詳細(xì)分析動(dòng)態(tài)路由協(xié)議原理和特點(diǎn)

1、隨著路由的發(fā)展，路由協(xié)議的種類也有很多，于是我研究了一下 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 的實(shí)際應(yīng)用和詳細(xì)的介紹， 在這里拿出來(lái)和大家分享一下，希望對(duì)大家有用。顧名思義，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是一些動(dòng)態(tài)生成 (或?qū)W習(xí)到 ) 路 由信息的協(xié)議。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域， 我們可以把路由定義如下， 路由是指導(dǎo) IP 報(bào)文發(fā)送的一些路 徑信息。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如路由器 (Router) 學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中路由信息的方法之一，這些動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 使路由器能動(dòng)態(tài)地隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲挟a(chǎn)生 ( 如某些路徑的失效或新路由的產(chǎn)生等 ) 的變化，更新其保存的路由 表，使網(wǎng)絡(luò)中的路由器在較短的時(shí)間內(nèi)，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)管理員介入自動(dòng)地維持一致的路由信息，使整

2、個(gè)網(wǎng)絡(luò)達(dá) 到路由收斂狀態(tài)，從而保持網(wǎng)絡(luò)的快速收斂和高可用性。路由器學(xué)習(xí)路由信息、生成并維護(hù)路由表的方法包括直連路由 (Direct) 、靜態(tài)路由 (Static) 和動(dòng)態(tài)路由 (Dynamic) 。直連路由是由鏈路層動(dòng)態(tài)路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)的， 一般指去往路由器的接口地址所在網(wǎng)段的路徑， 該 路徑信息不需要網(wǎng)絡(luò)管理員維護(hù)，也不需要路由器通過(guò)某種算法進(jìn)行計(jì)算獲得，只要該接口處于活動(dòng)狀態(tài) (Active) ，路由器就會(huì)把通向該網(wǎng)段的路由信息填寫到路由表中去，直連路由無(wú)法使路由器獲取與其不直 接相連的路由信息。靜態(tài)路由是由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，使用命令在路由器上配置的路由信息，這些 靜態(tài)路由信息指導(dǎo)報(bào)文發(fā)

3、送，靜態(tài)路由方式也不需要路由器進(jìn)行計(jì)算，但是它完全依賴于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者，當(dāng) 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?jīng)常發(fā)生改變時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員需要做的工作將會(huì)非常復(fù)雜并且容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。而 動(dòng)態(tài)路由的方式使路由器能夠按照特定的算法自動(dòng)計(jì)算新的路由信息，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的分類按照區(qū)域 ( 指自治系統(tǒng) ) ，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議可分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP(InteriorGatewayProtocol) 和外部網(wǎng)關(guān)協(xié) 議 EGP(ExteriorGatewayProtocol) ，按照所執(zhí)行的算法，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議可分為距離向量動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 (DistanceVector) 、鏈路狀態(tài)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 (LinkSt

4、ate) ，以及思科公司開(kāi)發(fā)的混合型動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的特點(diǎn)OSPF全稱為開(kāi)放最短路徑優(yōu)先?！伴_(kāi)放”表明它是一個(gè)公開(kāi)的協(xié)議，由標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議組織制定，各廠商都可以 得到動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的細(xì)節(jié)?！白疃搪窂絻?yōu)先”是該動(dòng)態(tài)路由協(xié)議在進(jìn)行路由計(jì)算時(shí)執(zhí)行的算法。OSPF是目前內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中使用最為廣泛、性能最優(yōu)的一個(gè)動(dòng)態(tài)路由。采用OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的自治系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)合理的規(guī)劃可支持超過(guò)1000臺(tái)路由器，這一性能是距離向量動(dòng)態(tài)路由如 RIP 等無(wú)法比擬的。距離向量動(dòng)態(tài)路由協(xié)議采用周期性地發(fā)送整張路由表來(lái)使網(wǎng)絡(luò)中路由器的路 由信息保持一致，這個(gè)機(jī)制浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)帶寬并引發(fā)了一系列的問(wèn)題，下面對(duì)此將作簡(jiǎn)單的

5、介紹。路由變化收斂速度是衡量一個(gè)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議好壞的一個(gè)關(guān)鍵因素。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的路由 器能否在很短的時(shí)間內(nèi)相互通告所產(chǎn)生的變化并進(jìn)行路由的重新計(jì)算，是網(wǎng)絡(luò)可用性的一個(gè)重要的表現(xiàn)方面。OSPF采用一些技術(shù)手段（如SPF算法、鄰接關(guān)系等）避免了路由自環(huán)的產(chǎn)生。在網(wǎng)絡(luò)中，路由自環(huán)的產(chǎn) 生將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的極大耗費(fèi)，甚至使網(wǎng)絡(luò)不可用。OSPF協(xié)議從根本（算法本身）上避免了自環(huán)的產(chǎn)生。采用距離向量協(xié)議的 RIP等協(xié)議，路由自環(huán)是不可避免的。為了完善這些動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，只能采取若干措 施，在自環(huán)發(fā)生前，降低其發(fā)生的概率，在自環(huán)發(fā)生后，減小其影響范圍和時(shí)間。在IP（IPV4） 地址日益匱乏的今

6、天，能否支持變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（VLSM）來(lái)節(jié)省IP地址資源，對(duì)一個(gè)路由協(xié)議來(lái)說(shuō)是非常重要的，OSPF能夠滿足這一要求。在采用OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，如果通過(guò)OSPF計(jì)算出到同一目的地有兩條以上代價(jià)（Metric）相等的路由，該協(xié)議可以將這些等值路由同時(shí)添加到路由表中。這樣，在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)或負(fù)載均 衡。在支持區(qū)域劃分和路由分級(jí)管理上，OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議能夠適合在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中使用，在協(xié)議本身的安全性上，OSPF使用驗(yàn)證，在鄰接路由器間進(jìn)行路由信息通告時(shí)可以指定密碼，從而確定鄰接路由器的 合法性，與廣播方式相比，用組播地址來(lái)發(fā)送協(xié)議報(bào)文可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。從衡量路由協(xié)議性能的角

7、 度，我們可以看出，OSPFW議確實(shí)是一個(gè)比較先進(jìn)的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，這也是它得到廣泛采用的主要原因。OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的工作原理上文提到，OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是一種鏈路狀態(tài)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，那么OSPF是如何來(lái)描述鏈路連接狀況呢？抽象模型 Model1 表示路由器的一個(gè)以太網(wǎng)接口不連接其他路由器，只連接了一個(gè)以太網(wǎng)段。此時(shí)， 對(duì)于運(yùn)行OSPF的路由器R1,只能識(shí)別本身，無(wú)法識(shí)別該網(wǎng)段上的設(shè)備（主機(jī)等）；抽象模型Model2表示路由器R1 通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路（如PPP HDLC等）連接一臺(tái)路由器 R2;抽象模型Model3表示路由器R1通過(guò)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（如 FrameRelay、X.25等）鏈路連接多臺(tái)路由

8、器 R3 R4等,此時(shí)路由器R5 R6之間不進(jìn)行互聯(lián)；抽象模型Model4 表示路由器R1通過(guò)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（如FrameRelay、X.25等）鏈路連接多臺(tái)路由器 R5 R6等，此時(shí)路由器 R5 R6之間互聯(lián)。以上抽象模型著重于各類鏈路層動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的特點(diǎn)，而不涉及具體的鏈路層動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 細(xì)節(jié)。該模型基本表達(dá)了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)鏈路的連接種類。在OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議中，分別對(duì)以上四種鏈路狀態(tài)類型作了描述對(duì)于抽象模型 Model1（以太網(wǎng)鏈路），使用LinklD（連接的網(wǎng)段）、Data（掩碼）、Type（類型）和Metric（代價(jià)） 來(lái)描述。此時(shí)的LinkID即為路由器R1接口所在網(wǎng)段，Data為所用掩碼，

9、Type為3（Stubnet） ， Metric為 代價(jià)值。對(duì)于抽象模型 Model2（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路），先使用LinkID（連接的網(wǎng)段）、Data（掩碼）、Type（類型）和 Metric（代價(jià)）來(lái)描述接口路由，以上各參數(shù)與Model1相似。接下來(lái)描述對(duì)端路由器 R2,四個(gè)參數(shù)名不變， 但其含義有所不同。此時(shí)LinkID為路由器R2的RouterID , Data為路由器R2的接口地址，Type為1（Router）， Metric仍為代價(jià)值。對(duì)于抽象模型Model3（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)鏈路，不全連通），先使用LinkID（連接的網(wǎng)段）、Data（掩碼）、Type（類型）和Metric（代價(jià)）來(lái)描述接口路由

10、，以上各參數(shù)與Modell相似。接下來(lái)分別描述對(duì)端路由器 R3、 R4 的方法，與在 Model2 中描述 R2 類似。對(duì)于抽象模型 Model4（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)鏈路，全連通），先使用LinklD（網(wǎng)段中DR的接口地址）、Data（本接口的地址）、Type（類型）和Metric（代價(jià)）來(lái)描述接口路由。此時(shí) Type值為2（Transnet），然后是本網(wǎng)段中 DR指定路由器）描述的連接通告。路由器在通報(bào)其獲知的鏈路狀態(tài)（即上面所述的參數(shù)）前，加上LSA頭（LinkStateAdvertisementHead），從而生成LSA（鏈路狀態(tài)廣播）。到此，路由器通過(guò) LSA完成周邊網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述，并發(fā)送給

11、網(wǎng)絡(luò)中的其他路由器。計(jì)算路由路由器完成周邊網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述 （生成LSA）后，發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的其他路由器，每臺(tái)路由器生成鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)（LSDB）。路由器開(kāi)始執(zhí)行 SPF（最短路徑優(yōu)先）算法計(jì)算路由，路由器以自己為根節(jié)點(diǎn)，把LSDB中的條目與LSA進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過(guò)若干次的遞歸和回溯， 直至路由器把所有LSA中包含的網(wǎng)段都找到路徑（把 該路由填入路由表中 ） ，此時(shí)意味著所到達(dá)的該段鏈路的類型標(biāo)識(shí)為 3（Stubnet） 。確保LSA在路由器間傳送的可靠性從上文可以知道，作為鏈路狀態(tài)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的OSPF的工作機(jī)制，與RIP等距離向量的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是不一樣的。距離向量動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是通過(guò)周期性地發(fā)

12、送整張路由表，來(lái)使網(wǎng)絡(luò)中的路由器的路由信息保持一 致。這種機(jī)制存在著上文提到的一些弊病。而OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議將包含路由信息的部分與只包含路由器間鄰接關(guān)系的部分分開(kāi)，它使用一種被稱作 Hello 的數(shù)據(jù)包來(lái)確認(rèn)鄰接關(guān)系，這個(gè)數(shù)據(jù)包非常小，它僅被用 來(lái)發(fā)現(xiàn)和維持鄰接關(guān)系。在路由器R1初始化完成后，它將向路由器R2發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包。此時(shí)R1并不知道R2的存在，因此在數(shù)據(jù)包中不包含R2的信息（參數(shù)seen=0）。而R2在接收到該數(shù)據(jù)包后，將向 R1發(fā)送Hello包。此時(shí)，Hello 包中將表明它已知道存在 R1這個(gè)鄰居。R1收到這個(gè)回應(yīng)包后就會(huì)知道鄰居R2的存在，并且鄰居 R2也知道了自己的存在

13、（參數(shù)seen=R1）。此時(shí)在路由器 R1和R2之間就建立了鄰接關(guān)系，它們就可以把LSA發(fā)送給對(duì)方。當(dāng)然，在發(fā)送時(shí) OSPF考慮到要盡量減少占用的帶寬，它采用了一些技巧，我們將在下一節(jié)簡(jiǎn)單介 紹這些內(nèi)容。眾所周知， IP 協(xié)議是一種不可靠的、 面向無(wú)連接的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議， 它本身沒(méi)有確認(rèn)和錯(cuò)誤重傳機(jī)制。 那么， 在這種協(xié)議基礎(chǔ)之上， 要做到數(shù)據(jù)包丟失或出錯(cuò)后進(jìn)行重傳， 上層協(xié)議必須本身具備這種可靠的機(jī)制。 OSPF 采取了與TCP類似的確認(rèn)和超時(shí)重傳機(jī)制。在機(jī)制中，R1和R2將進(jìn)行一種被稱作鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)描述（DD）的數(shù)據(jù)包的互傳。首先進(jìn)行協(xié)商，從而確定兩者之間的主從關(guān)系（根據(jù)路由器ID號(hào)，ID號(hào)大的將作為Master）。 鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)描述（DD）數(shù)據(jù)包中包含了一些參數(shù)，序列號(hào)（seq）、報(bào)文號(hào)（I）、結(jié)尾標(biāo)識(shí)（M）及主從標(biāo)志（MS）。從屬路由器將使用主路由器發(fā)出的DD包中的序列號(hào)（seq），作