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目錄目錄 1.路由協(xié)議路由協(xié)議3 1.1.靜態(tài)的與動(dòng)態(tài)的內(nèi)部路由3 1.2.選路信息協(xié)議(RIP).5 1.2.1.慢收斂問題的解決.7 1.2.2.RIP報(bào)文格式8 1.2.3.RIP編址約定9 1.2.4.RIP報(bào)文的發(fā)送10 1.3.OSPF10 1.3.1.概述.10 1.3.2.數(shù)據(jù)包格式.10 1.3.3.OSPF基本算法11 1.3.4.OSPF路由協(xié)議的基本特征12 1.3.5.區(qū)域及域間路由.13 1.3.6.OSPF協(xié)議路由器及鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包分類16 1.3.7.OSPF協(xié)議工作過程18 1.3.8.OSPF路由協(xié)議驗(yàn)證21 1.3.9.小結(jié).21 1.4.HELLO 協(xié)議 .22 1.5.將 RIP,HELLO 和 EGP 組合起來.23 1.6.邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議第 4 版(BGP4)24 1.7.EGP27 1.7.1.給體系結(jié)構(gòu)模型增加復(fù)雜性.27 1.7.2.一個(gè)其本思想:額外跳.28 1.7.3.自治系統(tǒng)的概念.30 1.7.4.外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP).31 1.7.5.EGP報(bào)文首部32 1.7.6.EGP鄰站獲取報(bào)文33 1.7.7.EGP鄰站可達(dá)性報(bào)文34 1.7.8.EGP輪詢請(qǐng)求報(bào)文34 1.7.9.EGP選路更新報(bào)文35 1.7.10.從接收者的角度來度量.37 1.7.11.EGP的主要限制38 2.CISCO 路由器產(chǎn)品介紹路由器產(chǎn)品介紹 .40 2.1.CISCO 2500 40 2.2.CISCO 4500-M .40 2.3.CISCO 7200 41 2.4.CISCO 7513/7507.43 3.路由器的基本配置路由器的基本配置43 參數(shù)設(shè)置 43 網(wǎng)絡(luò)號(hào)43 IP 類設(shè)置.44 菜單設(shè)置44 歡迎文本44 異步線的設(shè)置44 總結(jié)45 附錄一 路由器常用命令45 4.基本維護(hù)基本維護(hù)52 兩種狀態(tài)52 幫助52 命令簡(jiǎn)寫52 跟蹤錯(cuò)誤53 進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)53 存儲(chǔ)退出53 刪除設(shè)置53 一些常用命令53 修改地址53 修改 enable secrect password.55 附錄二 常見網(wǎng)絡(luò)故障分析及排除.55 1 路由器常用測(cè)試命令55 2 路由器傳輸故障排除方法55 3網(wǎng)絡(luò)常見問題.57 1. 路由協(xié)議路由協(xié)議 1.1. 靜態(tài)的與動(dòng)態(tài)的內(nèi)部路由 在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)的兩個(gè)路由器彼此互為內(nèi)部路由器。例如,因?yàn)楹诵臉?gòu)成了一個(gè) 自治系統(tǒng),兩個(gè) Internet 核心路由器互為內(nèi)部路由器。在大學(xué)校園里的兩個(gè)路由器也互為 內(nèi)部路由器,因?yàn)樵谛@里的所有機(jī)器都屬于同一個(gè)自治系統(tǒng)。 自治系統(tǒng)中的路由器如何獲得關(guān)于本系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)的信息呢?在小型的、緩慢變 化著的互連網(wǎng)絡(luò)中,管理者可以使用手工方式進(jìn)行路由的建立與修改。管理者保留一張關(guān) 于網(wǎng)絡(luò)的表格,并在有新的網(wǎng)絡(luò)加入到該自治系統(tǒng)或從該自治系統(tǒng)刪除一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí),更新 該表格。例如圖 1.1 中顯示的小公司的互連網(wǎng)絡(luò)。為這樣的互連網(wǎng)絡(luò)選路耗費(fèi)就微不足道, 因?yàn)槿魏蝺牲c(diǎn)之間僅有一條路由。管理者可用人工的方式來配置所有的主機(jī)和路由器的路 由?;ミB網(wǎng)絡(luò)更改狀態(tài)(如新增一個(gè)網(wǎng)絡(luò))時(shí),管理者重新配置所有機(jī)器上的路由。 圖 1.1 在一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)中包括了 5 個(gè)以太網(wǎng)和 4 個(gè)路由器 的小型互連網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)中任意兩臺(tái)主 機(jī)之間僅有一個(gè)路由 人工的系統(tǒng)明顯存在缺點(diǎn),它不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的迅速增長或迅速變化。在大型的、迅 速變化的環(huán)境中,如 Internet 網(wǎng),人對(duì)情況變化的反應(yīng)速度太慢,來不及處理問題;必 須使用自動(dòng)機(jī)制。采用自動(dòng)機(jī)制還有利于提高可靠性,并對(duì)某些路由可變的小型互連網(wǎng)絡(luò) 中的故障采取反應(yīng)措施。為了驗(yàn)證這一點(diǎn),我們假設(shè)在圖 1.1 中增加一個(gè)路由器,使之變 為圖 1.2 所示的結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)絡(luò) 5 網(wǎng)絡(luò) 4 網(wǎng)絡(luò) 1 網(wǎng)絡(luò) 2 網(wǎng)絡(luò) 3 R2 R1 R3R4 圖 1.2 增加了路由器 R5 后使得網(wǎng)絡(luò) 2 和 3 之間多了一條 備用路徑當(dāng)原有路由出故障時(shí),選路軟件能夠迅速切換 到備用路由 對(duì)于擁有多個(gè)物理路徑的互連網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),管理者通常選擇其中一條作為基本路 徑。如果該基本路徑上的路由器出故障,就必須改動(dòng)路由使得通信流量通過備用路由器來 傳輸。人工改變路由的方式耗時(shí)長而且容易帶來錯(cuò)誤。因此,即便是小型互連網(wǎng)中,也應(yīng) 使用處動(dòng)機(jī)制來迅速而可靠地改變路由。 為了自動(dòng)地保存準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息,內(nèi)部路由器之間要進(jìn)行通信,即路由器與可 到達(dá)的另一個(gè)路由器要交換網(wǎng)絡(luò)可到達(dá)性數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)選路信息。把整個(gè)自治系統(tǒng)的可到達(dá) 信息匯集起來之后,系統(tǒng)中某個(gè)路由器就使用 EGP 把它們通告給另一個(gè)自治系統(tǒng)。 內(nèi)部路由器通信與外部路由器通信的不同之處就是:EGP 提供了為外部路由器通信廣 泛使用的標(biāo)準(zhǔn),而內(nèi)部路由器通信卻沒有一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)。造成這種情況的原因之一,就 是自治系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和具體技術(shù)的多樣性。另一個(gè)原因是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單與功能強(qiáng)大之間的折 衷,即易于安裝和配置的協(xié)議往往不能提供強(qiáng)大的功能。因此,流行的適用于內(nèi)部路由器 通信的協(xié)議有很多種,但多數(shù)自治系統(tǒng)只選擇其中一個(gè)在內(nèi)部的來傳播選路信息。 由于沒有單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn),我們使用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP(Interior Gateway Protocol)作 為統(tǒng)稱來描述所有的用于內(nèi)部路由器之間交換的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息及選路信息的算法。例如 Butterfly 核心路由器構(gòu)成了一個(gè)特定的自治系統(tǒng),它使用 SPREAD 作為其內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP。有些自治系統(tǒng)使用 EGP 來作 IGP,不過這對(duì)那些由具有廣播功能的局域網(wǎng)組成的小型 自治系統(tǒng)沒有多少意義。 圖 1.3 是自治系統(tǒng)使用某種 IGP 在內(nèi)部路由器之間傳播可到達(dá)信息的示意圖。 在這個(gè)圖中,IGP1 和 IGP2 分別表示自治系統(tǒng) 1 和 2 所使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。從圖中 可以得到這個(gè)重要的概念: 網(wǎng)絡(luò) 5 網(wǎng)絡(luò) 4 網(wǎng)絡(luò) 1 網(wǎng)絡(luò) 2 網(wǎng)絡(luò) 3 R2R5 R1 R3R4 圖 1.3 兩個(gè)自治系統(tǒng)各自在其內(nèi)部使用不同的 IGP, 但是其外部路由器使用 EGP 與另一個(gè)系統(tǒng)通信 的示意圖 一個(gè)單個(gè)的路由器可以同時(shí)使用兩種選路協(xié)議,一個(gè)用于到 自治系統(tǒng)之外的通信,另一個(gè)用于自治系統(tǒng)內(nèi)部的通信。 具體地說,運(yùn)行 EGP 通告可達(dá)性的路由器,通常還需要運(yùn)行一種 IGP,以便獲得其自 治系統(tǒng)內(nèi)部的信息。 1.2. 選路信息協(xié)議(RIP) 使用最廣泛的一種 IGP 是選路信息協(xié)議 RIP(Routing Information Protocol) ,RIP 的另一個(gè)名字是 routed(路由守護(hù)神) ,來自一個(gè)實(shí)現(xiàn)它的程序。這個(gè)程序最初由加利福 尼亞大學(xué)伯克利分校設(shè)計(jì),用于給他們?cè)诰钟蚓W(wǎng)上的機(jī)器提供一致的選路和可達(dá)信息。它 依靠物理網(wǎng)絡(luò)的廣播功能來迅速交換選路信息。它并不是被設(shè)計(jì)來用于大型廣域網(wǎng)的(盡 管現(xiàn)在的確這么用) 。 在旋樂(Xerox)公司的 Palo Alto 研究中心 PARC 早期所作的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)互連的研究 的基礎(chǔ)上,routed 實(shí)現(xiàn)了起源于 Xerox NS RIP 的一個(gè)新協(xié)議,它更為通用化,能夠適應(yīng) 多種網(wǎng)絡(luò)。 盡管在其前輩上做了一些小改動(dòng),RIP 作為 IGP 流行起來并非技術(shù)上有過人之處,而 是由于伯克利分校把路由守護(hù)神軟件附加在流行的 4BSD UNIX 系統(tǒng)上一起分發(fā),從而使得 許多 TCP/IP 網(wǎng)點(diǎn)根本沒考慮其技術(shù)上的優(yōu)劣就采用 routed 并開始使用 RIP。一旦安裝并 使用了這個(gè)軟件,它就成為本地選路的基礎(chǔ),研究人員也開始在大型網(wǎng)絡(luò)上使用它。 關(guān)于 RIP 的最令人吃驚的事可能就是它在還沒有正式標(biāo)準(zhǔn)之前就已經(jīng)廣泛流行了。 大多數(shù)的實(shí)現(xiàn)都脫胎于伯克利分校的程序,但是由于編程人員對(duì)未形成文檔的微妙細(xì)節(jié)理 解不同而造成了它們之間互操作性限制。協(xié)議出現(xiàn)新版本后,出現(xiàn)了更多的問題。在 1988 年 6 月形成了一個(gè) RFC 標(biāo)準(zhǔn),這才使軟件商解決了互操作性問題。 RIP 協(xié)議的基礎(chǔ)就是基于本地網(wǎng)的矢量距離選路算法的直接而簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)。它把參加 通信的機(jī)器分為主機(jī)的(active)和被動(dòng)的(passive 或 silent) 。主動(dòng)路由器向其他路由 器通告其路由,而被動(dòng)路由器接收通告并在此基礎(chǔ)上更新其路由,它們自己并不通告路由。 EGP IGP1 R1 IGP1 IGP2 R2 IGP2 只有路由器能以主動(dòng)方式使用 RIP,而主機(jī)只能使用被動(dòng)方式。 以主動(dòng)方式運(yùn)行 RIP 的路由器每隔 30 秒廣播一次報(bào)文,該報(bào)文包含了路由器當(dāng)前的 選路數(shù)據(jù)庫中的信息。每個(gè)報(bào)文由序偶構(gòu)成,每個(gè)序偶由一個(gè) IP 網(wǎng)絡(luò)地址和一個(gè)代表到達(dá) 該網(wǎng)絡(luò)的距離的整數(shù)構(gòu)成。RIP 使用跳數(shù)度量(hop count metric)來衡量到達(dá)目的站的 距離。在 RIP 度量標(biāo)準(zhǔn)中,路由器到它直接相連的網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)被定義為 1,到通過另一個(gè) 路由器可達(dá)的網(wǎng)絡(luò)的距離為 2 跳,其余依此類推。因此從給定源站到目的站的一條路徑的 跳數(shù)(number of hops 或 hop count)對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)報(bào)沿該路傳輸時(shí)所經(jīng)過的路由器數(shù)。顯 然,使用跳數(shù)作為衡量最短路徑并不一定會(huì)得到最佳結(jié)果。例如,一條經(jīng)過三個(gè)以太網(wǎng)的 跳數(shù)為 3 的路徑,可能比經(jīng)過兩條低速串行線的跳數(shù)為 2 的路徑要快得多。為了補(bǔ)償傳輸 技術(shù)上的差距,許多 RIP 軟件在通告低速網(wǎng)絡(luò)路由時(shí)人為地增加了跳數(shù)。 運(yùn)行 RIP 的主動(dòng)機(jī)器和被動(dòng)機(jī)器都要監(jiān)聽所有的廣播報(bào)文,并根據(jù)前面所說的矢量 距離算法來更新其選路表。例如圖 1.2 中的互連網(wǎng)絡(luò)中,路由器 R1 在網(wǎng)絡(luò) 2 上廣播的選路 信息報(bào)文中包含了序偶(1,1) ,即它能夠以費(fèi)用值 1 到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 1。路由器 R2 和 R5 收到這 個(gè)廣播報(bào)文之后,建立一個(gè)通過 R1 到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 1 的路由(費(fèi)用為 2) 。然后,路由器 R2 和 R5 在網(wǎng)絡(luò) 3 上廣播它們的 RIP 報(bào)文時(shí)就會(huì)包含序偶(1,2) 。最終,所有的路由器和主機(jī)都會(huì) 建立到網(wǎng)絡(luò) 1 的路由。 RIP 規(guī)定了少量的規(guī)則來改進(jìn)其性能和可靠性。例如,當(dāng)路由器收到另一個(gè)路由器傳 來的路由時(shí),它將保留該路由直到收到更好的路由。在我們所舉的例子中,如果路由器 R2 和 R5 都以費(fèi)用 2 來廣播到網(wǎng)絡(luò) 1 的路由,那么 R3 的 R4 就會(huì)將路由設(shè)置為經(jīng)過先廣播的那 個(gè)路由器到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 1。即: 為了防止路由在兩個(gè)或多個(gè)費(fèi)用相等的路徑之間振蕩不定,RIP 規(guī)定在 得到費(fèi)用更小的路由之前保留原有路由不變。 如果第一個(gè)廣播路由的路由器出故障(如崩潰)會(huì)有什么后果?RIP 規(guī)定所有收聽者 必須對(duì)通過 RIP 獲得的路由設(shè)置定時(shí)器。當(dāng)路由器在選路表中安置新路由時(shí),它也為之設(shè) 定了定時(shí)器。當(dāng)該路由器又收到關(guān)于該路由的另一個(gè)廣播報(bào)文后,定時(shí)器也要重新設(shè)置。 如果經(jīng)過 180 秒后還沒有下一次通告該路由,它就變?yōu)闊o效路由。 RIP 必須處理下層算法的三類錯(cuò)誤。第一,由于算法不能明確地檢測(cè)出選路的回路, RIP 要么假定參與者是可信賴的,要么采取一定的預(yù)防措施。第二,RIP 必須對(duì)可能的距離 使用一個(gè)較小的最大值來防止出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象(RIP 使用的值是 16) 。因而對(duì)于那些實(shí)際 跳數(shù)值在 16 左右的互連網(wǎng)絡(luò),管理者要么把它劃分為若干部分,要么采用其他的協(xié)議。第 三,選路更新報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸速度很慢,RIP 所使用的矢量距離算法會(huì)產(chǎn)生慢收斂 (slow convergence)或無限計(jì)數(shù)(count to infinity)問題從而引發(fā)不一致性。選擇一 個(gè)小的無限大值(16) ,可以限制慢收斂問題,但不能徹底解決客觀存在。 選路表的不一致問題并非僅在 RIP 中出現(xiàn)。它是出現(xiàn)在任何矢量距離協(xié)議中的一個(gè) 根本性的問題,在此協(xié)議中,更新報(bào)文僅僅包含由目的網(wǎng)絡(luò)及到達(dá)該網(wǎng)絡(luò)的距離構(gòu)成的序 偶。為了理解這個(gè)問題我們考慮圖 1.4 中路由集合。圖中描述了在圖 1.2 中到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 1 的 路由。 圖 1.4 慢收斂問題。(a)中的三個(gè)路由器各有到網(wǎng)絡(luò) 1 的路由。 (b)中,到網(wǎng)絡(luò) 1 的路由已經(jīng)消失了,但是 R2 對(duì)它的路由 通告引起了選路的環(huán)路 正如圖 1.4(a)所顯示的那樣,R1 直接與網(wǎng)絡(luò) 1 相連,所以在它的選路表中有一條 到該網(wǎng)絡(luò)的距離為 1 的路由;在周期性的路由廣播中包括了這個(gè)路由。R2 從 R1 處得知了 這個(gè)路由,并在自己的選路表中建立了相應(yīng)的路由產(chǎn)工將之以距離值 2 廣播出去。最后 R3 從 R2 處得知該路由并以距離值 3 廣播。 現(xiàn)在假設(shè) R1 到網(wǎng)絡(luò) 1 的連接失效了。那么 R1 立即更新它的選路表把該路由的距離 置為 16(無窮大) 。在下一次廣播時(shí),R1 應(yīng)該通告這一信息。但是,除非協(xié)議包含了額外 的機(jī)制預(yù)防此類情況,可能有其他的路由器在 R1 廣播之前就廣播了其路由??赡芗僭O(shè)一個(gè) 特殊的情況,即 R2 正好在 R1 與網(wǎng)絡(luò) 1 連接失效后通告其路由。因此,R1 就會(huì)收到 R2 的 報(bào)文,并對(duì)此使用通常的矢量距離算法:它注意到 R2 有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 1 的費(fèi)用更低的路由,計(jì) 算出現(xiàn)在到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 1 需要 3 跳(R2 通告的到網(wǎng)絡(luò) 1 費(fèi)用是 2 跳,再加上到 R2 的 1 跳) 。然 后在選路表中裝入新的通過 R2 到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 1 的路由。圖 1.4 描述了這個(gè)結(jié)果。這樣的話,R1 和 R2 中的任一個(gè)收到去網(wǎng)絡(luò) 1 的數(shù)據(jù)報(bào)之后,就會(huì)把該報(bào)文在兩者之間來回傳輸直到壽命 計(jì)時(shí)器超時(shí)溢出。 這兩個(gè)路由器隨后廣播的 RIP 不能迅速解決這個(gè)問題。在下一輪交換選路信息的過 程中,R1 通告它的選路表中的各個(gè)項(xiàng)目。而 R2 得知 R1 到網(wǎng)絡(luò) 1 的距離是 3 之后,計(jì)算出 該路由新長度 4。到第三輪的時(shí)候,R1 收到從 R2 傳來的路由距離增加的信息,把自己的選 路表中該路由的距離增到 5。如此循環(huán)往復(fù),直至距離值到達(dá) RIP 的極限。 1.2.1.1.2.1. 慢收斂問題的解決慢收斂問題的解決 對(duì)圖 1.4 的例子,可以使用分割范圍更新(split horizon update)技術(shù)來解決慢 收斂問題。在使用分割范圍技術(shù)時(shí),路由器記錄下收到各路由的接口,而當(dāng)這路由器通告 路由時(shí),就不會(huì)把該路由再通過那個(gè)接口送回去。在該例中,路由器 R2 不會(huì)把它到網(wǎng)絡(luò) 1 的距離為 2 的路由再通告給 R1,因此一旦 R1 與網(wǎng)絡(luò) 1 的連接失效,它就不會(huì)再通告該路 由。經(jīng)過幾輪選路更新之后,所有的機(jī)器都會(huì)知道網(wǎng)絡(luò) 1 是不可達(dá)的。但是分割范圍更新 技術(shù)不能解決所有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的問題 。 網(wǎng)絡(luò)1 網(wǎng)絡(luò)1 R3R2R1 (b) R1R2R3 (a) 考慮慢收斂問題的另一個(gè)方法是使用信息流的概念。如果路由器通告了到某網(wǎng)絡(luò)的 短路由,所有接收路由器迅速地作出安裝該路由的反應(yīng)。當(dāng)路由器停止通告某路由,協(xié)議 在判斷該路由不可達(dá)之前,要依據(jù)超時(shí)機(jī)制來工作。當(dāng)超時(shí)出現(xiàn)時(shí),路由器尋找替代路由 并開始傳播此信息。不幸的是,路由器并不知道這個(gè)替代路由是否要依賴于剛剛消失的路 由。因此,通常不應(yīng)迅速地傳播否定的信息。有一條警句或謂一語破的: 好消息傳播得快,壞消息傳播得慢。 解決慢收斂問題的另一個(gè)技術(shù)使用了抑制(hold down)法。抑制法迫使參與協(xié)議工 作的路由器,在收到關(guān)于某網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)的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。這段抑制時(shí)間的典型長度是 60 秒。該技術(shù)的思路是等待足夠的時(shí)間以便確信 所有的機(jī)器都收到壞消息,并且不會(huì)錯(cuò)誤地接受內(nèi)容過時(shí)的報(bào)文。需要指出的是,所有參 與 RIP 的機(jī)器都要遵循抑制策略,否則仍然會(huì)發(fā)生選路回路現(xiàn)象。抑制技術(shù)的缺點(diǎn)是:如 果出現(xiàn)了選路回路,那么在抑制期間內(nèi)這些選路回路仍然會(huì)維持下去。更嚴(yán)重的是,在抑 制期間所有不正確的路由也保留下來了,即使是有替代路由的存在。 解決慢收斂問題的最后一種技術(shù)就是毒性逆轉(zhuǎn)(poison reverse) 。當(dāng)一條連接消失 后,路由器在若干個(gè)更新周期內(nèi)都有保留該路由,但是在廣播路由時(shí)則規(guī)定該路由的費(fèi)用 為無限長。為提高毒性逆轉(zhuǎn)法的效率,它應(yīng)該與觸發(fā)更新(triggered updates)技術(shù)結(jié)合。 觸發(fā)更新技術(shù)使得新信息,路由器減少了因?yàn)橄胄藕孟⒍菀壮鲥e(cuò)的時(shí)間。 不幸的是,雖然觸發(fā)更新技術(shù)、毒性逆轉(zhuǎn)技術(shù)、抑制技術(shù)和分割范圍技術(shù)能夠解決 一些問題,但它們又帶來了一些新的問題。例如,在許多路由器共享一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 中采用觸發(fā)更新技術(shù)的情況下,一個(gè)廣播就能改變這些路由器的選路表,引發(fā)一輪新的廣 播。如果第二輪廣播改變了路由表,它又會(huì)引起更多的廣播。這就產(chǎn)生了廣播雪崩。 使用廣播技術(shù)(這有可能產(chǎn)生選路回路)和使用抑制技術(shù)防止慢收斂問題,可使得 RIP 在廣域網(wǎng)上的工作效率極低。廣播要耗費(fèi)大量寶貴的帶寬。即便不出現(xiàn)廣播雪崩現(xiàn)象, 所有機(jī)器周期性地進(jìn)行廣播也意味著網(wǎng)絡(luò)流量隨著路由器數(shù)目的增加而增加。而可能出現(xiàn) 的選路回路在線路容量有限的情況下可能就是致命的問題。當(dāng)兜圈子的分組使得線路的容 量飽和后,路由器要交換一些選路報(bào)文來打破這種回路,就變得很困難甚至是不可能的。 同樣,在廣域網(wǎng)中,抑制期間可能太長,使得高層協(xié)議使用的定時(shí)器超時(shí)從而中斷連接。 盡管有這些熟知的問題,但還是有許多的組織在廣域網(wǎng)上使用 RIP 作為 IGP。 1.2.2.1.2.2. RIPRIP報(bào)文格式報(bào)文格式 RIP 報(bào)文大致可分為兩類:選路信息報(bào)文和對(duì)信息的請(qǐng)求報(bào)文。它們都使用同樣的格 式,由固定的首部和后面可選的網(wǎng)絡(luò)和距離序偶列表組成。圖 1.5 給出的報(bào)文的格式:在 這個(gè)圖中,命令(COMMAND)字段按照下表的規(guī)定對(duì)應(yīng)了各種操作: 08 1624 31 命令(1-5)版本(1)必為零 網(wǎng) 1 的協(xié)議族必為零 網(wǎng) 1 的 IP 地址 必為零 必為零 至網(wǎng) 1 的距離 網(wǎng) 2 的協(xié)議族必為零 網(wǎng) 2 的 IP 地址 必為零 必為零 至網(wǎng) 2 的距離 圖 1.5 RIP 報(bào)文的格式。在 32 比特的首部之后,報(bào)文包含了一 系列的序偶,每個(gè)序偶由一個(gè)網(wǎng)絡(luò) IP 地址和一個(gè)到達(dá)該網(wǎng)絡(luò) 的整數(shù)距離值構(gòu)成 命令命令含含 義義 1請(qǐng)求部分的或全部的選路信息 2響應(yīng),包含發(fā)送方選路表內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)距離序偶 3啟動(dòng)跟蹤模式(已過時(shí)) 4關(guān)閉跟蹤模式(已過時(shí)) 5保留由 Sun Microsystem 公司內(nèi)部使用 路由器或主機(jī)通過發(fā)送請(qǐng)求命令向另一個(gè)路由器請(qǐng)求(request)選路信息。路由器 使用響應(yīng)(response)命令回答。但是在大多數(shù)情況下,路由器不經(jīng)請(qǐng)求就周期性發(fā)送響 應(yīng)報(bào)文。版本(VERSION)字段包含了協(xié)議的版本號(hào)(目前的值是 1) ,接收方檢測(cè)該字段 以便對(duì)報(bào)文作出正確的解釋。 1.2.3.1.2.3. RIPRIP編址約定編址約定 RIP 的普遍適用性也體現(xiàn)在它傳送網(wǎng)絡(luò)地址的方式上。它的地址格式不局限于供 TCP/IP 用戶使用,還能適應(yīng)其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族的規(guī)定。圖 1.5 中顯示出 RIP 通告中的每個(gè)網(wǎng) 絡(luò)地址可以長達(dá) 14 個(gè)八位組。當(dāng)然,IP 地址僅需 4 個(gè)八位組,RIP 定義余下的八位組必須 為零。網(wǎng)絡(luò) i 族(FAMILY OF NET i)字段指出了解釋它后面出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)地址時(shí)應(yīng)遵循的協(xié) 議族。RIP 對(duì)各類地址族的賦值遵循了 4BSD UNIX 操作系統(tǒng)的規(guī)定(IP 地址類型的賦值是 2) 。 除了正常的 IP 地址之外,RIP 規(guī)定地址 0.0.0.0 作為默認(rèn)路由。RIP 對(duì)通告的每個(gè) 路由,包括默認(rèn)路由,都附加了距離度量標(biāo)準(zhǔn)。因此可以讓兩個(gè)路由器以不同的度量標(biāo)準(zhǔn) 來通告默認(rèn)路由(如到互連網(wǎng)絡(luò)的其余部分的路由) ,選擇其中的一條作為基本路徑,另一 條作為備用。 在 RIP 報(bào)文每個(gè)項(xiàng)目的最后一個(gè)字段是到網(wǎng)絡(luò) i 的距離(DISTANCE TO NET i)字段, 其內(nèi)容是到達(dá)指定網(wǎng)絡(luò)的整數(shù)型距離值。距離值是以跳數(shù)作為度量單位的,但是它的取值 范圍限制在 1 到 16,16 代表無限遠(yuǎn)(也就是說該路由不存在) 。 1.2.4.1.2.4. RIPRIP報(bào)文的發(fā)送報(bào)文的發(fā)送 RIP 報(bào)文中并沒包含顯式的長度字段。相反,RIP 假設(shè)底層投遞系統(tǒng)能夠告訴接收方 收到的報(bào)文長度。特別是,在 TCP/IP 系統(tǒng)中,RIP 報(bào)文依賴于 UDP 來告訴接收方報(bào)文的長 度。RIP 工作在 UDP 上的端口是 520,雖然 RIP 可以以不同的 UDP 端口來發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文,但 是在接收端的 UDP 端口通常都是 520,同時(shí)這也是 RIP 產(chǎn)生廣播報(bào)文的源端口。 使用 RIP 作為內(nèi)部路由器協(xié)議限制選路的度量必須基于跳數(shù)。但跳數(shù)通常僅僅提供 對(duì)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)能力和容量的粗略估量,而并不能產(chǎn)生最佳路由。此外,基于最小跳數(shù)來計(jì)算 路由會(huì)有嚴(yán)重的缺點(diǎn),即它會(huì)使選路相對(duì)固定不變,因?yàn)槁酚刹荒軐?duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的變化作出 反應(yīng)。 1.3. OSPF 隨著 Internet 技術(shù)在全球范圍的飛速發(fā)展,OSPF 已成為目前 Internet 廣域網(wǎng)和 Intranet 企業(yè)網(wǎng)采用最多、應(yīng)用最廣泛的路由協(xié)議之一。OSPF(Open Shortest Path First)路由協(xié)議 是由 IETF(Internet Engineering Task Force)IGP 工作小組提出的,是一種基于 SPF 算法的 路由協(xié)議,目前使用的 OSPF 協(xié)議是其第二版,定義于 RFC1247 和 RFC1583。 1.3.1.1.3.1. 概述概述 OSPF 路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)(Link-state)的路由協(xié)議,一般用于同一個(gè)路 由域內(nèi)。在這里,路由域是指一個(gè)自治系統(tǒng)(Autonomous System) ,即 AS,它是指一組通 過統(tǒng)一的路由政策或路由協(xié)議互相交換路由信息的網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè) AS 中,所有的 OSPF 路 由器都維護(hù)一個(gè)相同的描述這個(gè) AS 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫中存放的是路由域中相應(yīng)鏈 路的狀態(tài)信息,OSPF 路由器正是通過這個(gè)數(shù)據(jù)庫計(jì)算出其 OSPF 路由表的。 作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議,OSPF 將鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包 LSA(Link State Advertisement)傳送給在某一區(qū)域內(nèi)的所有路由器,這一點(diǎn)與距離矢量路由協(xié)議不同。運(yùn) 行距離矢量路由協(xié)議的路由器是將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器。 1.3.2.1.3.2. 數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)包格式 在 OSPF 路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包中,其數(shù)據(jù)包頭長為 24 個(gè)字節(jié),包含如下 8 個(gè)字段: * Version number-定義所采用的 OSPF 路由協(xié)議的版本。 * Type-定義 OSPF 數(shù)據(jù)包類型。OSPF 數(shù)據(jù)包共有五種: * Hello-用于建立和維護(hù)相鄰的兩個(gè) OSPF 路由器的關(guān)系,該數(shù)據(jù)包是周期性地發(fā)送的。 * Database Description-用于描述整個(gè)數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)包僅在 OSPF 初始化時(shí)發(fā)送。 * Link state request-用于向相鄰的 OSPF 路由器請(qǐng)求部分或全部的數(shù)據(jù),這種數(shù)據(jù)包是 在當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)已經(jīng)過期時(shí)才發(fā)送的。 * Link state update-這是對(duì) link state 請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的響應(yīng),即通常所說的 LSA 數(shù)據(jù)包。 * Link state acknowledgment-是對(duì) LSA 數(shù)據(jù)包的響應(yīng)。 * Packet length-定義整個(gè)數(shù)據(jù)包的長度。 * Router ID-用于描述數(shù)據(jù)包的源地址,以 IP 地址來表示。 * Area ID-用于區(qū)分 OSPF 數(shù)據(jù)包屬于的區(qū)域號(hào),所有的 OSPF 數(shù)據(jù)包都屬于一個(gè)特定 的 OSPF 區(qū)域。 * Checksum-校驗(yàn)位,用于標(biāo)記數(shù)據(jù)包在傳遞時(shí)有無誤碼。 * Authentication type-定義 OSPF 驗(yàn)證類型。 * Authentication-包含 OSPF 驗(yàn)證信息,長為 8 個(gè)字節(jié)。 1.3.3.1.3.3. OSPFOSPF基本算法基本算法 SPF 算法及最短路徑樹算法及最短路徑樹 SPF 算法是 OSPF 路由協(xié)議的基礎(chǔ)。SPF 算法有時(shí)也被稱為 Dijkstra 算法,這是因?yàn)樽?短路徑優(yōu)先算法 SPF 是 Dijkstra 發(fā)明的。SPF 算法將每一個(gè)路由器作為根(ROOT)來計(jì)算 其到每一個(gè)目的地路由器的距離,每一個(gè)路由器根據(jù)一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫會(huì)計(jì)算出路由域的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,該結(jié)構(gòu)圖類似于一棵樹,在 SPF 算法中,被稱為最短路徑樹。在 OSPF 路由 協(xié)議中,最短路徑樹的樹干長度,即 OSPF 路由器至每一個(gè)目的地路由器的距離,稱為 OSPF 的 Cost,其算法為: Cost = 100106/鏈路帶寬 在這里,鏈路帶寬以 bps 來表示。也就是說,OSPF 的 Cost 與鏈路的帶寬成反比,帶 寬越高,Cost 越小,表示 OSPF 到目的地的距離越近。舉例來說,F(xiàn)DDI 或快速以太網(wǎng)的 Cost 為 1,2M 串行鏈路的 Cost 為 48,10M 以太網(wǎng)的 Cost 為 10 等。 鏈路狀態(tài)算法鏈路狀態(tài)算法 作為一種典型的鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議,OSPF 還得遵循鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的統(tǒng)一算法。 鏈路狀態(tài)的算法非常簡(jiǎn)單,在這里將鏈路狀態(tài)算法概括為以下四個(gè)步驟: 1、 當(dāng)路由器初始化或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(例如增減路由器,鏈路狀態(tài)發(fā)生變化等) 時(shí),路由器會(huì)產(chǎn)生鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包 LSA(Link-State Advertisement) ,該數(shù)據(jù) 包里包含路由器上所有相連鏈路,也即為所有端口的狀態(tài)信息。 2、 所有路由器會(huì)通過一種被稱為刷新(Flooding)的方法來交換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)。 Flooding 是指路由器將其 LSA 數(shù)據(jù)包傳送給所有與其相鄰的 OSPF 路由器,相鄰 路由器根據(jù)其接收到的鏈路狀態(tài)信息更新自己的數(shù)據(jù)庫,并將該鏈路狀態(tài)信息轉(zhuǎn) 送給與其相鄰的路由器,直至穩(wěn)定的一個(gè)過程。 3、 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重新穩(wěn)定下來,也可以說 OSPF 路由協(xié)議收斂下來時(shí),所有的路由器會(huì)根 據(jù)其各自的鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫計(jì)算出各自的路由表。該路由表中包含路由器到每一個(gè)可 到達(dá)目的地的 Cost 以及到達(dá)該目的地所要轉(zhuǎn)發(fā)的下一個(gè)路由器(next-hop) 。 4、 第 4 個(gè)步驟實(shí)際上是指 OSPF 路由協(xié)議的一個(gè)特性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)比較穩(wěn)定時(shí),網(wǎng) 絡(luò)中傳遞的鏈路狀態(tài)信息是比較少的,或者可以說,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時(shí),網(wǎng)絡(luò)中是比較安靜的。 這也正是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議區(qū)別與距離矢量路由協(xié)議的一大特點(diǎn)。 1.3.4.1.3.4. OSPFOSPF路由協(xié)議的基本特征路由協(xié)議的基本特征 前文已經(jīng)說明了 OSPF 路由協(xié)議是一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議,為了更好地說明 OSPF 路由 協(xié)議的基本特征,我們將 OSPF 路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議之一的 RIP(Routing Information Protocol)作一比較,歸納為如下幾點(diǎn): * RIP 路由協(xié)議中用于表示目的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)近的唯一參數(shù)為跳(HOP) ,也即到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò) 所要經(jīng)過的路由器個(gè)數(shù)。在 RIP 路由協(xié)議中,該參數(shù)被限制為最大 15,也就是說 RIP 路由 信息最多能傳遞至第 16 個(gè)路由器;對(duì)于 OSPF 路由協(xié)議,路由表中表示目的網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)為 Cost,該參數(shù)為一虛擬值,與網(wǎng)絡(luò)中鏈路的帶寬等相關(guān),也就是說 OSPF 路由信息不受物 理跳數(shù)的限制。并且,OSPF 路由協(xié)議還支持 TOS(Type of Service)路由,因此,OSPF 比較適合應(yīng)用于大型網(wǎng)絡(luò)中。 * RIP 路由協(xié)議不支持變長子網(wǎng)屏蔽碼(VLSM) ,這被認(rèn)為是 RIP 路由協(xié)議不適用于 大型網(wǎng)絡(luò)的又一重要原因。采用變長子網(wǎng)屏蔽碼可以在最大限度上節(jié)約 IP 地址。OSPF 路 由協(xié)議對(duì) VLSM 有良好的支持性。 * RIP 路由協(xié)議路由收斂較慢。RIP 路由協(xié)議周期性地將整個(gè)路由表作為路由信息廣播 至網(wǎng)絡(luò)中,該廣播周期為 30 秒。在一個(gè)較為大型的網(wǎng)絡(luò)中,RIP 協(xié)議會(huì)產(chǎn)生很大的廣播信 息,占用較多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源;并且由于 RIP 協(xié)議 30 秒的廣播周期,影響了 RIP 路由協(xié) 議的收斂,甚至出現(xiàn)不收斂的現(xiàn)象。而 OSPF 是一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較穩(wěn) 定時(shí),網(wǎng)絡(luò)中的路由信息是比較少的,并且其廣播也不是周期性的,因此 OSPF 路由協(xié)議 即使是在大型網(wǎng)絡(luò)中也能夠較快地收斂。 * 在 RIP 協(xié)議中,網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)平面的概念,并無區(qū)域及邊界等的定義。隨著無級(jí)路由 CIDR 概念的出現(xiàn),RIP 協(xié)議就明顯落伍了。在 OSPF 路由協(xié)議中,一個(gè)網(wǎng)絡(luò),或者說是一 個(gè)路由域可以劃分為很多個(gè)區(qū)域 area,每一個(gè)區(qū)域通過 OSPF 邊界路由器相連,區(qū)域間可 以通過路由總結(jié)(Summary)來減少路由信息,減小路由表,提高路由器的運(yùn)算速度。一 個(gè)典型的 OSPF 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以參見附圖二 附圖 2:OSPF 典型結(jié)構(gòu) * OSPF 路由協(xié)議支持路由驗(yàn)證,只有互相通過路由驗(yàn)證的路由器之間才能交換路由信 息。并且 OSPF 可以對(duì)不同的區(qū)域定義不同的驗(yàn)證方式,提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。 * OSPF 路由協(xié)議對(duì)負(fù)載分擔(dān)的支持性能較好。OSPF 路由協(xié)議支持多條 Cost 相同的鏈 路上的負(fù)載分擔(dān),目前一些廠家的路由器支持 6 條鏈路的負(fù)載分擔(dān)。 1.3.5.1.3.5. 區(qū)域及域間路由區(qū)域及域間路由 前文已經(jīng)提到過,在 OSPF 路由協(xié)議的定義中,可以將一個(gè)路由域或者一個(gè)自治系統(tǒng) AS 劃分為幾個(gè)區(qū)域。在 OSPF 中,由按照一定的 OSPF 路由法則組合在一起的一組網(wǎng)絡(luò)或路 由器的集合稱為區(qū)域(AREA) 。 在 OSPF 路由協(xié)議中,每一個(gè)區(qū)域中的路由器都按照該區(qū)域中定義的鏈路狀態(tài)算法來 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這意味著每一個(gè)區(qū)域都有著該區(qū)域獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖。對(duì)于每一個(gè)區(qū)域,其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在區(qū)域外是不可見的,同樣,在每一個(gè)區(qū)域中的路 由器對(duì)其域外的其余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也不了解。這意味著 OSPF 路由域中的網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)廣 播被區(qū)域的邊界擋住了,這樣做有利于減少網(wǎng)絡(luò)中鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包在全網(wǎng)范圍內(nèi)的廣播, 也是 OSPF 將其路由域或一個(gè) AS 劃分成很多個(gè)區(qū)域的重要原因。 隨著區(qū)域概念的引入,意味著不再是在同一個(gè) AS 內(nèi)的所有路由器都有一個(gè)相同的鏈 路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫,而是路由器具有與其相連的每一個(gè)區(qū)域的鏈路狀態(tài)信息,即該區(qū)域的結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫,當(dāng)一個(gè)路由器與多個(gè)區(qū)域相連時(shí),我們稱之為區(qū)域邊界路由器。一個(gè)區(qū)域邊界路 由器有自身相連的所有區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。在同一個(gè)區(qū)域中的兩個(gè)路由器有著對(duì)該區(qū)域 相同的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。 我們可以根據(jù) IP 數(shù)據(jù)包的目的地地址及源地址將 OSPF 路由域中的路由分成兩類,當(dāng) 目的地與源地址處于同一個(gè)區(qū)域中時(shí),稱為區(qū)域內(nèi)路由,當(dāng)目的地與源地址處于不同的區(qū) 域甚至處于不同的 AS 時(shí),我們稱之為域間路由。 OSPF 的骨干區(qū)域及虛擬鏈路(Virtual-link) 在 OSPF 路由協(xié)議中存在一個(gè)骨干區(qū)域(Backbone) ,該區(qū)域包括屬于這個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò) 及相應(yīng)的路由器,骨干區(qū)域必須是連續(xù)的,同時(shí)也要求其余區(qū)域必須與骨干區(qū)域直接相連。 骨干區(qū)域一般為區(qū)域 0,其主要工作是在其余區(qū)域間傳遞路由信息。所有的區(qū)域,包括骨 干區(qū)域之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)情況是互不可見的,當(dāng)一個(gè)區(qū)域的路由信息對(duì)外廣播時(shí),其路由信 息是先傳遞至區(qū)域 0(骨干區(qū)域),再由區(qū)域 0 將該路由信息向其余區(qū)域作廣播。骨干區(qū)域與 其余區(qū)域的關(guān)系可以以附圖三來說明。 附圖 3:骨干區(qū)域及域間路由 在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中,可能會(huì)存在 backbone 不連續(xù)的或者某一個(gè)區(qū)域與骨干區(qū)域物理不相連 的情況,在這兩種情況下,系統(tǒng)管理員可以通過設(shè)置虛擬鏈路的方法來解決。 虛擬鏈路是設(shè)置在兩個(gè)路由器之間,這兩個(gè)路由器都有一個(gè)端口與同一個(gè)非骨干區(qū)域 相連。虛擬鏈路被認(rèn)為是屬于骨干區(qū)域的,在 OSPF 路由協(xié)議看來,虛擬鏈路兩端的兩個(gè) 路由器被一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈路連在一起。在 OSPF 路由協(xié)議中,通過虛擬鏈路的路由信息是 作為域內(nèi)路由來看待的。下面我們分兩種情況來說明虛擬鏈路在 OSPF 路由協(xié)議中的作用。 1.當(dāng)一個(gè)區(qū)域與 area0 沒有物理鏈路相連時(shí) 前文已經(jīng)提到,一個(gè)骨干區(qū)域 Area 0 必須位于所有區(qū)域的中心,其余所有區(qū)域必須與 骨干區(qū)域直接相連。但是,也存在一個(gè)區(qū)域無法與骨干區(qū)域建立物理鏈路的可能性,在這 種情況下,我們可以采用虛擬鏈路。虛擬鏈路使該區(qū)域與骨干區(qū)域間建立一個(gè)邏輯聯(lián)接點(diǎn), 該虛擬鏈路必須建立在兩個(gè)區(qū)域邊界路由器之間,并且其中一個(gè)區(qū)域邊界路由器必須屬于 骨干區(qū)域。這種虛擬鏈路可以以下圖來說明。 附圖 4:虛擬鏈路(1) 在上圖所示的例子中,區(qū)域 1 與區(qū)域 0 并無物理相連鏈路,我們可以在路由器 A 及路 由器 B 之間建立虛擬鏈路,這樣,將區(qū)域 2 作為一個(gè)穿透網(wǎng)絡(luò)(Transit-network) ,路由器 B 作為接入點(diǎn),區(qū)域 1 就與區(qū)域 0 建立了邏輯聯(lián)接。 2.當(dāng)骨干區(qū)域不連續(xù)時(shí) OSPF 路由協(xié)議要求骨干區(qū)域 area0 必須是連續(xù)的,但是,骨干區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)的 情況,例如,當(dāng)我們想把兩個(gè) OSPF 路由域混合到一起,并且想要使用一個(gè)骨干區(qū)域時(shí), 或者當(dāng)某些路由器出現(xiàn)故障引起骨干區(qū)域不連續(xù)的情況,在這些情況下,我們可以采用虛 擬鏈路將兩個(gè)不連續(xù)的區(qū)域 0 連接到一起。這時(shí),虛擬鏈路的兩端必須是兩個(gè)區(qū)域 0 的邊 界路由器,并且這兩個(gè)路由器必須都有處于同一個(gè)區(qū)域的端口,以下圖為例:附圖 5:虛 擬鏈路(2) 在上圖的例子中,穿過區(qū)域 1 的虛擬鏈路將兩個(gè)分為兩半的骨干區(qū)域連接到一起,路 由器 A 與 B 之間的路由信息作為 OSPF 域內(nèi)路由來處理。 另外,當(dāng)一個(gè)非骨干區(qū)域的區(qū)域分裂成兩半時(shí),不能采用虛擬鏈路的方法來解決。當(dāng) 出現(xiàn)這種情況時(shí),分裂出的其中一個(gè)區(qū)域?qū)⒈黄溆嗟膮^(qū)域作為域間路由來處理。 殘域(Stub area) 在 OSPF 路由協(xié)議的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中,可以包括 AS 外部鏈路狀態(tài)信息,這些信息 會(huì)通過 flooding 傳遞到 AS 內(nèi)的所有 OSPF 路由器上。但是,在 OSPF 路由協(xié)議中存在這樣 一種區(qū)域,我們把它稱為殘域(stub area) ,AS 外部信息不允許廣播進(jìn)/出這個(gè)區(qū)域。對(duì)于 殘域來說,訪問 AS 外部的數(shù)據(jù)只能根據(jù)默認(rèn)路由(default-route)來尋址。這樣做有利于 減小殘域內(nèi)部路由器上的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的大小及存儲(chǔ)器的使用,提高路由器計(jì)算路由表 的速度。 當(dāng)一個(gè) OSPF 的區(qū)域只存在一個(gè)區(qū)域出口點(diǎn)時(shí),我們可以將該區(qū)域配置成一個(gè)殘域, 在這時(shí),該區(qū)域的邊界路由器會(huì)對(duì)域內(nèi)廣播默認(rèn)路由信息。需要注意的是,一個(gè)殘域中的 所有路由器都必須知道自身屬于該殘域,否則殘域的設(shè)置沒有作用。另外,針對(duì)殘域還有 兩點(diǎn)需要注意:一是殘域中不允許存在虛擬鏈路;二是殘域中不允許存在 AS 邊界路由器。 1.3.6.1.3.6. OSPFOSPF協(xié)議路由器及鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包分類協(xié)議路由器及鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包分類 OSPF 路由器分類路由器分類 當(dāng)一個(gè) AS 劃分成幾個(gè) OSPF 區(qū)域時(shí),根據(jù)一個(gè)路由器在相應(yīng)的區(qū)域之內(nèi)的作用,可 以將 OSPF 路由器作如下分類: 內(nèi)部路由器:當(dāng)一個(gè) OSPF 路由器上所有直聯(lián)的鏈路都處于同一個(gè)區(qū)域時(shí),我們稱這 種路由器為內(nèi)部路由器。內(nèi)部路由器上僅僅運(yùn)行其所屬區(qū)域的 OSPF 運(yùn)算法則。 區(qū)域邊界路由器:當(dāng)一個(gè)路由器與多個(gè)區(qū)域相連時(shí),我們稱之為區(qū)域邊界路由器。區(qū) 域邊界路由器運(yùn)行與其相連的所有區(qū)域定義的 OSPF 運(yùn)算法則,具有相連的每一個(gè)區(qū)域的 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),并且了解如何將該區(qū)域的鏈路狀態(tài)信息廣播至骨干區(qū)域,再由骨干區(qū)域轉(zhuǎn) 發(fā)至其余區(qū)域。 AS 邊界路由器:AS 邊界路由器是與 AS 外部的路由器互相交換路由信息的 OSPF 路 由器,該路由器在 AS 內(nèi)部廣播其所得到的 AS 外部路由信息;這樣 AS 內(nèi)部的所有路由器 都知道至 AS 邊界路由器的路由信息。AS 邊界路由器的定義是與前面幾種路由器的定義相 獨(dú)立的,一個(gè) AS 邊界路由器可以是一個(gè)區(qū)域內(nèi)部路由器或是一個(gè)區(qū)域邊界路由器。 指定路由器DR:在一個(gè)廣播性的、多接入的網(wǎng)絡(luò)(例如 Ethernet、TokenRing 及 FDDI 環(huán)境)中,存在一個(gè)指定路由器(Designated Router) ,指定路由器主要在 OSPF 協(xié)議 中完成如下工作: * 指定路由器產(chǎn)生用于描述所處的網(wǎng)段的鏈路數(shù)據(jù)包network link,該數(shù)據(jù)包里包含 在該網(wǎng)段上所有的路由器,包括指定路由器本身的狀態(tài)信息。 * 指定路由器與所有與其處于同一網(wǎng)段上的 OSPF 路由器建立相鄰關(guān)系。由于 OSPF 路由器之間通過建立相鄰關(guān)系及以后的 flooding 來進(jìn)行鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫是同步的,因此, 我們可以說指定路由器處于一個(gè)網(wǎng)段的中心地位。 需要說明的是,指定路由器 DR 的定義與前面所定義的幾種路由器是不同的。DR 的選 擇是通過 OSPF 的 Hello 數(shù)據(jù)包來完成的,在 OSPF 路由協(xié)議初始化的過程中,會(huì)通過 Hello 數(shù)據(jù)包在一個(gè)廣播性網(wǎng)段上選出一個(gè) ID 最大的路由器作為指定路由器 DR,并且選 出 ID 次大的路由器作為備份指定路由器 BDR,BDR 在 DR 發(fā)生故障后能自動(dòng)替代 DR 的 所有工作。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)段上的 DR 和 BDR 選擇產(chǎn)生后,該網(wǎng)段上的其余所有路由器都只與 DR 及 BDR 建立相鄰關(guān)系。在這里,一個(gè)路由器的 ID 是指向該路由器的標(biāo)識(shí),一般是指 該路由器的環(huán)回端口或是該路由器上的最小的 IP 地址。DR 和 BDR 在一個(gè)廣播性網(wǎng)絡(luò)中 的作用可用下圖來說明。 附圖 6 :DR 及 BDR 選擇 OSPF 鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包種類鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包種類 隨著 OSPF 路由器種類概念的引入,OSPF 路由協(xié)議又對(duì)其鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包 (LSA)作出了分類。OSPF 將鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包共分成 5 類,分別為: 類型 1:又被稱為路由器鏈路信息數(shù)據(jù)包(Router Link) ,所有的 OSPF 路由器都會(huì)產(chǎn) 生這種數(shù)據(jù)包,用于描述路由器上聯(lián)接到某一個(gè)區(qū)域的鏈路或是某一端口的狀態(tài)信息。路 由器鏈路信息數(shù)據(jù)包只會(huì)在某一個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)廣播,而不會(huì)廣播至其它的區(qū)域。 在類型 1 的鏈路數(shù)據(jù)包中,OSPF 路由器通過對(duì)數(shù)據(jù)包中某些特定數(shù)據(jù)位的設(shè)定,告 訴其余的路由器自身是一個(gè)區(qū)域邊界路由器或是一個(gè) AS 邊界路由器。并且,類型 1 的鏈 路狀態(tài)數(shù)據(jù)包在描述其所聯(lián)接的鏈路時(shí),會(huì)根據(jù)各鏈路所聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò)類型對(duì)各鏈路打上鏈 路標(biāo)識(shí),Link ID。表一列出了常見的鏈路類型及鏈路標(biāo)識(shí)。 鏈路 類型 具體描述鏈路標(biāo)識(shí) 1用于描述點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)相鄰路由器的路由器標(biāo) 識(shí) 2用于描述至一個(gè)廣播性網(wǎng)絡(luò)的鏈路DR 的端口地址 3用于描述至非穿透網(wǎng)絡(luò),即 stub 網(wǎng)絡(luò)的鏈 路 stub 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 4用于描述虛擬鏈路相鄰路由器的路由器標(biāo) 識(shí) 表格 1: 鏈路類型及鏈路標(biāo)識(shí) 類型 2:又被稱為網(wǎng)絡(luò)鏈路信息數(shù)據(jù)包(Network Link) 。網(wǎng)絡(luò)鏈路信息數(shù)據(jù)包是由指 定路由器產(chǎn)生的,在一個(gè)廣播性的、多點(diǎn)接入的網(wǎng)絡(luò),例如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)及 FDDI 網(wǎng) 絡(luò)環(huán)境中,這種鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包用來描述該網(wǎng)段上所聯(lián)接的所有路由器的狀態(tài)信息。 指定路由器 DR 只有在與至少一個(gè)路由器建立相鄰關(guān)系后才會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)鏈路信息數(shù)據(jù) 包,在該數(shù)據(jù)包中含有對(duì)所有已經(jīng)與 DR 建立相鄰關(guān)系的路由器的描述,包括 DR 路由器 本身。類型 2 的鏈路信息只會(huì)在包含 DR 所處的廣播性網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域中廣播,不會(huì)廣播至其 余的 OSPF 路由區(qū)域。 類型 3 和類型 4:類型 3 和類型 4 的鏈路狀態(tài)廣播在 OSPF 路由協(xié)議中又稱為總結(jié)鏈 路信息數(shù)據(jù)包(Summary Link) ,該鏈路狀態(tài)廣播是由區(qū)域邊界路由器或 AS 邊界路由器產(chǎn) 生的。Summary Link 描述的是到某一個(gè)區(qū)域外部的路由信息,這一個(gè)目的地地址必須是同 一個(gè) AS 中。Summary Link 也只會(huì)在某一個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)廣播。類型 3 與類型 4 兩種總結(jié) 性鏈路信息的區(qū)別在于,類型 3 是由區(qū)域邊界路由器產(chǎn)生的,用于描述到同一個(gè) AS 中不 同區(qū)域之間的鏈路狀態(tài);而類型 4 是由 AS 邊界路由器產(chǎn)生的,用于描述不同 AS 的鏈路 狀態(tài)信息 。 值得一提的是,只有類型 3 的 Summary Link 才能廣播進(jìn)一個(gè)殘域,因?yàn)樵谝粋€(gè)殘域中 不允許存在 AS 邊界路由器。殘域的區(qū)域邊界路由器產(chǎn)生一條默認(rèn)的 Summary Link 對(duì)域內(nèi) 廣播,從而在其余路由器上產(chǎn)生一條默認(rèn)路由信息。采用 Summary Link 可以減小殘域中路 由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的大小,進(jìn)而減少對(duì)路由器資源的利用,提高路由器的運(yùn)算速度。 類型 5:類型 5 的鏈路狀態(tài)廣播稱為 AS 外部鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包。類型 5 的鏈路數(shù)據(jù) 包是由 AS 邊界路由器產(chǎn)生的,用于描述到 AS 外的目的地的路由信息,該數(shù)據(jù)包會(huì)在 AS 中除殘域以外的所有區(qū)域中廣播。一般來說,這種鏈路狀態(tài)信息描述的是到 AS 外部某一 特定網(wǎng)絡(luò)的路由信息,在這種情況下,類型 5 的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包的鏈路標(biāo)識(shí)采用的是目的 地網(wǎng)絡(luò)的 IP 地址;在某些情況下,AS 邊界路由器可以對(duì) AS 內(nèi)部廣播默認(rèn)路由信息,在 這時(shí),類型 5 的鏈路廣播數(shù)據(jù)包的鏈路標(biāo)識(shí)采用的是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼 0.0.0.0。 1.3.7.1.3.7. OSPFOSPF協(xié)議工作過程協(xié)議工作過程 OSPF 路由協(xié)議針對(duì)每一個(gè)區(qū)域分別運(yùn)行一套獨(dú)立的計(jì)算法則,對(duì)于 ABR 來說,由于一 個(gè)區(qū)域邊界路由器同時(shí)與幾個(gè)區(qū)域相聯(lián),因此一個(gè)區(qū)域邊界路由器上會(huì)同時(shí)運(yùn)行幾套 OSPF 計(jì)算方法,每一個(gè)方法針對(duì)一個(gè) OSPF 區(qū)域。下面對(duì) OSPF 協(xié)議運(yùn)算的全過程作一概 括性的描述。 區(qū)域內(nèi)部路由區(qū)域內(nèi)部路由 當(dāng)一個(gè) OSPF 路由器初始化時(shí),首先初始化路由器自身的協(xié)議數(shù)據(jù)庫,然后等待低層 次協(xié)議(數(shù)據(jù)鏈路層)提示端口是否處于工作狀態(tài)。 如果低層協(xié)議得知一個(gè)端口處于工作狀態(tài)時(shí),OSPF 會(huì)通過其 Hello 協(xié)議數(shù)據(jù)包與其余 的 OSPF 路由器建立交互關(guān)系。一個(gè) OSPF 路由器向其相鄰路由器發(fā)送 Hello 數(shù)據(jù)包,如果 接收到某一路由器返回的 Hello 數(shù)據(jù)包,則在這兩個(gè) OSPF 路由器之間建立起 OSPF 交互關(guān) 系,這個(gè)過程在 OSPF 中被稱為 adjacency。在廣播性網(wǎng)絡(luò)或是在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中, OSPF 協(xié)議通過 Hello 數(shù)據(jù)包自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)其相鄰路由器,在這時(shí),OSPF 路由器將 Hello 數(shù) 據(jù)包發(fā)送至一特殊的多點(diǎn)廣播地址,該多點(diǎn)廣播地址為 ALLSPFRouters。在一些非廣播性 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,我們需要經(jīng)過某些設(shè)置來發(fā)現(xiàn) OSPF 相鄰路由器。在多接入的環(huán)境中,例 如以太網(wǎng)的環(huán)境,Hello 協(xié)議數(shù)據(jù)包還可以用于選擇該網(wǎng)絡(luò)中的指定路由器 DR。 一個(gè) OSPF 路由器會(huì)與其新發(fā)現(xiàn)的相鄰路由器建立 OSPF 的 adjacency,并且在一對(duì) OSPF 路由器之間作鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步。在多接入的網(wǎng)絡(luò)環(huán)增中,非 DR 的 OSPF 路由 器只會(huì)與指定路由器 DR 建立 adjacency,并且作數(shù)據(jù)庫的同步。OSPF 協(xié)議數(shù)據(jù)包的接收 及發(fā)送正是在一對(duì) OSPF 的 adjacency 間進(jìn)行的。 OSPF 路由器周期性地產(chǎn)生與其相聯(lián)的所有鏈路的狀態(tài)信息,有時(shí)這些信息也被稱為 鏈路狀態(tài)廣播 LSA(Link State Advertisement) 。當(dāng)路由器相聯(lián)接的鏈路狀態(tài)發(fā)生改變時(shí), 路由器也會(huì)產(chǎn)
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