12-IP路由协议

• 其中，路由器1收集自治系统1中的路由信息并使用EGP把信息报 告给路由器2，而路由器2收集自治系统2中的路由信息并使用EGP 把信息报告给路由器1。 • 如果把自治系统2看成是核心路由系统，路由器2就是某个核心路 由器，自治系统1就是一个与核心路由器2相连的一个自治系统， 则前述的四个步骤就是：
– 路由更新报文（类型=12） – 更新确认（出错）报文（类型=2或10）
• 路由器在收到路由更新报文后，若更新被接受，则回应以确认报文，若 报文有错，则回应以出错报文。报文格式为：
类型(2 或 10) 8 位 保留(0) 8 位 序列号 16 位
– 回波请求（响应）报文（类型=0或8）
• 一个路由器发出回波请求报文测试另一个路由器是否在工作，若接收方 正常，则发回回波响应报文。报文格式为：
• 2.每个路由器都把它的路由表发送一个拷贝给与它直接相邻的路 由器。路由器利用这些信息来更新自己的路由表，一般在以下几 种情况下需要更新：（设路由器1收到路由器2发来的路由表信息）
– 如果路由器2中包含路由器1中所没有的目的网络，那么，路由器1应 在路由表中加入一行包含此项 – 如果路由器2的路由表中包含一个达到某个目的网络的更短的路径 （具有更小的Hop值），则路由器1应该在路由表中更新对应的行 – 如果在路由器1的路由表中包含要通过路由器2的目的网络，若路由 器2达到此目的网络的距离已改变，则路由器1的路由表要更新
– – – – 确定自治系统1 在自治系统1选择一个路由信息传播和收集的机制 确定路由器1对此自治系统中的路由信息进行收集 路由器1利用EGP把自治系统1的路由信息报告给核心路由器2
• 这样就利用EGP解决了非核心路由器与核心路由器的信息交换问 题。 • 下面详细介绍EGP：
EGP
• EGP的三个主要功能：
– SPF中，各路由器独立确认路由，而在VD中，各路由器需要依靠其 他路由器 – SPF中，确认路由只需依靠网络拓扑，而在VD中，确认路由需要各 个路由器相互交换路由信息 – 一般SPF要比VD收敛得快，即路由发生变化时，SPF能更快达到新的 稳定状态
GGP • 在核心路由系统中各路由器相互交换路由信息的协议，采用VD 算法，利用GGP报文来交换路由信息。 • GGP报文有三种类型，每种类型都有一定的格式： • 头一个八位组标识报文类型：
• 初始的路由表建立之后，就需要根据网络路由的变化进行更新。 • 对于较小的、变化较慢的网络可以由管理员手工来做； • 而对于大的、变化较复杂的网络则很难能由手工完成迅速的更新， 就需要一些自动的方法。
• 下一跳路由表的问题： • 由于下一跳路由表中只包含了到下一个网络（对于中间路由器而 言，下一个网络不是目的网络）的路径，如果所有网络都是互通 的，那么可以断定的是：除非进入了某个循环路径，数据最终总 能到达目的网络，但问题在于：所走的路径是否是到达目的网络 的最短路径？ • 例如：
IP路由协议
• • • • •
回答两个问题： 路由表中应该包含一些什么信息？路由器如何获得这些信息？ 路由表的创建包含两个方面： 初始化路由表和更新路由表。 初始化路由表取决于操作系统，可能有如下几种情况：
– 路由器在启动时从二级存储器中读取一个初始路由表，并驻留在主 存中。 – 初始路由表为空，在启动后通过执行外部命令来填充。 – 从 它所连接的本地网络的地址集推出一个初始的路由，并与相邻的 路由器联系以获得更多的路由信息。
• VD算法易于执行，但是当路由变化较快时，由于路由信息传播的 延迟，会导致某一时期路由信息的不一致以及慢收敛问题（见后 面RIP部分）。 • 算法需要大量的消息交换,其交换量与路由器数目成正比。因此在 网络规模大时，不利于扩展。 • 替代该算法的一个算法为：
• 最短路径优先(Shortest Path First)算法： • 该算法利用网络拓扑结构（基于链路状态），作如下抽象：
• • • • •
路由更新报文格式说明： “类型”字段为12标识为路由更新报文 “序列号”字段被发送端和接收端用来作同一性确认 “更新”字段指明发送方是否需要接收端的更新 “NUM DISTANCES”字段指明本次更新有多少个距离组(相同距 离为一组) • 报文的后面部分就是按距离分组的一些网络集合,每个集合前面是 两个8位的字段(DISTANCE D字段和 NUM. NETS AT D)分别指明 一个距离值和具有此距离的网络数目,然后紧接着就是指定每一个 网络的IP地址中的网络id(First NET AT DISTANCE D 字段、 Second NET AT DISTANCE D 字段…...)
• 一个方案是把网络中的路由器分为两类：一类路由器成为核心路 由器，其中保有所有网络路径完整、可靠、一致的信息，这一类 的路由器数目较少，由专门的组织负责维护； • 另一类是非核心的路由器，自治地维护本地路径。 • 示意图：
• 两种核心路由结构系统
– 具有单一骨干网络（上图） – 具有对等骨干网络（上图）
• 上述协议解决了核心路由之间交换路由信息的问题，利用该协议， 各核心路由器可以寻找最优路径。 • 两个遗留问题： • 对于非核心路由器，由于非核心路由器不能与核心路由器相互交 换路由信息，一般需要指定某个核心路由器来转发它所不能直接 转发的数据。这时就有可能出现不能获得最优路径的问题。 • 例如:
• 其中R1，R2为核心路由器，R3为非核心路由器。设路由器R3指 定R1来转发它不能直接转发的数据。 • 对于要发往网络1的数据，路由器R3通过骨干网络传给R1，再由 R1转发，可取得最优路径； • 而对于要发往网络2的数据，路由器R3同样首先通过骨干网络传 给R1，而R1根据路由信息转发给R2，由R2进行最后转发，这时 的路由并不是最优的。（最优情况是直接由R3转发到R2，无需R1 这一跳） • 出现非最优情况的原因在于非核心路由器R3不能与核心路由系统 交换路由信息，而只能固定地向预先指定的某个核心路由器转发 数据。不论预先指定那一个路由器，都可能出现非最优的情况。 • 简单地把R3也纳入核心路由器系统并不可取，因为这样会急剧增 大核心路由器的数目。 • 因此，一个问题是：需要建立一种机制，使得非核心路由器能从 核心路由器中获得路由信息。
距离 2 3 6 4 5 10 3
• 设表1 为路由器1 的已有路由表，表2 为由路由器 2 发送来的包含 V D （目的矢量、距离）的消息，路由器1在收到此信息时，需要 作三个更新：
– 表2中的网络21是在表1中没有的，应加上（网络21 4+1 路由器2） – 从表2可知到网络4有更短路径，应更新该行（网络4 3+1 路由器2） – 从表2可知通过路由器2到网络42的Hop值已变为3，需更新（3+1）
– 支持“相邻获得”机制，即允许一个路由器请求另一个路由器同意 二者应该交流可达性信息。这也称一个路由器获得一个EGP对等或 EGP邻居。EGP对等称为相邻的当且仅当它们要交换路由信息，而与 地理位置的远近无关； – 路由器需持续测试其EGP邻居是否在响应； – EGP邻居通过发送路由更新报文周期性交换网络可达性信息。
VD算法
• 1.初始化，路由器在启动时初始化一张路由表，表中只包含与其 直接相连的网络条目，如下表所示：
目的网络 网络 1 网络 2
距离 0 0
路由 直接 直接
表中包含三列： 第一列为目标网络，在初始化时只有与该路由器直接相连的 网络，表中设该路由器只与网络1和网络2直接相连 第二列为从该路由器到目标网络中间所需经过的其他路由器 的数目（hop值）来计算，和目标网络直接相连，则中间路由 器个数为0 第三列为为到达目标网络下一步应向那一个路由器转发，若 直接相连，则为直接转发
• 在核心路由系统中，通过把所有可能路径的完备信息在核心路由 器之间不断传播、更新而使核心路由系统能保有完整、一致、可 靠的路由信息。其中的一个关键是路由传播和更新的算法。
• 两种核心路由协议： • 1988年以前，Internet核心路由系统使用DEC LSI-11 计算机运行 GGP（gateway-to-gateway）协议，此协议采用的路由信息传播和 更新的算法为矢量距离（Vector-Distance）算法。 • 目前，大部分使用SPREAD协议（RFC中目前还没有其详细内 容）。其中路由信息传播和更新采用了基于链路状态的最短路径 优先（Shortest-Path-Fi0) 24 位
• 路由更新报文格式
类型(12) 序列号 更新 距离 D1 距离分组数 距离 D1 的网络数 有距离 D1 的第一个网络 id 有距离 D1 的第二个网络 id …… 有距离 D1 的最后一个网络 id 距离 D2 距离 D2 的网络数 有距离 D2 的第一个网络 id 有距离 D2 的第二个网络 id …… 有距离 Dn 的第一个网络 id 保留(0)
• 另一方面，考虑如下例子：
• 其中，R1是核心路由器，而R2、R3、R4是非核心路由器。 • 一个问题是：R1只能向其他核心路由器报告能直接到达网络1， 而不知道其他几个间接连接的网络，由于R2、R3、R4均为非核心 路由器，不能与核心路由系统交换信息，因而，对于核心路由而 言，这些网络是不可知的，这样，一旦与别的核心路由器相连的 其他网络中的主机要与这几个网络中的主机进行通信时，就不知 道数据转发的路径了。 • 因此，第二个问题是：需要建立一种机制，使得核心路由系统能 从非核心路由器获得更多的路由信息。 • 这两个问题的可以综合为：核心路由系统与非核心路由器之间如 何交换路由信息。 • 为解决此问题，需要引进一个概念：自治系统
• 例：
目的网络 网络 1 网络 2 网络 4 网络 17 网络 24 网络 30 网络 42
距离 0 0 8 5 6 2 2
表1
路由 直接 直接 路由器 3 路由器 4 路由器 2 路由器 5 路由器 2
目的网络 网络 1 网络 4 网络 17 网络 21 网络 24 网络 30 网络 42