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2011年计算机网络考研辅导讲座(8、网络层--中)nullnull第八讲 网络层(中)网络层大纲考查范围网络层大纲考查范围网络层大纲考查范围网络层大纲考查范围知识点归纳知识点归纳(五)路由协议 自治系统AS 是一个互联的网络,其中的所有路由器都必须是连通的。 一个自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。 一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位来管辖。 2. 域内路由与域间路由 在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择。在一个自治系统内部 使用内部网关协议IGP,在内部网关协议中目前使用最多的是RIP 和 OSPF 协议...

2011年计算机网络考研辅导讲座(8、网络层--中)
nullnull第八讲 网络层(中)网络层大纲考查范围网络层大纲考查范围网络层大纲考查范围网络层大纲考查范围 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 归纳知识点归纳(五)路由 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 自治系统AS 是一个互联的网络,其中的所有路由器都必须是连通的。 一个自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。 一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位来管辖。 2. 域内路由与域间路由 在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择。在一个自治系统内部 使用内部网关协议IGP,在内部网关协议中目前使用最多的是RIP 和 OSPF 协议。 自治系统之间的路由选择叫做域间路由选择。在自治系统之间进行路 由时就需要一种协议与另外的自治系统进行路由选择信息的交互,即需要 外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。 RIP 路由协议RIP 路由协议 在动态路由中,管理员不再需要与静态路由配置那样对路由器上的路由表进行手工输入与维护,而是在每台路由器上运行动态路由协议,路由器间动态交换路由方面的消息,根据接口及链路状态等,自动生成路由表中的路由表项。 3. RIP路由协议 RIP(Routing Information Protocol)路由协议就是一种动态路由协议,它采用距离矢量算法,距离矢量算法就是相邻的路由器之间互相交换整个路由表,并进行矢量的叠加,最后达到知道整个网络路。由。它通过UDP的520端口来发送和接收RIP报文,交换路由信息。 RIP每隔30秒向外发送一次更新报文。如果路由器经过180秒没有收到来自相邻路由器的路由更新报文,则将所有来自此路由器的路由信息标记为不可达。在另外的120秒以后,如果仍然没有更新信息,该条失效信息被删除。 RIP 路由协议RIP 路由协议 RIP使用跳数(Hop Count)来衡量到达目的地的距离,这种协议的路由器只关心自己周围的世界,只与自己相邻的路由器交换信息,范围限制在15跳(15度)之内,再远,它就不关心了。路由器到直接相连网络的跳数为1,须间接到达的网络,每通过一个路由器跳数便加1。为限制收敛时间,RIP 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 metric取值1~15之间的整数,大于或等于16的跳数被定义为无穷大,即目的网络或主机不可达。 每个运行RIP的路由器记录了到网络所有可达目的地的路由项,这些路由项包含下列信息(标为蓝色的为主要栏目): 目的地址:目的主机或目的网络的地址。 下一跳地址:为到达目的地,路径上要经过的下一个路由器地址。 接口:经由本路由器的该接口转发IP数据报。 Metric (跳数值):从本路由器到达目的地的跳数,可取值1~16。 定时器:该路由项最后一次被修改的时间。RIP 路由协议RIP 路由协议 路由器最初启动时只包含了其直连网络的路由信息,然后它向周围的相邻路由器发出完整路由表的RIP请求。路由器根据接收到的RIP应答(相邻路由器的路由表)来更新其路由表,先将从相邻路由器收到的路由表项的下一跳地址改为该相邻路由器,并且metric值加1,然后将该修改后的路由表项和自己的路由表项比较,根据具体情况决定是否添加或更新自己的路由表项: 如果接收到的路由表中的目的地址不在自己的路由表中,则将该项目加到自己的路由表中;如果接收到的路由表中的目的地址与自已已有表项的目的地址相同,则分下面三种情况分别对待: (1)若下一跳地址相同,那么无条件根据最新的路由信息更新自己的路由表;(2)若下一跳地址不同,那么比较它们的metric值,将metric值较小的一个作为自己的路由表项;(3)若下一跳地址不同,但新旧表项的metric值相等,则保留旧表项不变。 该路由器再向相邻路由器广播更新后的路由表。相邻路由器收到后,更新自己的路由表,又向其相邻路由器发送更新后的路由表,……,在多次的更新、广播后,各路由器都能得到并保持最新的路由信息。 RIP逐级传递路由信息RIP逐级传递路由信息 RIP协议的路由器只关心自己周围的世界,只与自己相邻的路由器交换信息。 网络中路由器向相邻的路由器发送它们的全部路由信息。路由器根据从相邻路由器接收到的信息来更新自己的路由表。然后,将信息再传递到它的相邻路由器。这样逐级的传递下去以达到全网同步。也就是说距离矢量路由表中的某些路由项有可能建立在第二手信息的基础之上的,每个路由器都不了解整个网络拓扑,它们只知道与自己直接相连的网络情况,并根据从邻居得到的路由信息更新自己的路由表,进行矢量行叠加后转发给其它的邻居。 RIP 协议的三个要点 RIP 协议的三个要点 Q:和哪些路由器交换信息? A:仅和相邻路由器交换信息。 Q:交换什么信息? A: 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息,即自 己的路由表。 Q: 在什么时候交换信息? A:按固定的时间间隔交换路由信息,例如,每隔 30 秒。 null“4”表示“从本路由器到网 4”“1”表示“距离是 1”“”表示“直接交付”nullnullA 说:“我到网 2 的距离是 1。” 因此 B 现在也可以到网 2, 距离是 2,经过 A。”nullA 说:“我到网 3 的距离是 1。” 但 B 没有必要绕道经过路由器 A 再到达网 3,因此这一项目不变。nullC 说:“我到网 4 的距离是 1。” 但 B 没有必要绕道经过路由器 C 再到达网 4,因此这一项目不变。nullC 说:“我到网 6 的距离是 1。” 因此 B 现在也可以到网 6, 距离是 2,经过 C。”null最终所有的路由器的路由表都更新了RIP 协议的优缺点RIP 协议的优缺点优点 实现简单,开销较小。 缺点 收敛速度慢(当网络出现故障时,要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器); RIP 限制了网络的规模,它能使用的最大距离为 15(16 表示不可达), 因此只适用于小的自治系统; 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表,因而随着网络规模的扩大,开销也就增加。nullR1 说:“我到网 1 的距离是 1,是直接交付。”“1”表示“从本路由器到网 1”“1”表示“距离是 1”“”表示“直接交付”RIP会产生路由环路RIP会产生“路由环路”问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 nullRIP会产生“路由环路”问题null正 常 情 况R1 说:“我到网 1 的距离是 16 (表示无法到达), 是直接交付。” 但 R2 在收到 R1 的更新报文之前,还发送原来的报文,因为这时 R2 并不知道 R1 出了故障。null R1 收到 R2 的更新报文后,误认为可经过 R2 到达网1,于是更新自己的路由表,说:“我到网 1 的距离是 3,下一跳经过 R2”。然后将此更新信息发送给 R2。null正 常 情 况nullR2R1正 常 情 况1 1 …1 2 R1… 这样不断更新下去,直到 R1 和 R2 到网 1 的距离都增大到 16 时,R1 和 R2 才知道网1是不可达的。 这就是好消息传播得快,而坏消息传播得慢。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间(例如数分钟)。这是 RIP 的一个主要缺点。 RIP“路由环路”问题的解决方法RIP“路由环路”问题的解决方法为防止错误的路由信息传播开,RIP采用以下措施: 水平分割(Split Horizon):从一个方向学来的路由信息,不能再放入发回那个 方向的路由更新包并且又发回那个方向。 路由下毒(Route Poisoning):当路由器发现自己直连的网段出现故障时,首 先给自己“下毒”,标记该路由为16,即不可达,然后使用路由更新包给自己的 邻居“下毒”,即向自己的邻居路由器通告该路由已失效。 毒性逆转(Poison Reverse):路由器被“下毒”之后,会继续向自己的邻居“下 毒”,同时,为了保证所有的邻居都被“下毒,还会向“毒源”的方向反向“下毒”。 触发更新(Triggered Update):当路由器发现某网段出现故障时,会立刻发出 路由更新包来 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 邻居,而不用等到30秒以后下一次发送路由更新包的时间。 抑制定时器(Holddown Timers):当路由器学习到某个网段出现故障,并标记 该路由变为“可能down状态”之后,还要保持该状态一段时间。在保持时间里, 如果再收到该网段的更新时,若更新具有相等或更差的度量值,路由器会不听。 RIP协议有RIP-1和RIP-2两个版本, RIP-1 不支持子网和VLSM变长子网掩码,RIP-2支持明文认证和 MD5 密文认证,并支持子网和VLSM变长子网掩码。OSPF 协议的三个要点OSPF 协议的三个要点 Q:和哪些路由器交换信息? A:用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送信息 Q:交换什么信息? A: 发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态, 即说明本路由器都和哪些路由器相邻,以及该链路的 “度量”(metric)。 Q: 在什么时候交换信息? A:更新发送时,即只有当链路状态发生变化时,路由器 才用洪泛法向所有路由器发送此信息。4. OSPF路由协议链路状态数据库 (link-state database) 链路状态数据库 (link-state database) 由于各路由器都会和自治系统中所有的其它路由器之间洪泛广播链路状态信息,因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。 这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图,它在全网范围内是一致的(这称为链路状态数据库的同步)。 OSPF 的链路状态数据库能较快地进行更新,使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF 的更新过程收敛得快是其重要优点。 OSPF 路由协议为什么要分区?OSPF 路由协议为什么要分区? OSPF 是一种动态路由协议,基于链路状态算法。自治系统中,将网络划分为不同的区域。每个区域都有自己特定的标识号。主干(backbone)区域0和各个非主干区域相连,洪泛消息只在本区域中发送。在每个区域里,路由器不关心其它区域的链路改变,而只关心本区域的链路改变。一个区域的网络拓扑变化,只会引起本区域的链路信息的更新和网络收敛操作。通过划分区域,网络故障和链路变化的影响范围被缩小,整个网络不再频繁地进行收敛操作。 当网络中自治系统非常大时,洪泛网络拓扑数据库的内容就很多,所以如果不分区域的话,一方面容易造成数据库溢出,另一方面当网络中某一链路状态发生变化时,会引起整个网络中每个节点都重新计算一遍自己的路由表,既浪费资源与时间,又会影响路由协议的性能(如聚合速度、稳定性、灵活性等)。因此,需要把自治系统划分为多个区域,每个区域内部维持本区域一张唯一的拓扑结构图,且各区域根据自己的拓扑图各自计算路由。 OSPF 路由协议分区域OSPF 路由协议分区域区域内部路由器、区域边界路由器、主干路由器(可同时为前者)、AS边界路由器OSPF 路由协议分区域后的工作原理OSPF 路由协议分区域后的工作原理 在区域与区域的边界处有区域边界路由器,区域边界路由器负责学习两个区域的路由。当发送目的地是其它区域的数据报时,区域内路由器先路由给区域边界路由器,然后由区域边界路由器将数据报路由到其它区域,而区域内部的路由器不需要学习其它区域的链路结构数据。这样,相对而言,路由器所维护的路由表体积显著缩小,路由操作效率提高。 所有区域之间的网络链路结构情况互不可见,区域边界路由器会将其相连接区域的内部链路结构数据总结后通过Summary Link广播至区域0,也即广播至所有其它区域的边界路由器,这样与区域0相连的区域边界路由器上就有区域0及其它所有区域的链路结构总结信息,通过这些信息,这些区域边界路由器能够计算出至相应目的地的路由,并将这些路由信息广播至与其相连接的区域内,以便让该区域内部的路由器找到与区域外部通信的最佳路由。 当网络中的某条链路状态发生变化时,此链路所在区域中的每个路由器重新计算本区域路由表,而区域边界路由器把区域的内部路由总结后在区域间扩散。而其它区域中路由器只需修改其路由表中的相应条目而无须重新计算整个路由表,节省了计算路由表的时间。 OSPF由两个互相关联的主要部分组成:“呼叫”协议和“可靠泛洪”机制。 “呼叫”协议检测邻居并维护邻接关系,“可靠泛洪”算法可以确保区域中的所有的OSPF路由器始终具有一致的链路状态数据库。OSPF 路由协议OSPF 路由协议 每个路由器都维护一个用于跟踪网络链路状态的数据库,然后 各路由器的路由选择就是基于链路状态、通过Dijkastra算法建立起 来最短路径树,用该树跟踪系统中的每个目标的最短路径。最后再 通过计算域间路由、自治系统外部路由确定完整的路由表。与此同 时,OSPF动态监视网络状态,一旦链路状态发生变化则迅速洪泛扩散达到对网络拓扑的快速聚合,从而确定出新的网络路由表。 OSPF的设计实现要涉及到指定路由器、备份指定路由器的选举(OSPF协议对多点接入的局域网如多个路由器接在一个以太网上要采用指定路由器,由它代表局域网上链路向连接到该网络上的各路由器发送状态信息)、协议包的接收、发送、泛洪机制、路由表计算等一系列问题。 Dijkstra最短路径算法 OSPF路由表的计算与实现 OSPF 直接用 IP 数据报传送 OSPF 直接用 IP 数据报传送 OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 数据报传送(IP信包中的高层协议号89)。 OSPF 构成的数据报很短。这样做可减少信息通信量。 数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据报分片传送。因为分片传送的数据报只要丢失一个,就无法组装成原来的数据报,而整个数据报就必须重传。 OSPF支持可变长子网掩码VLSM和CIDR RIPv1只支持有类别的A、B、C类网,不支持VLSM RIPv2才支持子网划分和VLSMOSPF工作过程OSPF工作过程1、构造发送Hello包、接收Hello包,得知本地链路状态; 2、通过一系列的分组交换,全网各路由器达到链路状态数据库的同步;或链路状态发生变化时用洪泛法向全网更新链路状态; 3、各路由器根据收集到的链路状态建立链路状态数据库; 4、启动SPF算法,以自己为源点计算SPF树; 5、建立到达所有信宿的路由表(经由端口和代价)。 OSPF对不同的链路可根据不同服务类型的业务设置成不同的代价,因而可计算出不同的路由,因此对应多个不同类型业务可以有多个路由表;另外,到同一目的网络若有多条相同代价的路径,可将通信量分配到几条路径上负债均衡。以上OSPF的特性,RIP都没有。 (1)测知链路状态,构造LSP/LSA(1)测知链路状态,构造LSP/LSADLSP ---- Link State Packet LSA ---- Link State Advertisement(2)构造链路状态数据库(2)构造链路状态数据库(3)各自重新计算SPF树(3)各自重新计算SPF树(4)生成各自的路由表(4)生成各自的路由表OSPF 的五种分组类型 OSPF 的五种分组类型 类型1:问候(Hello)分组 (相邻路由器每隔10秒交换一次,得知和何路 由器相邻以及其间链路的代价,若40秒未收到,则标为不可达) 类型2: 数据库描述(Database Description)分组(和相邻路由器交换 本数据库的摘要信息:有哪些路由器的链路状态信息、及相应序号) 类型3:链路状态请求(Link State Request)分组(向对方请求发送 自己所缺少的某些链路状态项目的详细信息) 类型4:链路状态更新(Link State Update)分组(对链路状态请求的 应答;也可用作链路状态发生变化时用洪泛法向全网更新链路状态) 类型5:链路状态确认(Link State Acknowledgment)分组(可靠洪 泛法: 在收到更新分组后要发送确认分组) 如果所有的路由器启动后通过Hello分组得知相邻路由器及其链路代价,然后组成自己的本地链路状态信息对全网进行洪泛广播,那么各路由器将全部信息综合后就可得出链路状态数据库。但这样做开销太大,OSPF采用下法:OSPF的基本操作 OSPF的基本操作 确定可达性新情况下的同步OSPF 使用的是可靠的洪泛法 OSPF 使用的是可靠的洪泛法 t更新报文ACK报文RRRRt1 t2 t3 t4OSPF 的其他特点 OSPF 的其他特点 为确保链路状态数据库与全网的状态保持一致,OSPF 还规定每隔一段时间,如 30 分钟,要刷新一次数据库中的链路状态。 由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态,因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时,OSPF 协议要比距离向量协议 RIP 好得多。 OSPF 没有“坏消息传播得慢”的问题,其响应网络变化的时间小于 100 ms。 外部网关协议 BGP外部网关协议 BGPBGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。较新版本是 BGP-4(BGP 第 4 版) BGP采用类似DV的算法 ---- 路径向量(path vector)路由选择算法 前提 因特网的规模太大,使得自治系统之间路由选择非常困难。 对于自治系统之间的路由选择,要寻找最佳路由是很不现实的。 自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略。 目标 边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由(不能兜圈子),而并非要寻找一条最佳路由。5. 外部网关协议 BGPBGP 发言人 BGP 发言人 每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP 发言人” 。 一般说来,两个 BGP 发言人都是通过一个共享网络连接在一起的,BGP 发言人常常选 BGP 边界路由器。 一个 BGP 发言人与其他自治系统中的 BGP 发言人要交换路由信息,就要先建立 TCP 连接(端口号179),然后在此连接上交换 BGP 报文以建立 BGP 会话(session),利用 BGP 会话交换网络可达性信息(内容为: 到达某个网络需要经过哪一系列AS)。 使用 TCP 连接能提供可靠的服务,也简化了路由选择协议。 使用 TCP 连接交换路由信息的两个 BGP 发言人,彼此成为对方的邻站或对等站。BGP 发言人和自治系统 AS 的关系 BGP 发言人和自治系统 AS 的关系 自治系统连通图 自治系统连通图 每个AS的BGP发言人向相邻的BGP发言人通告对方经由本AS到本自治系统中的各目的网络的可达性,相邻的BGP发言人将到这些目的网络的路径上加上自己所在的AS,又向其相邻的其它BGP发言人通告,…..,这样,BGP发言人之间就互相交换这些到达各个网络的可达性信息:到达某个网络需要经过哪一系列AS的路径信息。 BGP 发言人互相交换网络可达性信息后,各 BGP 发言人就可找出到达各自治系统的比较好的路由。 BGP 发言人交换路径向量 BGP 发言人交换路径向量 主干网 (AS1)地区 ISP (AS2)地区 ISP (AS3)本地 ISP(AS6) N5本地 ISP(AS7) N6, N7 自治系统 AS2 的 BGP 发言人通知主干网的 BGP 发言人:“要到达网络 N1, N2, N3 和 N4 可经过 AS2。” BGP 发言人交换路径向量 BGP 发言人交换路径向量 主干网 (AS1)地区 ISP (AS2)地区 ISP (AS3)本地 ISP(AS4) N1, N2本地 ISP(AS5) N3, N4主干网还可发出通知:“要到达网络 N5, N6 和 N7 可沿路径(AS1, AS3)。” BGP 协议的特点BGP 协议的特点BGP 协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级,这要比这些自治系统中的网络数少很多。 每一个自治系统中 BGP 发言人(或边界路由器)的数目是很少的。这样就使得自治系统之间的路由选择不致过分复杂。 BGP 支持 CIDR,因此 BGP 的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器,以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。 在BGP 刚刚运行时,BGP 的邻站是交换整个的 BGP 路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销方面都有好处。 BGP采用TCP报文传送。 BGP 发言人间交换报文的类型BGP 发言人间交换报文的类型OPEN报文 (与相邻BGP发言人建立关系,使通信初始化) KEEPALIVE报文 (周期性每隔30秒一次证实邻站的连通性) UPDATE报文 (通告某一路由信息,及列出撤销路由)----为核心交换报文 NOTIFICATION报文 (发送检测到的差错) ROUTE-REFRESH报文 (请求对等端重新通告) RIP、OSPF、BGP 路由协议比较RIP、OSPF、BGP 路由协议比较
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