第10章路由協(xié)議

第十章路由協(xié)議Metric&Convergence自治系統(tǒng)和內(nèi)、外部路由協(xié)議RIPOSPFBGP-4xudu@1引言表驅(qū)動(dòng)IP選路一個(gè)路由器上可運(yùn)行多種RoutedProtocols每個(gè)RoutedProtocol可以使用多種RoutingProtocols來獲取路由信息設(shè)定的路徑RouteTable內(nèi)容：部分選路信息+默認(rèn)路由Internet中的選路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理策略一致性及時(shí)性xudu@2路由表的構(gòu)成過程初始化階段——路由發(fā)現(xiàn)推導(dǎo)初始路由直連網(wǎng)絡(luò)直連路由無法推導(dǎo)部分手工設(shè)置靜態(tài)路由路由器間交換選路信息動(dòng)態(tài)路由維護(hù)階段——路由更新（網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖儠r(shí)）手工、靜態(tài)更新小型、變化緩慢的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議自動(dòng)、動(dòng)態(tài)更新大型、迅速變化的網(wǎng)絡(luò)xudu@3靜態(tài)路由vs.動(dòng)態(tài)路由靜態(tài)路由Staticroute管理員手工設(shè)置管理員手工更新不能保證路由的一致性和及時(shí)性管理性強(qiáng)沒有路由開銷小型、變化緩慢網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由Dynamicroute路由協(xié)議自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路由協(xié)議自動(dòng)更新保證路由的一致性和及時(shí)性管理性較弱產(chǎn)生一定的路由開銷大型、迅速變化網(wǎng)絡(luò)xudu@410.1Metric&Convergence選路準(zhǔn)則——最短路徑Metric（度量）：衡量路徑的長(zhǎng)短跳數(shù)（經(jīng)過路由器的數(shù)目，hopcount）帶寬（bandwidth）、延遲（delay）、負(fù)載（load）、開銷（cost）…不同的Metric產(chǎn)生不同的“最短路徑”不同的路由協(xié)議采用不同類型的Metric一個(gè)路由協(xié)議可同時(shí)應(yīng)用多重MetricADCBNet64K64K10M10M10M跳數(shù)：ABNet帶寬：ACDNetxudu@5Convergence（收斂）收斂采用特定路由協(xié)議的所有路由器對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂幸恢滦缘恼J(rèn)識(shí)收斂時(shí)間從不一致到一致所經(jīng)歷的時(shí)間體現(xiàn)路由算法的效率xudu@610.2自治系統(tǒng)和內(nèi)、外部路由協(xié)議自治系統(tǒng)（AutonomousSystem，AS）處于一個(gè)管理機(jī)構(gòu)控制下的網(wǎng)絡(luò)和路由器的集合AS使管理機(jī)構(gòu)可自主選擇其內(nèi)部路由方式和對(duì)外通告部分可達(dá)性信息的權(quán)利每個(gè)AS賦予一個(gè)AS編號(hào)由負(fù)責(zé)分配Internet地址的中央管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一分發(fā)取值：1~65535Internet由若干AS互相連接構(gòu)成每個(gè)AS內(nèi)可能有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)存在核心主干網(wǎng)也可以構(gòu)成一個(gè)ASxudu@7AS類型Single-homedAS：只有一個(gè)出口如：AS2、AS3Multi-homedAS：有多個(gè)出口如：AS1NontransitAS，TransitASAS1RAS3AS2RRRxudu@8EGPvs.IGP外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議ExteriorGatewayProtocol，EGP由AS邊界路由器在AS間通告可達(dá)性信息目前常用協(xié)議：BGP-4內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議InteriorGatewayProtocol，IGPAS內(nèi)部路由器在AS內(nèi)通告內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)目前常用協(xié)議：RIP、OSPF、IS-ISAS1AS2RREGPIGPIGP功能層次：網(wǎng)絡(luò)層xudu@9RIP&OSPFRIP內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議距離向量路由算法（D-V）RIP，RIPv2OSPF內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議鏈路狀態(tài)路由算法（L-S）OSPFv2算法原理協(xié)議報(bào)文操作路由發(fā)現(xiàn)路由更新問題xudu@1010.3RIPRoutingInformationProtocol，RIPv1：RFC1058，v2：RFC2453，選路信息協(xié)議IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTCPUDPTransportLayerRIPApplicationLayer520協(xié)議軟件層次xudu@11距離向量路由算法原理

（Distance–Vector）Bellman-FordAlgorithm發(fā)布路由信息EachrouterperiodicallypassesitswholeroutingtabletoneighborroutersWhat：thewholeroutingtableWhere：toitsneighborroutersWhen：atregularintervals計(jì)算路徑Accumulatedistancevectorsxudu@12RIP報(bào)文格式CommandVersionIPaddressAll0sAll0sAll0sMetricAll0sFamily重復(fù)25次（）廣播發(fā)送：55封裝在UDP報(bào)文中：UDPport=520xudu@13RIP報(bào)文類型Request（Command=1）路由器剛接入網(wǎng)絡(luò)，或某些路由表項(xiàng)超時(shí)請(qǐng)求所有路由表項(xiàng)（IPaddress=）請(qǐng)求部分路由表項(xiàng)（IPaddress=網(wǎng)絡(luò)地址）Response（Command=2）詢問響應(yīng)：應(yīng)答RIPRequest報(bào)文非詢問響應(yīng)：定期發(fā)送路由表中的所有路由信息xudu@14RFC1058section3.6RFC1058：直連路由的Metric=1（也可以大于1）現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)：直連路由的Metric=0（如：Cisco路由器）RFC1058section3：Themetricisthesumofthecostsassociatedwiththenetworksthatwouldbetraversedingettingtothedestination.xudu@15RFC1058：接收時(shí)Metric+1現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)：

發(fā)送時(shí)Metric+1xudu@16RIP路由發(fā)現(xiàn)過程ABCN1N2N3N4121212N3-10N4-20N1-10N2-20N2-10N3-20路由表：目的網(wǎng)絡(luò)下一跳發(fā)送接口MetricN3N1N2B121A211B211C121N4A:(N1,1)(N2,1)B:(N2,1)(N3,1)C:

(N3,1)(N4,1)B:(N2,1)(N3,1)N4B122N1B212A:(N1,1)(N2,1)(N3,2)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)C:

(N3,1)(N4,1)(N2,2)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)A:(N1,1)(N2,1)(N3,2)(N4,3)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)C:(N3,1)(N4,1)(N2,2)(N1,2)B:(N2,1)(N3,1)(N1,2)(N4,2)xudu@17RIP路由更新過程ABCN1N2N3N4121212N3-10N4-20N1-10N2-2N2-1N3-20N3N1N2B121A211B211C121N4N4B122N1B212B:(N2,16)(N3,1)(N1,16)(N4,2)A:(N1,1)(N2,16)(N3,16)(N4,16)00∞∞∞C:(N3,1)(N4,1)(N2,16)(N1,16)∞∞∞∞xudu@18RIP路由更新算法IF（IPaddress不在路由表中）根據(jù)該報(bào)文添加新路由表項(xiàng)；ELSEIF（路由表對(duì)應(yīng)表項(xiàng)的下一跳==通告路由器）根據(jù)該報(bào)文修改路由表中的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)；ELSEIF（Metric<路由表對(duì)應(yīng)表項(xiàng)的跳數(shù)）根據(jù)該報(bào)文修改路由表中的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)；ELSE不修改路由表中的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)；xudu@19RIP中的定時(shí)器TimersGarbagecollection120secondsExpiration180secondsPeriodic30secondsP=30sE=180sP=30sE=180sE=180sG=120s30s180s刪除路由120s為防止所有路由器同時(shí)更新引起的網(wǎng)絡(luò)過載，定時(shí)器Periodic

值為25~30

秒間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。xudu@20RIP的緩慢收斂

（SlowConvergence）Net1Net2Netn+10seconds15secondsn×15seconds問題路由環(huán)路（routingloops）無限計(jì)數(shù)（countingtoinfinity）xudu@21問題：路由環(huán)路&無限計(jì)數(shù)Net1Net2Net3Net1…………RoutingtableNet1A…………RoutingtableABYoucanreachnet1throughmewithlength2Bcanreachnet1!Great!Hopcountchanged!Limitingthenumberofhopsto15-1∞23Hopcountchanged!4∞∞-B1616xudu@22解決方法觸發(fā)更新，Triggeredupdate水平分割，Splithorizons毒性逆轉(zhuǎn)，Poisonreverse抑制定時(shí)器，Holddowntimer沒有一種方法是100%有效的！xudu@23觸發(fā)更新如果網(wǎng)絡(luò)中沒有變化定時(shí)（30s）發(fā)送所有路由信息如果網(wǎng)絡(luò)中有變化立即發(fā)送更新后的所有路由信息為避免觸發(fā)廣播風(fēng)暴，隨機(jī)延時(shí)后再通告xudu@24水平分割Net1Net2Net3ABNet2 1Net3 2Net1 1RIPmessagesNet1 2Net2 1Net3 1RIPmessagesxudu@25毒性逆轉(zhuǎn)Net1Net2Net3ABNet2 1Net3 2RIPmessagesNet1 16Net2 16Net3 16Net1 1RIPmessagesNet2 16Net3 1Net1 16Net2 1Net3 16Net1 2xudu@26抑制定時(shí)器路由器在收到關(guān)于某網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)信息后的一段固定時(shí)間內(nèi)，忽略任何關(guān)于該網(wǎng)絡(luò)的路由信息“好消息傳得快，壞消息傳得慢”——等待足夠的時(shí)間，確保所有路由器都收到壞消息xudu@27RIPv2報(bào)文格式操作認(rèn)證：Family=0xFFFF組播發(fā)送RIP報(bào)文：CommandVersionIPaddressSubnetMaskAll0sNextHopMetricRouteTagFamilyxudu@2810.4OSPFOpenShortestPathFirst，OSPFv2：RFC2328，開放最短路徑優(yōu)先IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTCPUDPTransportLayerOSPFApplicationLayer89協(xié)議軟件層次xudu@29鏈路狀態(tài)路由算法原理

（Link–State）DijkstraAlgorithm發(fā)布路由信息What:thelinkstateadvertisement（LSA）packetsWhere:toeveryrouterintheareaWhen:event-driven計(jì)算路徑SPFalgorithmtoformaSPFtree洪泛法（flooding）xudu@30OSPF術(shù)語(yǔ)：區(qū)域Area包含在AS中的一些網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)和路由器的集合類型：標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域、主干區(qū)域、殘樁區(qū)域AutonomousSystemArea1Area2Area0(backbone)到其他ASAreatypesStandardBackboneStubxudu@31OSPF術(shù)語(yǔ)：OSPF路由器類型內(nèi)部路由器（InternalRouter）主干路由器（BackboneRouter）區(qū)域邊界路由器（ABR，AreaBorderRouter）AS邊界路由器（ASBR，ASBorderRouter）AutonomousSystemArea1Area2Area0(backbone)到其他ASABR，BRIRASBR，BRIR，BRxudu@32OSPF術(shù)語(yǔ)：鏈路Link：與鄰居路由器之間的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路（Point-to-pointlink）點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)過渡鏈路（Linktotransitnetwork）多路訪問網(wǎng)絡(luò)殘樁鏈路（Linktostubnetwork）殘樁網(wǎng)絡(luò)虛鏈路（Virtuallink）FrameRelayX.25Area0Area2Area1Area3xudu@33OSPF術(shù)語(yǔ)：DR和BDR定義DR：DesignatedRouter，指定路由器BDR：BackupDR，備份指定路由器作用：減少過渡鏈路上的路由開銷例：過渡鏈路上有N個(gè)路由器無DR每個(gè)路由器有N-1個(gè)鄰居，通告N-1條LS有DR非DR僅有1個(gè)鄰居（即DR），僅通告1條LSDR有N-1個(gè)鄰居（即非DR），通告N-1條LS總共N*（N-1）條LS總共2*（N-1）條LSxudu@34OSPFTables鄰接表（AdjacencyTable）存放所有與之建立雙向通信的鄰居路由器信息鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)（Link-StateDB）存放本區(qū)域中的所有鏈路狀態(tài)信息同區(qū)域內(nèi)所有路由器的LSDB信息是相同的轉(zhuǎn)發(fā)表（ForwardingTable）路由表，存放所有經(jīng)SPF算法獲得的最短路由xudu@35OSPF鄰居狀態(tài)Down：NotexchangeinformationwithanyneighborInit：WhenaninterfacereceivesitsfirstHello2-way：Whenitseesitselfinaneighbor’sHelloExStart：TwoneighborsuseHellotonegotiatewhoisthe“master”andwhoisthe“slave”Exchange：NeighborsuseDBDtosendeachotherasummaryoftheirlink-statedatabaseLoading：UsesLSR,LSU,andLSAcktogetcompletelink-stateinformationFull：Neighborsarefullyadjacentxudu@36OSPF分組格式VersionTypeRouterIDAreaIDPacketLengthAuthenticationAuthenticationAuthenticationTypeChecksum首部組播發(fā)送：，封裝在IP分組中：IPProtocol=89OSPFPacketDataxudu@37OSPF分組類型1：HellopacketA64-bytepacketsentperiodicallytokeepalink“alive”2：DBD(DatabaseDescription)Summarycontentsofarouter’slink-statedatabasesenttoanewlydiscoveredneighbor3：LSR(Link-StateRequest)Requestsmorespecificinformationaboutalinkfromaneighbor’slink-statedatabase4：LSU(Link-StateUpdate，LSA)TransportsLSAstoneighborrouters,areplytoanLSR5：LSAck(Link-StateAcknowledgement)AckreceiptofaLSA;OSPF’sroutingupdatesareconnection-orientedxudu@38OSPF操作步驟1.EstablishrouteradjacenciesDonewiththeexchangeofHellos2.ElecttheDR/BDR(ifnecessary)Doneonmultiaccessnetworkonly3.DiscoverroutesDoneintheExStartandExchangestates4.SelectappropriateroutesDonethroughthecalculationofSPFalgorithm5.MaintainroutinginformationDonethroughtheregularexchangeofHellosxudu@39步驟1：建立鄰接關(guān)系IamrouterIDandIseenooneDownState/24E0/24E1ABRouterB鄰接表/24,intE1InitStateIamrouterID,andIseeRouterA鄰接表/24,intE0Two-wayStateHello3954743907071339547439070713Hello3954743907071339547439070713xudu@40步驟3：路由發(fā)現(xiàn)HelloPacketABExstartExchangeLoadingFullHelloPacketDBDPacketDBDPacketLSAckPacketLSAckPacketLSRPacketLSUPacketLSAckPacketxudu@41OSPFLSA類型Type1：Router–LSA在本區(qū)域內(nèi)發(fā)布所有鄰居及其所在鏈路的信息Type2：Network–LSA由DR在本區(qū)域內(nèi)發(fā)布其所在過渡網(wǎng)絡(luò)上其他路由器信息Type3：Summary–LSA由ABR產(chǎn)生，在本AS內(nèi)的所有區(qū)域中發(fā)布到達(dá)其他區(qū)域某網(wǎng)絡(luò)的路徑信息Type4：Summary–LSA由ABR產(chǎn)生，在本AS內(nèi)的所有區(qū)域中發(fā)布到達(dá)ASBR的路徑信息Type5：AS–external–LSA由ASBR產(chǎn)生，在本AS內(nèi)的某些區(qū)域中發(fā)布到達(dá)AS以外網(wǎng)絡(luò)的路徑信息xudu@42OSPFLSAExampleArea1DRArea0Area2(Stub)AS10AS20Type2Type2Type2Type3(Area1)Type5(AS20)Type5(AS20)Type5(AS20)Type5(AS20)Type3(Area1)Type5(AS20)Type3(Area1)Type1(Area1)Type1(Area0)Type1(Area0)Type3(Area0)Type3(Area0)Type3(Area0)DefaultType5(AS20)Type5(AS20)Type1(Area1)Type1(Area1)xudu@43SPF算法BCF72224233HDEG261(2,A)(4,B)(8,B)(5,E)(6,E)(7,F)(9,H)節(jié)點(diǎn)Cost路徑EBFCGDH2∞∞∞∞∞7A-BA-B-EA-G4A-B-C8A-B-E-F5A-B-E-G6A-B-E-F-C8A-B-E-F-H7A-B-E-G-H10A9A-B-E-F-H-DA-B-C-D11xudu@44RIPvs.OSPF對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牧私饴酚捎?jì)算方法路由更新方式路由更新內(nèi)容收斂速度適用環(huán)境xudu@4510.5BGP-4BorderGatewayProtocol，BGPv4：RFC1771，RFC1772，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTCPUDPTransportLayerBGP-4ApplicationLayer179協(xié)議軟件層次xudu@46BGP特點(diǎn)外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議AS間的可達(dá)信息策略路由AS管理策略可靠傳輸TCP傳輸路徑向量路由選擇PathVector增量更新Incremen