下去，除非達(dá)到某個(gè)限制。這個(gè)限制就是RIP的最大跳數(shù)。當(dāng)路徑的跳數(shù)超過(guò)15，這條路徑才從路由表中刪除。水平分割法水平分割規(guī)則如下：路由器不向路徑到來(lái)的方向回傳此路徑。當(dāng)打開(kāi)路由器接口后，路由器記錄路徑是從哪個(gè)接口來(lái)的，并且不向此接口回傳此路徑。Cisco可以對(duì)每個(gè)接口關(guān)閉水平分割功能。

11、這個(gè)特點(diǎn)在“non broadcast mutilple access”（NBMA，非廣播多路訪問(wèn)）環(huán)境下十分有用。在如圖9-34所示網(wǎng)絡(luò)中，路由器2通過(guò)幀中繼連接路由器1和路由器3，兩個(gè)PVC都在路由器2的同一個(gè)物理接口（S0）中止。如果在路由器2的水平分割功能未被關(guān)閉，那么路由器3將收不到路由器1的路由選擇信息（反之亦然）。用“no ip split-horizon”接口子命令可關(guān)閉水平分割功能。 圖9-34   水平分割法原理示例破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割法水平分割是路由器用來(lái)防止把一個(gè)接口得來(lái)的路徑又從此接口傳回導(dǎo)致的問(wèn)題的方案。水平分割方案忽略在更新過(guò)程中從一個(gè)路由器獲取

12、的路徑又傳回該路由器。有破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割方法是在更新信息中包括這些回傳路徑，但這種處理方法會(huì)把這些回傳路徑的跳數(shù)設(shè)為16（無(wú)窮）。通過(guò)把跳數(shù)設(shè)為無(wú)窮，并把這條路徑告訴源路由器，有可能立刻解決路由選擇環(huán)路。否則，不正確的路徑將在路由表中駐留到超時(shí)為止。破壞逆轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)是它增加了路由更新的的數(shù)據(jù)大小。保持定時(shí)器法保持定時(shí)器法可防止路由器在路徑從路由表中刪除后一定的時(shí)間內(nèi)（通常為180秒）接受新的路由信息。它的思想是保證每個(gè)路由器都收到了路徑不可達(dá)信息，而且沒(méi)有路由器發(fā)出無(wú)效路徑信息。例如在圖6-32所示網(wǎng)絡(luò)中，由于路由更新信息被延遲，路由器2向路由器3發(fā)出錯(cuò)誤信息。但使用保持計(jì)數(shù)器法后，這種情況將

13、不會(huì)發(fā)生，因?yàn)槁酚善?將在180秒內(nèi)不接受通向網(wǎng)絡(luò)A的新的路徑信息，到那時(shí)路由器2將存儲(chǔ)正確的路由信息。觸發(fā)更新法有破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割將任何兩個(gè)路由器構(gòu)成的環(huán)路打破，但三個(gè)或更多個(gè)路由器構(gòu)成的環(huán)路仍會(huì)發(fā)生，直到無(wú)窮（16）時(shí)為止。觸發(fā)式更新法可加速收斂時(shí)間，它的工作原理是當(dāng)某個(gè)路徑的跳數(shù)改變了，路由器立即發(fā)出更新信息，不管路由器是否到達(dá)常規(guī)信息更新時(shí)間都發(fā)出更新信息。3. RIP報(bào)文格式如圖9-35所示為RIP信息格式。各字段解釋如下：Command：命令字段，8位，用來(lái)指定數(shù)據(jù)報(bào)用途。命令有五種：Request（請(qǐng)求）、Response（響應(yīng)）、Traceon（啟用跟蹤標(biāo)記，自v2版本后已經(jīng)

14、淘汰）、Traceoff（關(guān)閉跟蹤標(biāo)記，自v2版本后已經(jīng)淘汰）和 Reserved（保留）。Version：RIP版本號(hào)字段，16位。 Address Family Identifier：位置族標(biāo)識(shí)符字段，24位。它指出該入口的協(xié)議位置類(lèi)型。由于 RIP2版本可能使用幾種不同協(xié)議傳送路由選擇信息，所以要使用到該字段。IP協(xié)議位置的Address Family Identifier為2。 圖9-35   RIP協(xié)議信息格式Route Tag：路由標(biāo)記字段，32位，僅在v2版本以上需要，第一版本不用，為0。用于路由器指定屬性，必須通過(guò)路由器保存和重新廣告。路由標(biāo)志是分離內(nèi)部和外部 RIP 路由線路的一種常用方法（路由選擇域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)傳送線路），該方法在 EGP或IGP都有應(yīng)用。 IP Address：目標(biāo)IP位置字段，IPv4位置為32位。 Subnet