【408计算机网络|第04章·下|408-CN-04B】网络层(下):路由算法、RIP、OSPF、BGP、IPv6与路由器

系列编号:408-CN-04B

所属科目:408计算机网络

章节名称:第四章 网络层(下篇)

检索关键词:408计网第四章、网络层、路由算法、距离向量、链路状态、RIP、OSPF、BGP、SDN、IPv6、IP组播、移动IP、路由器

前言

网络层上篇解决了"IP数据报长什么样、IP地址属于哪个网络、下一跳MAC如何获得"的问题。

下篇继续解决:

路由器如何知道应该走哪条路,以及Internet如何在自治系统内部和自治系统之间交换路由信息。

本篇覆盖:

  • 路由算法的基本分类;

  • 距离向量算法与链路状态算法;

  • RIP、OSPF和BGP;

  • 分层路由与自治系统;

  • SDN和拥塞控制;

  • IPv6;

  • IP组播;

  • 移动IP;

  • 路由器组成与分组转发。

根据2009---2026年真题考频表,路由协议RIP、OSPF、BGP出现于7个年份,且2024和2026都进行了集中考查。网络层设备出现于3个年份。IPv6和SDN直接单列考查的年份相对较少,但经常作为组合判断题和综合题背景,不能跳过。

本篇的核心目标是:

能区分RIP、OSPF和BGP的算法思想、适用范围、承载协议和报文传播方式,并能根据拓扑完成基本路由推导。


一、本篇知识框架

本篇分为九个模块:

  1. 路由算法与路由协议;

  2. 静态路由与动态路由;

  3. 距离向量算法与RIP;

  4. 链路状态算法与OSPF;

  5. 路径向量协议BGP;

  6. SDN与网络层拥塞控制;

  7. IPv6;

  8. IP组播与移动IP;

  9. 路由器结构与转发过程。

本篇最容易失分的地方有七类:

  • 认为RIP使用TCP或直接封装在IP中;

  • 认为OSPF只把路由表发送给邻居;

  • 认为BGP选择的一定是物理最短路径;

  • 混淆eBGP和iBGP;

  • 把控制平面与数据平面混为一谈;

  • 认为IPv6路由器可以像IPv4一样进行分片;

  • 把路由表、转发表、ARP表和交换表混为一谈。


二、路由算法与路由协议

1. 路由算法的目标

路由算法根据网络拓扑、链路费用、策略或可达性信息,计算从源结点到目的网络的路径。

常见优化目标包括:

  • 跳数最少;

  • 费用最低;

  • 时延最小;

  • 带宽最大;

  • 负载均衡;

  • 满足管理策略。

Internet中的实际路由不只考虑数学最短,还受到自治系统策略、商业关系、安全和稳定性影响。

2. 路由算法的分类

2.1 静态路由

由管理员手工配置,网络变化后不会自动调整。

优点:

  • 简单;

  • 可控;

  • 不产生动态路由协议开销;

  • 小型稳定网络中可靠。

缺点:

  • 扩展性差;

  • 网络变化后需要人工维护;

  • 容易配置错误。

2.2 动态路由

路由器通过路由协议交换信息,自动计算和更新路由。

优点:适应拓扑变化、扩展性较强。

缺点:需要协议开销、算法状态和收敛时间。

3. 全局信息与局部信息

按算法获得的信息范围,可分为:

  • 链路状态算法:每台路由器掌握较完整的网络拓扑;

  • 距离向量算法:路由器只与邻居交换到各目的网络的距离信息。

4. 自适应与非自适应

  • 非自适应路由:路由不随网络状态自动变化;

  • 自适应路由:根据拓扑、链路状态或流量变化动态调整。

静态路由通常属于非自适应路由,RIP和OSPF属于自适应路由。


三、自治系统与分层路由

1. 为什么需要自治系统

Internet规模巨大,不可能让每台路由器维护全球所有链路的完整拓扑。

因此把互联网划分为多个自治系统AS。

自治系统是:

在统一管理机构和路由策略控制下的一组网络与路由器。

2. IGP与EGP

2.1 内部网关协议IGP

用于一个自治系统内部。

常见协议:

  • RIP;

  • OSPF。

2.2 外部网关协议EGP

用于自治系统之间交换可达性信息。

现代Internet主要使用:

  • BGP。

3. 分层路由的意义

  • 降低路由表规模;

  • 隐藏自治系统内部细节;

  • 支持不同自治系统采用不同内部协议;

  • 支持基于策略的跨域路由。


四、距离向量路由算法

1. 基本思想

每台路由器维护到各目的网络的估计距离和下一跳。

路由器周期性地把自己的距离向量发送给邻居。

收到邻居信息后,根据Bellman-Ford思想更新:

复制代码
经过邻居v到目的网络y的距离
= 到邻居v的链路费用 + 邻居v到y的距离

然后选择费用最小的邻居作为下一跳。

2. 距离向量算法的特点

  • 只与直接邻居交换;

  • 交换的是到各目的网络的距离,而非完整拓扑;

  • 分布式计算;

  • 网络变化后需要逐跳传播;

  • 可能出现路由环路和慢收敛。

3. 好消息传播快,坏消息传播慢

某条更短路径出现时,路由器可以迅速采用。

某网络不可达时,相邻路由器可能相互误认为对方仍有路径,导致距离逐步增加,这就是计数到无穷问题。

4. 缓解计数到无穷

常见机制:

  • 水平分割;

  • 毒性逆转;

  • 触发更新;

  • 设置较小的无穷大值;

  • 抑制定时器。

408通常重点掌握概念和RIP中的"16表示不可达"。


五、RIP协议

1. RIP的基本特征

RIP是自治系统内部使用的距离向量路由协议。

关键特征:

项目 RIP
适用范围 自治系统内部
算法 距离向量
度量 跳数
最大有效距离 15跳
不可达 16跳
交换对象 相邻路由器
交换内容 距离向量或路由信息
承载协议 UDP
常用端口 520
更新方式 周期更新,也可触发更新

2. RIP为什么只适合小型网络

  • 只用跳数衡量,不能反映带宽和时延;

  • 最大有效距离仅15跳;

  • 收敛较慢;

  • 可能出现计数到无穷;

  • 周期发送路由信息产生开销。

3. RIP更新规则

路由器R收到邻居X的路由信息后:

  1. 所有距离先加1;

  2. 下一跳改为X;

  3. 与本地路由表比较;

  4. 若目的网络原本不存在,则加入;

  5. 若原路由下一跳就是X,则通常按新信息更新;

  6. 若新路径更短,则替换;

  7. 否则保留原路由。

4. 16表示不可达

如果邻居通告:

复制代码
<net1, 16>

表示邻居认为net1不可达。

经过该邻居到net1的距离不是17,而是仍视为不可达。

5. RIP收敛时间题

若路由器每30s周期交换一次距离向量,某路由信息需要传播k跳,则通常需要根据题目对"初始交换时刻"的定义计算k轮或k-1轮。

标准做法:

  1. 画出目标网络到各路由器的最短跳数;

  2. 明确第0时刻哪些路由器已经知道;

  3. 每轮信息只能再传播一跳;

  4. 按题目给出的交换周期换算时间。

不要直接用"最长路径跳数×30s",必须检查初始状态。

6. RIP高频判断

正确:

  • RIP使用UDP;

  • RIP是内部网关协议;

  • RIP使用跳数;

  • 16表示不可达;

  • RIP只与邻居交换。

错误:

  • RIP使用Dijkstra算法;

  • RIP向所有路由器洪泛完整拓扑;

  • RIP适合超大型自治系统;

  • 跳数越少的路径一定带宽越高。


六、链路状态路由算法

1. 基本思想

链路状态算法要求每台路由器获得较完整的网络拓扑,再独立运行最短路径算法。

典型过程:

  1. 发现邻居;

  2. 测量到邻居的链路费用;

  3. 生成链路状态通告;

  4. 向区域内路由器洪泛;

  5. 建立链路状态数据库;

  6. 运行Dijkstra算法;

  7. 生成最短路径树和路由表。

2. 链路状态算法的特点

  • 洪泛链路状态信息;

  • 每台路由器拥有较一致的拓扑数据库;

  • 各路由器独立运行Dijkstra;

  • 收敛通常快于距离向量;

  • 需要更多内存和计算资源;

  • 链路状态通告不是简单的完整路由表。

3. Dijkstra标准流程

设源点为s。

  1. 将s加入已确定集合S;

  2. 初始化s到其他结点的暂定距离;

  3. 选择S外暂定距离最小的结点u;

  4. 将u加入S;

  5. 用u松弛其相邻结点;

  6. 重复直到所有结点处理完。

松弛操作:

复制代码
若 dist[u] + cost(u,v) < dist[v]
则更新 dist[v] 和前驱

4. 路由题中的数据结构联系

网络拓扑可以抽象为图:

  • 路由器或网络作为顶点;

  • 链路作为边;

  • 链路费用作为权值。

Dijkstra最短路径是数据结构和计算机网络的典型交叉考点。


七、OSPF协议

1. OSPF基本特征

OSPF是自治系统内部使用的链路状态路由协议。

|-------|-----------------|
| 项目 | OSPF |
| 适用范围 | 自治系统内部 |
| 算法 | 链路状态 + Dijkstra |
| 度量 | 费用Cost |
| 交换范围 | 区域内洪泛链路状态信息 |
| 拓扑信息 | 建立链路状态数据库 |
| 承载方式 | 直接封装在IP数据报中 |
| IP协议号 | 89 |
| 收敛速度 | 较快 |
| 适用规模 | 中大型网络 |

2. OSPF不使用TCP或UDP

OSPF报文直接封装在IPv4或IPv6中。

IPv4首部协议字段:

复制代码
89

这是RIP、OSPF、BGP对比题中的固定考点。

3. OSPF交换什么

OSPF不是简单地把整个路由表周期性发送给邻居。

它通过链路状态通告描述:

  • 与哪些结点相连;

  • 链路费用是多少;

  • 哪些网络可达。

链路状态信息在区域内洪泛,各路由器据此构建一致的链路状态数据库。

4. OSPF区域

大型自治系统可以划分为多个区域,以减少洪泛范围和路由计算开销。

核心概念:

  • 每个区域内部维护较完整的链路状态;

  • 主干区域编号通常为Area 0;

  • 其他区域通常需要通过主干区域互连。

408一般不要求复杂的OSPF报文格式,但应理解区域化和链路状态数据库。

5. RIP与OSPF对比

|------|----------------|------------|
| 项目 | RIP | OSPF |
| 类型 | 距离向量 | 链路状态 |
| 算法 | Bellman-Ford思想 | Dijkstra |
| 度量 | 跳数 | 费用 |
| 最大距离 | 15跳有效 | 无15跳限制 |
| 信息交换 | 与邻居交换路由信息 | 洪泛链路状态 |
| 承载 | UDP 520 | 直接IP,协议号89 |
| 收敛 | 较慢 | 较快 |
| 规模 | 小型网络 | 中大型网络 |

6. 选RIP还是OSPF

题目出现以下条件时优先考虑OSPF:

  • 网络规模大;

  • 路径可能超过15台路由器;

  • 要求快速收敛;

  • 需要按链路费用而不是单纯跳数选择路径。


八、BGP协议

1. BGP的定位

BGP用于自治系统之间交换网络可达性信息,是外部网关协议。

BGP不是传统意义上只求数值最短路径的算法,而是:

路径向量协议,并支持策略路由。

2. BGP路径信息

BGP路由通常包含:

  • 目的网络前缀;

  • AS路径;

  • 下一跳;

  • 其他路径属性。

AS路径记录到达目的网络依次经过的自治系统,可用于:

  • 检测自治系统级环路;

  • 进行路径选择;

  • 执行管理策略。

3. BGP使用TCP

BGP建立在TCP之上:

复制代码
TCP端口:179

原因包括:

  • 需要可靠传输路由更新;

  • 不必自行实现重传和排序;

  • 路由更新不适合频繁广播。

4. eBGP与iBGP

4.1 eBGP

不同自治系统中的BGP路由器之间建立的会话。

用途:交换跨自治系统路由。

4.2 iBGP

同一自治系统内部BGP路由器之间建立的会话。

用途:在自治系统内部传播从外部获得的BGP可达性信息。

注意:

iBGP虽然发生在自治系统内部,但它仍属于BGP机制,不等于OSPF或RIP。

5. BGP常见报文

  • OPEN:建立BGP会话;

  • UPDATE:通告新路由或撤销不可达路由;

  • KEEPALIVE:维持会话;

  • NOTIFICATION:报告错误并关闭连接。

真题问"通告网络可达性信息使用什么报文"时,通常回答:

复制代码
UPDATE报文

6. BGP路径选择

BGP路径选择受多种属性和策略影响。

在408简化题中,若其他条件相同,常考虑:

  • 本地策略;

  • AS路径长度;

  • 下一跳可达性;

  • 其他题目明确给出的规则。

不能笼统说:

BGP一定选择经过路由器数量最少的路径。

BGP关注的是自治系统级可达性与策略。

7. RIP、OSPF、BGP总对比

|--------|----------------|----------|-----------|
| 项目 | RIP | OSPF | BGP |
| 作用范围 | AS内部 | AS内部 | AS之间 |
| 类型 | 距离向量 | 链路状态 | 路径向量 |
| 主要算法 | Bellman-Ford思想 | Dijkstra | 策略与路径属性 |
| 度量 | 跳数 | Cost | AS路径及多种属性 |
| 承载协议 | UDP | 直接IP | TCP |
| 端口/协议号 | UDP 520 | IP协议号89 | TCP 179 |
| 交换对象 | 邻居 | 区域内洪泛 | BGP对等体 |
| 典型规模 | 小型AS | 中大型AS | 全球跨域路由 |


九、SDN基本概念

1. 传统网络的问题

传统路由器同时承担:

  • 控制平面:运行路由协议、计算路由;

  • 数据平面:高速查表和转发分组。

设备控制逻辑分散在各台路由器中,配置和策略管理较复杂。

2. SDN的核心思想

SDN把控制平面与数据平面逻辑分离。

  • 数据平面设备负责按流表高速转发;

  • SDN控制器集中掌握网络状态并下发规则。

3. 北向接口与南向接口

3.1 北向接口

连接SDN控制器与上层网络应用。

用于让应用表达:

  • 路由策略;

  • 访问控制;

  • 流量工程;

  • 负载均衡。

3.2 南向接口

连接SDN控制器与数据平面交换设备。

控制器通过南向接口下发流表、读取状态。

OpenFlow是典型的南向协议。

高频结论:

SDN控制器向数据平面交换机下发流表,使用南向接口。

4. SDN的特点

  • 控制逻辑集中;

  • 网络可编程;

  • 策略配置更统一;

  • 便于全局流量优化;

  • 控制器的可靠性与扩展性非常重要。


十、网络层拥塞控制

1. 什么是拥塞

当网络中注入的分组数量超过链路、缓存和处理能力时,路由器队列增长、时延升高、丢包增加,形成拥塞。

拥塞不是单个接收方处理不过来,而是网络内部资源不足。

2. 流量控制与拥塞控制

|------|-------------|---------------|
| 项目 | 流量控制 | 拥塞控制 |
| 目标 | 防止发送方压垮接收方 | 防止过多流量压垮网络 |
| 关注范围 | 通信双方 | 整个网络或路径 |
| 典型位置 | 数据链路层、传输层 | 网络层、传输层 |
| 原因 | 接收缓存和处理速度有限 | 链路、队列、路由器资源不足 |

3. 拥塞控制思路

  • 预防性开环控制;

  • 反馈性闭环控制;

  • 合理丢弃分组;

  • 流量整形;

  • 显式拥塞通知;

  • 调整路由;

  • 传输层降低发送速率。

408中的TCP拥塞控制会在第五章详细学习;网络层只需要理解拥塞产生和反馈思想。


十一、IPv6概述

1. IPv6为什么出现

IPv6主要解决:

  • IPv4地址空间不足;

  • 首部处理复杂;

  • 路由聚合与自动配置需求;

  • 对扩展、安全、移动和组播的支持。

IPv6地址长度为128位。

注意:

复制代码
IPv4:32位
IPv6:128位

IPv6地址空间不是IPv4的96倍,而是:

复制代码
2¹²⁸ / 2³² = 2⁹⁶倍

2. IPv6基本首部

IPv6基本首部固定为40B。

主要字段:

|--------|---------------|
| 字段 | 作用 |
| 版本 | 值为6 |
| 流量类别 | 服务质量相关 |
| 流标签 | 标识特定数据流 |
| 有效载荷长度 | 基本首部之后的长度 |
| 下一个首部 | 指向扩展首部或上层协议 |
| 跳数限制 | 等价于IPv4的TTL作用 |
| 源地址 | 128位IPv6地址 |
| 目的地址 | 128位IPv6地址 |

3. IPv6与IPv4首部对比

IPv6简化了基本首部:

  • 基本首部固定40B;

  • 没有IPv4首部校验和;

  • 可选功能放入扩展首部;

  • 路由器不负责分片;

  • 使用Hop Limit代替TTL;

  • 使用Next Header串联扩展首部或上层协议。

4. IPv6分片

IPv6路由器不对数据报分片。

如果分组太大:

  • 路由器丢弃;

  • 返回ICMPv6"分组太大"信息;

  • 源主机根据路径MTU重新发送;

  • 需要分片时,由源主机使用分片扩展首部完成。

5. IPv6没有广播

IPv6不使用广播地址。

广播功能通常由组播实现。

IPv6地址类型主要包括:

  • 单播;

  • 任播;

  • 组播。

6. IPv6地址表示

IPv6通常写成8组十六进制数,每组16位:

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2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329
6.1 省略前导0

每组前导0可以省略:

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2001:db8:0:0:0:ff00:42:8329
6.2 双冒号压缩

连续多组全0可以用双冒号压缩:

复制代码
2001:db8::ff00:42:8329

一个地址中双冒号只能出现一次,否则无法确定省略了多少组0。

7. 常见IPv6地址

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::      未指定地址
::1     环回地址

IPv6链路本地地址通常使用:

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fe80::/10

8. IPv4向IPv6过渡

常见技术:

8.1 双协议栈

设备同时运行IPv4和IPv6,根据目的地址和网络支持选择协议。

8.2 隧道技术

把IPv6数据报封装在IPv4数据报中,穿越只支持IPv4的网络。

8.3 协议转换

在IPv4和IPv6之间转换地址和报文格式,例如NAT64等。

408重点通常是双协议栈和隧道技术。


十二、IP组播

1. 单播、广播与组播

  • 单播:一对一;

  • 广播:一对本网络所有主机;

  • 组播:一对一组接收者。

组播适合:

  • 视频直播;

  • 在线会议;

  • 路由协议消息;

  • 多接收者内容分发。

2. IPv4组播地址

IPv4 D类地址用于组播:

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224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

组播地址表示一个组,不直接唯一标识某台主机接口。

3. IGMP

IGMP用于IPv4主机与本地组播路由器之间管理组成员关系。

它帮助路由器知道:

  • 本地网络是否有主机加入某个组;

  • 是否仍需要向该网络转发某组播流量。

IGMP本身不负责在整个互联网中计算组播路由树。

4. 组播路由思想

组播路由需要建立从源到多个组成员的分发树,并避免在同一链路重复发送相同分组。

常见原则:

  • 只向存在组成员的方向转发;

  • 必要时剪枝;

  • 防止环路和重复转发。


十三、移动IP

1. 移动IP解决的问题

普通IP地址同时具有:

  • 身份标识;

  • 网络位置标识。

主机移动到其他网络后,如果直接更换IP地址,原有通信连接会受到影响。

移动IP希望主机移动时仍保留稳定的归属地址。

2. 关键概念

  • 移动结点:正在移动的主机;

  • 归属网络:移动结点原来的网络;

  • 归属地址:移动结点长期使用的地址;

  • 归属代理:在归属网络中维护移动结点位置信息;

  • 外地网络:移动结点当前访问的网络;

  • 转交地址:表示移动结点当前所在位置;

  • 外地代理:传统移动IPv4中可为移动结点提供转交和转发服务。

3. 基本通信过程

  1. 移动结点到达外地网络;

  2. 获得转交地址;

  3. 向归属代理注册;

  4. 发往归属地址的数据先到归属网络;

  5. 归属代理截获数据;

  6. 通过隧道转发到转交地址;

  7. 移动结点接收数据。

4. 三角路由

通信对端的数据先发往归属代理,再转发到移动结点,路径可能不是最短,形成三角路由。

移动IP常见问题:

  • 路径绕行;

  • 隧道封装开销;

  • 代理状态维护;

  • 安全认证。


十四、路由器的组成

1. 路由器的核心任务

路由器工作在网络层,主要负责:

  • 运行路由协议;

  • 构建路由表和转发表;

  • 检查IPv4首部;

  • 根据目的IP转发分组;

  • 连接不同网络;

  • 隔离广播域;

  • 在拥塞时排队或丢弃分组。

2. 路由器的基本结构

典型路由器包括:

  • 输入端口;

  • 交换结构;

  • 输出端口;

  • 路由处理器。

3. 输入端口

输入端口通常完成:

  • 物理层接收;

  • 数据链路层解封装;

  • 首部检查;

  • 转发表查找;

  • 输入排队。

4. 交换结构

交换结构把分组从输入端口传送到正确的输出端口。

常见实现:

  • 经内存交换;

  • 经总线交换;

  • 经互连网络交换。

5. 输出端口

输出端口通常完成:

  • 输出排队;

  • 调度;

  • 数据链路层封装;

  • 物理层发送。

6. 路由处理器

路由处理器属于控制平面,负责:

  • 运行RIP、OSPF、BGP等路由协议;

  • 维护路由表;

  • 生成转发表;

  • 管理和配置设备。

7. 路由器与交换机对比

|-------|---------|---------|
| 项目 | 二层交换机 | 路由器 |
| 主要工作层 | 数据链路层 | 网络层 |
| 查表依据 | 目的MAC地址 | 目的IP地址 |
| 表项 | MAC转发表 | 路由表/转发表 |
| 冲突域 | 每端口一个 | 每接口一个 |
| 广播域 | 默认不分割 | 可分割 |
| 互连对象 | 同一二层网络 | 不同IP网络 |

8. 路由器能否保证分组不丢失

不能。

路由器可以:

  • 检查IPv4首部校验和;

  • 丢弃首部出错的分组;

  • 根据路由转发;

  • 拥塞时合理丢弃;

  • 发送ICMP差错报告。

但它不能确保IP分组一定不丢失,也不提供端到端可靠交付。


十五、路由器转发全过程

路由器收到一个以太网帧后:

  1. 输入端口接收比特流;

  2. 数据链路层检查帧并去除帧首部、尾部;

  3. 检查IPv4首部和首部校验和;

  4. TTL减1;

  5. TTL为0则丢弃并发送ICMP时间超过;

  6. 更新IPv4首部校验和;

  7. 根据目的IP查转发表;

  8. 使用最长前缀匹配选择表项;

  9. 确定下一跳和输出接口;

  10. 必要时通过ARP获得下一跳MAC;

  11. 进入输出队列;

  12. 使用新链路层首部重新封装并发送。

注意:

  • 路由器不会根据目的MAC选择跨网络路由;

  • 目的MAC只用于当前链路上的帧交付;

  • 目的IP用于端到端网络层转发。


十六、综合路由表示例

路由表:

|-------------------|----------|----|
| 目的网络 | 下一跳 | 接口 |
| 192.168.0.0/16 | 10.0.0.2 | E0 |
| 192.168.10.0/24 | 10.0.1.2 | E1 |
| 192.168.10.128/25 | 直连 | E2 |
| 0.0.0.0/0 | 10.0.2.2 | E3 |

1. 目的地址192.168.10.200

匹配:

  • /16;

  • /24;

  • /25。

最长为/25,因此从E2直连转发。

2. 目的地址192.168.10.50

匹配:

  • /16;

  • /24;

  • 不匹配192.168.10.128/25。

选择/24,从E1转发。

3. 目的地址8.8.8.8

普通表项均不匹配,使用默认路由,从E3转发。


十七、真题常见命题方式

1. 协议归类题

判断某协议:

  • 是IGP还是EGP;

  • 是距离向量、链路状态还是路径向量;

  • 使用UDP、TCP还是直接IP;

  • 在邻居、区域还是自治系统之间传播。

2. RIP更新与收敛

常考:

  • 收到邻居距离向量后如何更新;

  • 16表示什么;

  • 路由信息经过多少轮传播;

  • 为什么大型网络不适合RIP。

3. OSPF与Dijkstra

常考:

  • 根据链路状态信息构造拓扑;

  • 求最短路径树;

  • 给出到各子网的最短路径和费用;

  • 判断OSPF报文承载方式。

4. BGP综合题

常考:

  • eBGP和iBGP分别在哪些路由器之间建立;

  • 通告可达性使用UPDATE报文;

  • BGP报文使用TCP传输;

  • 根据AS路径和题目规则选择路由。

5. TTL题

若路径最多经过n台路由器,为保证数据报到达:

复制代码
初始TTL至少为n+1

6. SDN题

常考:

  • 控制平面与数据平面;

  • 北向接口与南向接口;

  • 控制器向交换机下发流表使用南向接口。

7. IPv6题

常考:

  • 地址长度;

  • 基本首部是否固定;

  • 是否有首部校验和;

  • 路由器是否分片;

  • Hop Limit与TTL的关系;

  • 双协议栈与隧道;

  • 是否使用广播。

8. 路由器功能题

常考:

  • 路由器运行路由协议并设置路由表;

  • 根据目的IP转发;

  • 拥塞时可以合理丢包;

  • 首部校验不能保证分组不丢失;

  • 路由器隔离广播域。


十八、做题标准流程

1. 协议对比题

先画固定表:

复制代码
RIP:IGP、距离向量、跳数、UDP 520
OSPF:IGP、链路状态、Dijkstra、IP 89
BGP:EGP、路径向量、策略、TCP 179

再逐项匹配题目描述。

2. RIP更新题

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邻居距离全部+1
→ 下一跳改为该邻居
→ 与本地表比较
→ 同一下一跳必须关注新状态
→ 16视为不可达

3. OSPF最短路径题

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画图 → 标权值 → 从源点运行Dijkstra
→ 每轮选最小暂定距离 → 松弛邻接点
→ 写路径和总费用

4. BGP题

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先分清AS内还是AS间
→ AS间eBGP,AS内传播外部信息用iBGP
→ 可达性通告用UPDATE
→ 承载协议TCP
→ 最后按题目给出的路径属性选择

5. IPv6判断题

看到以下关键词立即反应:

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128位、40B固定基本首部、无首部校验和
路由器不分片、无广播、Hop Limit、扩展首部

十九、高频错误清单

  1. 认为RIP使用TCP;

  2. 认为RIP的16跳仍然可达;

  3. RIP收到任何新路由都无条件替换;

  4. 认为OSPF只向邻居发送完整路由表;

  5. 认为OSPF使用UDP;

  6. 把链路状态数据库和转发表混为一谈;

  7. Dijkstra每轮选择边权最小的边,而不是暂定距离最小的结点;

  8. 认为BGP是IGP;

  9. 认为BGP使用UDP;

  10. 把eBGP和iBGP按"是否在Internet中"区分;

  11. 认为BGP一定选择物理距离最短路径;

  12. 把北向接口和南向接口写反;

  13. 把网络拥塞等同于接收方缓存不足;

  14. 认为IPv6地址空间只是IPv4的96倍;

  15. 认为IPv6基本首部长度可变;

  16. 认为IPv6路由器可以分片;

  17. 认为IPv6仍有首部校验和;

  18. 认为IPv6使用广播;

  19. 把路由器的MAC表当作路由表;

  20. 认为路由器检查首部后即可保证数据不丢失。


二十、本篇必须达到的掌握标准

完成本篇后,应能独立回答:

  • 静态路由和动态路由有何区别;

  • 距离向量与链路状态算法分别掌握什么信息;

  • RIP为什么存在计数到无穷问题;

  • RIP的度量、最大跳数、承载协议和端口是什么;

  • Dijkstra每一轮如何选择结点和更新距离;

  • OSPF为什么适合大型自治系统;

  • OSPF报文如何封装;

  • RIP与OSPF应该如何选择;

  • BGP为什么是路径向量和策略路由协议;

  • eBGP和iBGP有何区别;

  • BGP的UPDATE报文和TCP 179分别做什么;

  • SDN控制平面和数据平面如何分离;

  • 南向接口与北向接口分别连接什么;

  • IPv6基本首部与IPv4首部有哪些关键差异;

  • IPv6地址如何压缩表示;

  • 双协议栈与隧道技术如何过渡;

  • IGMP、组播地址和组成员关系是什么;

  • 移动IP中的归属代理和转交地址是什么;

  • 路由器的输入端口、交换结构、输出端口和路由处理器分别做什么。

如果上述问题中有三个以上不能立即回答,说明本篇还未达到压力测试标准。


二十一、章节压力测试范围

后续压力测试将重点覆盖:

  1. RIP距离向量更新;

  2. RIP收敛轮次与计数到无穷;

  3. Dijkstra逐轮最短路径;

  4. OSPF链路状态数据库;

  5. RIP、OSPF和BGP承载协议对比;

  6. eBGP、iBGP与UPDATE报文;

  7. TTL最小值计算;

  8. SDN南向与北向接口;

  9. IPv6地址压缩与还原;

  10. IPv4和IPv6首部对比;

  11. IPv6路径MTU与源主机分片;

  12. IP组播与IGMP;

  13. 移动IP隧道与三角路由;

  14. 路由器组成和转发流程;

  15. 路由表最长前缀匹配综合题。


结语

网络层下篇可以压缩成一条完整主线:

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RIP用邻居距离逐步学习路径
OSPF用链路状态还原拓扑并运行Dijkstra
BGP在自治系统之间按路径属性和策略交换可达性
路由器最终依据转发表完成逐分组转发

协议对比必须形成固定反射:

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RIP:UDP 520
OSPF:IP协议号89
BGP:TCP 179

IPv6必须形成固定反射:

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128位地址、40B固定基本首部、无首部校验和
无广播、路由器不分片、Hop Limit对应TTL

至此,第四章网络层的CSDN知识概要完成。

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