网络层6——内部网关协议RIP、OSPF(重点)

目录

一、基本概念

1、理想的路由算法应具备的特点

2、分层次的路由选择协议

二、内部网关协议RIP

1、特点

2、路由交换信息

3、距离向量算法

4、坏消息传送慢问题

5、RIP报文格式

三、内部网关协议OSPF

1、特点

2、其他特点

3、自治系统区域划分

4、OSPF的5中分组类型

5、OFPS数据报格式


该章节主要讨论如何得到路由表

一、基本概念

1、理想的路由算法应具备的特点

正确和完整:所有的数据分组一定最终能到达终点

简单:不能有太大开销,增加通信负担

自适应:自动调整各个路径的负载,1负担大了就走2

稳定:网络拓扑和通信量稳定时,路由路径不能老是变化

公平:大多数用户的时延都差不多

最佳:最目标要求而言,相对最优

静态路由选择:人工配置,用于小网络

动态路由选择:由算法自适应网络变化而动态调整路由表达到最佳

2、分层次的路由选择协议

许多单位不希望别人知道自己的路由选择协议细节,同时希望上网

因此,把整个互联网分为一个个自治系统(autonomous system) AS

一个自治系统由一个单一的技术来管理多个网络、IP地址和路由器

A自治系统有A的一套,B有B的一套

你打你的,我打我的

于是,将整个互联网的路由协议分为两层:

在一个自治系统内部使用的路由器协议:内部网关协议(Internal Gateway Protocal)

在不同自治系统之间使用的路由器协议:外部网关协议(External Gateway Protocal)

自治系统内的路由选择:域内路由选择

不同资质系统之间的路由选择:域间路由选择

常用内部网关协议是RIP和OSPF

常用外部网关协议是BGP-4

二、内部网关协议RIP

1、特点

路由信息协议RIP:Routing Information Protocol

是基于距离向量的路由协议

路由表中维护本网络到每一个目的网络的距离

距离如何定义:路由器和直接连接的网络距离为1(也可以定义为0,不影响)

因此,距离也叫做跳数,每经过一个网络,跳数+1

该协议人为:好的协议就是路径短

路径最多15,16不可达

因此RIP只适用于小网络

RIP对两个路由器之间,不能同时拥有多个路由

只能有一个,就是跳数最短,网络最少的一条

不管这一条速度快还是慢,我只管短还是长,不管速度

2、路由交换信息

本路由器需要和其他路由器交换信息建立路由表

那么:

和哪些路由器交换信息?所有的路由器吗?
仅和相邻路由器交换信息,不相邻不交换

交换什么信息?部分信息还是所有信息?
交换全部信息,即所有的路由表信息

什么时候交换信息?条件满足才交换还是隔一段时间就交换?
按固定的时间间隔交换信息,例如每隔30s

路由器刚开始工作的时候,路由表是空的

路由收敛:自治系统内所有节点得到正确的路由信息

路由表更新的原则是:找出每个目的网路的最短距离

3、距离向量算法

A的相邻路由器是B

从B->A发来的路由表信息有三个:

目的网络Net,距离d,下一跳

因为对A来说,到B的下一跳只能是B

所以,B发来的路由表的下一跳都是B

因此,对A来说,B发来的路由只有以下几种:

A原来没有

那就加上

A有,目的网络一样,查看下一跳

如果下一跳也是B,直接换掉(不管距离长短)

如果吓一跳不是B(也就是说有别的路径可以到达目的)

这个时候就看距离,那个距离短,用哪个

3分钟还没有收到相邻路由器信息

即A3分钟还没有收到B的路由信息,把到B的路由距离设置为16

标记不可到达

总结:

Net没有,加上去

Net一样,看下一跳:下一跳相同,直接更新;下一跳不一样,看谁短

4、坏消息传送慢问题

由于上述的更新策略,导致一下问题:

坏消息传的慢

什么意思?

举个例子,如图:

此时Net1故障,R1无法到达Net1,将到Net1距离改为16

30s后,将路由表发送给邻居R2

但是,还没到30s,R2就给R1发送自己的路由表信息了

此时,R2到达Net1的信息是:Net1 3 R2

该条信息到达R1后,一对比,Net1 16 直接

下一跳不相同,但是距离更短,更换

于是,R1到Net1的路由被换成:Net1 3 R2

到达30s后,R1再把Net1 4 R1发送给R2

一对比,R2为Net1 2 R1

下一跳一样,直接换

于是,二者不断更新循环

直到距离加到16才停止

此时,才知道Net1故障

即所谓坏消息慢

5、RIP报文格式

RIP报文用运输层用户数据报UDP的数据部分传送

格式如下:

RIP报文:首部 + 路由部分

路由部分:自治系统号ASN(可能收到本自治系统外的路由信息)

目的网络、下一跳路由器地址、距离

一个RIP报文最多带25个路由

超过必须用下一个报文来传送

综上所述,由于RIP所采取的路由更新策略

导致了其结构性上的缺点:

1、最大距离15(16不可达),只能用于小网络

2、更换信息,传送所有路由信息,开销大

3、坏消息传的慢,更新过程收敛时间长

因此,对于大网络来说,RIP路由策略不适合

于是,有了OSPF路由协议

三、内部网关协议OSPF

1、特点

1、向本自治系统所有路由器发送信息,洪泛法

路由器向所有接口发送信息

相邻路由器除收到接口,对其余所有接口发送信息

以此类推

最后,所有路由器收到该信息副本

2、发送信息为:所有相邻路由器链路状态

什么是链路状态?

该路由器和哪些路由器相邻

该链路代价(费用、距离、时延、宽带等)

3**、每隔一段时间 / 链路状态发生变化:则洪泛**

由上述三点特征,使得:

所有路由器拥有全网(本自治系统内)的拓扑结构图

也就是建立了一个链路状态数据库

该数据库记录:全网有多少路由器、相邻情况、代价情况等

于是,每一个路由器就可以根据这些数据,使用Dijkstra最短路径算法计算自己的路由表

(OSPF链路状态数据库更新快,因此更新过程收敛快)

2、其他特点

1、OSPF允许管理员给每条路指定代价

2、到同一个网络,有多条路代价相同,可以对通信进行均衡平摊

3、路由器交换分组具有鉴别能力,坏的路由器不发

4、支持变长网络地址划分,支持误分类网络编制CIDR

5、网络链路经常变化,因此让链路状态带序号,更新一次,序号+1

于是序号越大,状态越新

3、自治系统区域划分

为了让OSPF应用于更大的网络

OSPF将一个自治系统网路划分为更小的区域

每个区域用32位标识区域,用点分十进制记录

每个区域路由器最好不超过200个

划分好以后:

1、洪泛只局限在一个区域内,以减少通信量

路由器只直到本区域内的网络拓扑

2、为区域间通信,对区域划分层次:

上层为主干区域,32位标识规定为0.0.0.0
在主干区域的路由器:叫做主干路由器

区域交界的路由器:叫做区域边界路由器

每个区域至少一个区域边界路由器,以维护其他区域通信

在自治系统边界之间的路由器:叫做自治系统边界路由器

负责和其他路由器通信

上述所做的区域划分和层次划分

目的只有一个:减少路由信息交互负担

以增强OSPF协议对更大网络的适应

4、OSPF的5中分组类型

1**、问候分组**

用于发现和维持邻居的可达性

说人话就是发个消息,看邻居家能不能去

规定每10s发送一次

如果40s没有收到某个邻居发来的问候分组,则认为邻居死了,设置为不可达

其余四个分组都是用于同步链路状态信息的

2**、数据库描述分组**

向邻居发送自己的所有链路状态数据

3、数据链路请求分组

请求邻居发送人家的某些链路状态

4、链路状态更新分组

对全网洪泛(本区域内)

(OSPF核心功能)

5、链路状态确认分组

对链路更新的确认

向发送链路状态更新分组的路由器发送确认分组

我收到邻居的链路状态分组,我得告诉人家,我确实收到了

5、OFPS数据报格式

OSPF分组作为IP数据报的数据部分

IP首部协议为89

OSPF分组很短

注意:

洪泛并非所有的路由器都洪泛发送本地链路状体信息

这代价很大

那么怎么做呢?

假设路由器A B相邻

A的数据库摘要和B的数据库摘要互相交换

于是:

A知道有些自己没有,但B有

同理,B也如此

于是,

A向B发送自己缺少的链路状态请求,这些我没有,但是B你有,你告诉我

B也向A发送自己缺少的链路状态请求,

经过多轮两两之间的交换

最后所有路由器都有了全部的信息

每隔一段时间,如30分钟,OSPF刷新一次链路状态数据库

四、学习本章需要具备能力

1、根据RIP路由策略得到路由表

2、认识RIP的特点

3、理解路由算法

4、RIP路由算法的优点和缺点,例如坏消息、收敛、不可达等

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