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1第4章動態(tài)路由選擇協(xié)議2本章包括的主題路由選擇協(xié)議基礎(chǔ)距離矢量路由選擇協(xié)議鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議內(nèi)部和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議34.1路由選擇協(xié)議基礎(chǔ)路由算法至少應(yīng)指明以下內(nèi)容向其他路由器發(fā)送網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的過程從其它路由器接收可達(dá)性信息的過程基于現(xiàn)有可達(dá)性信息決策最優(yōu)路由和記錄路由的過程響應(yīng)、修正和通告網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)渥兓倪^程44.1.2路徑?jīng)Q策問題1:路由器A是否應(yīng)該將路由器C的數(shù)據(jù)包信息傳遞給路由器B,還是將路由器B的路由選擇信息包傳遞給路由器C呢?54.1.2路徑?jīng)Q策問題2:如果路由器A從路由器B和路由器C那里知道網(wǎng)絡(luò)192.168.4.0,那么為了到達(dá)該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該使用哪一臺路由器呢?它們都合法嗎?誰是最優(yōu)路徑呢?64.1.2路徑?jīng)Q策問題3:什么機(jī)制可以確保所有路由器能接收到所有的路由選擇信息,而且這種機(jī)制還可以阻止更新數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中無休止地循環(huán)下去呢?2022/11/1074.1.2路徑?jīng)Q策問題4:如果路由器共享某個(gè)直連網(wǎng)絡(luò)(192.168.1.0、192.168.3.0和192.168.6.0),那么路由器是否仍舊應(yīng)該通告這些網(wǎng)絡(luò)呢?84.1.1度量為什么需要度量當(dāng)有多條路徑到達(dá)相同目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)時(shí),路由器需要一種機(jī)制來計(jì)算最優(yōu)路徑度量是指派給路由的一種變量,可以路由進(jìn)行等級劃分不同路由選擇協(xié)議使用不同的度量94.1.2度量可用于計(jì)算的度量的參數(shù)跳數(shù):記錄路由器跳數(shù)帶寬:通常選擇高帶寬鏈路負(fù)載:反應(yīng)流量占用沿途鏈路帶寬的數(shù)量時(shí)延:數(shù)據(jù)包經(jīng)過一條路徑所花費(fèi)的時(shí)間可靠性:用來測量鏈路在某種情況下發(fā)生故障的可能性代價(jià):由管理員設(shè)置,反應(yīng)更優(yōu)或更差路由,是一個(gè)描述無量綱度量的術(shù)語104.1.3收斂所有路由表都達(dá)到一致的過程叫收斂全網(wǎng)內(nèi)路由器間信息共享及計(jì)算最優(yōu)路徑所花費(fèi)的時(shí)間總和就是收斂時(shí)間收斂過程1、鏈路發(fā)生故障,直連路由器都從數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議獲知鏈路故障2、直連路由器通知它們的鄰居該鏈路不再可用3、鄰接路由器立即更新路由表并通知它們的鄰居4、這個(gè)過程一直持續(xù)到所有路由器都知道此變化為止114.1.3收斂124.2距離矢量路由選擇協(xié)議大多數(shù)距離矢量算法以Bellman-Ford和Fulkerson工作為基礎(chǔ)依照傳聞進(jìn)行路由選擇常見的距離矢量路由協(xié)議IP路由選擇信息協(xié)議(R1P)Xerox網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的XNSRIPNovell的IPXRIPCocosystems的Internet網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議(IGRP)和增強(qiáng)型Internet網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議(ElGRP)
DEC的DNA階段4AppleTalk的路由選擇表維護(hù)協(xié)議(RTNIP)134.2.1通用屬性定期更新每經(jīng)過特定時(shí)間就發(fā)送更新信息,從10~90s鄰居共享相同鏈路的路由器廣播更新路由器通過向廣播地址發(fā)送更新信息來宣布自己的存在不關(guān)心路由更新信息的主機(jī)和其他設(shè)備丟棄該包全路由選擇表更新告訴鄰居它所知道的一切14以跳數(shù)為度量154.2.3路由失效計(jì)時(shí)器情景描述網(wǎng)絡(luò)10.1.5.0沒有故障,路由器D故障路由器A、B、C將把數(shù)據(jù)發(fā)向一個(gè)不可達(dá)的網(wǎng)絡(luò)解決辦法為每個(gè)路由表項(xiàng)設(shè)置失效計(jì)時(shí)器每隔一定時(shí)間間隔都會收到表項(xiàng)的更新信息,復(fù)位該計(jì)時(shí)器3~6個(gè)更新周期未收到更新,將使該路由無效164.2.4水平分隔情景描述--距離矢量算法的漏洞D監(jiān)測到10.1.5.0故障D將該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記為不可達(dá)并在下一更新周期通知C意外發(fā)生,D更新觸發(fā)前,收到C的更新,C聲稱自己到達(dá)10.1.5.0的距離為1D采納C的建議,標(biāo)記到達(dá)10.1.5.0的距離為2
(注意,此時(shí)D-C間路由環(huán)路產(chǎn)生)174.2.4水平分隔逆向路由路由的指向與數(shù)據(jù)包流動方向相反的路由水平分隔在兩臺路由器直接阻止逆向路由的技術(shù)兩類水平分隔方法簡單水平分隔法規(guī)則:從某接口發(fā)送的更新信息不能包含從該接口收到的更新所包含的網(wǎng)絡(luò)(即:我告訴你的,你不能再告訴我)184.2.4水平分隔兩類水平分隔方法毒性逆轉(zhuǎn)水平分隔法規(guī)則:當(dāng)更新信息被發(fā)送出某接口時(shí),信息中將指定從該接口收到的更新信息中獲取的網(wǎng)絡(luò)是不可達(dá)的194.2.4水平分隔兩類水平分隔方法毒性逆轉(zhuǎn)對比簡單水平分隔法優(yōu)點(diǎn):更健壯---“壞消息總比沒有消息好”缺點(diǎn):路由更新包更大了204.2.5計(jì)數(shù)到無窮大水平分隔法的局限切斷了鄰居間的環(huán)路,卻無法隔斷網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路214.2.6觸發(fā)更新觸發(fā)更新又叫快速更新,如果一個(gè)度量變好或變壞,路由器則不等定期更新計(jì)時(shí)超時(shí),立即發(fā)送更新消息優(yōu)點(diǎn)大大減少無窮計(jì)算引發(fā)的問題缺點(diǎn)定期更新和觸發(fā)更新一起發(fā)生,路由器可能會在收到觸發(fā)更新的正確信息之后又收到來自未收斂路由器的錯(cuò)誤信息改進(jìn)更新信息中僅包括實(shí)際觸發(fā)該事件的網(wǎng)絡(luò),而不是包括整個(gè)路由表224.2.7抑制計(jì)時(shí)器目的為了降低接受錯(cuò)誤路由選擇信息的可能性抑制路由如果到一個(gè)目標(biāo)的距離增加(例如,跳數(shù)由2增加到4),那么路由器將為該路由設(shè)置抑制計(jì)時(shí)器。直到計(jì)時(shí)器超時(shí),路由器才可以接受有關(guān)此路由的更新信息23下面兩種方法維持異步更新每臺路由器的更新計(jì)時(shí)器獨(dú)立于路由選擇進(jìn)程,因而不會受到路由器處理負(fù)載的影響在每個(gè)更新周期中加入一個(gè)小的隨機(jī)時(shí)間或定時(shí)抖動作為偏移。4.2.8異步更新244.3鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議鏈路狀態(tài)協(xié)議有時(shí)叫最短路徑優(yōu)先協(xié)議或分布式數(shù)據(jù)庫協(xié)議,是圍繞著圖論中的一個(gè)著名算法—Dijkstra的最短路徑算法設(shè)計(jì)的基本思路鏈路狀態(tài)路由器從對等路由器那里獲取第一手信息。每臺路由器會產(chǎn)生一些關(guān)于自已的本地直連鏈路、這些鏈路的狀態(tài)和所有直接相連鄰居的信息。這些信息匯總成鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫,每臺路由器都做一份拷貝,每臺路由器獨(dú)立地計(jì)算各自的最優(yōu)路徑,但是決不改動信息254.3鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議工作流程步驟1:建立鄰接關(guān)系步驟2:通過洪泛向鄰居發(fā)送LSA(見備注?。?,每臺路由器的鏈路都會產(chǎn)生一個(gè)LSA,用于標(biāo)識這條鏈路、鏈路狀態(tài)、路由器接口到鏈路的代價(jià)度量值以及鏈路所連接的所有鄰居步驟3:每臺路由器備份收到的LSA步驟4:依據(jù)LSA數(shù)據(jù)庫,Dijkstra算法計(jì)算最短路徑264.3.1鄰接關(guān)系建立發(fā)現(xiàn)鄰居通過hello協(xié)議,鄰居路由器之間交換數(shù)據(jù)包Hello數(shù)據(jù)包至少應(yīng)包含一個(gè)路由器ID和發(fā)送數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)地址路由器ID:可以是路由器的一個(gè)接口的IP地址數(shù)據(jù)包的其他字段可以攜帶子網(wǎng)掩碼、Hello間隔、線路類型描述符和幫助建立鄰居關(guān)系的標(biāo)記274.3.2鏈路狀態(tài)泛洪擴(kuò)散洪泛的工作過程LSA被發(fā)送給每個(gè)鄰居,并依次向每個(gè)鄰居的鄰居再轉(zhuǎn)發(fā),除了發(fā)送該LSA的鄰居284.3.2鏈路狀態(tài)泛洪擴(kuò)散洪泛擴(kuò)散中的尷尬294.3.2鏈路狀態(tài)泛洪擴(kuò)散解決方案序列號線性序列號空間循環(huán)序列號空問序列號的隱患路由器根據(jù)自己已收到數(shù)據(jù)包的序列號,來判斷新到數(shù)據(jù)包的新舊,丟棄舊的,接收新的如果數(shù)據(jù)包傳輸過程序列號出錯(cuò)了304.3.2鏈路狀態(tài)泛洪擴(kuò)散老化為洪泛擴(kuò)散過程增加另一層可靠性LSA格式中包含年齡字段,LSA創(chuàng)建時(shí),該字段為0擴(kuò)散過程中,每臺路由器修改并增加LSA中的年齡定義一個(gè)最大年齡差(MaxAgeDiff)如果收到的LSA序列號相同,年齡差小于MaxAgeDiff,說明正常的網(wǎng)絡(luò)延遲造成了年齡的差異,因此路由器中原有的LSA保存,且不擴(kuò)散新到LSA年齡差大于MaxAgeDiff,說明網(wǎng)絡(luò)異常,因此新的LSA被記錄,且被擴(kuò)散(注:ospf的MaxAgeDiff為15min)LSA駐留在數(shù)據(jù)庫中,則年齡會不斷增加,如果增加到某個(gè)最大值MaxAge,則帶有MaxAge的LSA擴(kuò)散至所有鄰居,鄰居隨即刪除相關(guān)記錄為防止LSA年齡到達(dá)MaxAge,鏈路狀態(tài)刷新計(jì)時(shí)器可以復(fù)位MaxAge314.3.3鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSA中序列號、年齡和其他信息,主要用于管理泛洪擴(kuò)散進(jìn)程LSA還包括兩類通用信息路由器鏈路信息——使用三元組(路由器ID、鄰居ID、代價(jià))通告路由器的鄰居路由器,這里的代價(jià)是指鏈路到鄰居的代價(jià)。末梢網(wǎng)絡(luò)信息——使用三元組(路由器ID、網(wǎng)絡(luò)ID、代價(jià))通告路由器直接連接的末梢網(wǎng)絡(luò)(沒有鄰居的網(wǎng)絡(luò))。SPF算法如何利用這兩類通用信息對路由器鏈路信息進(jìn)行一次計(jì)算以建立到每臺路由器的最短路徑使用末梢網(wǎng)絡(luò)信息向路由器添加網(wǎng)絡(luò)32334.3.3鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫鏈路兩端的代價(jià)并不一定要相同,代價(jià)和接口的出站方向有關(guān)344.3.3鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫鏈路兩端的代價(jià)并不一定要相同,代價(jià)和接口的出站方向有關(guān)354.3.4SFP算法Dijkstra算法常常被認(rèn)為是最短路徑優(yōu)先算法,具體參見《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》364.3.5區(qū)域鏈路狀態(tài)協(xié)議的3個(gè)不利影響必要的數(shù)據(jù)庫要求內(nèi)存的數(shù)量比距離矢量協(xié)議更多復(fù)雜的算法要求CPU時(shí)間比距離矢量協(xié)議更多鏈路狀態(tài)泛洪擴(kuò)散數(shù)據(jù)包對可用帶寬帶來了不利的影響,特別是不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)解決方案將網(wǎng)絡(luò)劃分區(qū)域一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器僅需要在本區(qū)域擴(kuò)散LSA,只需要維護(hù)本區(qū)域的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫利用區(qū)域的鏈路狀態(tài)協(xié)議可以節(jié)省系統(tǒng)資源37384.3.5區(qū)域區(qū)域邊界路由器連接兩個(gè)區(qū)域的路由器,同屬于兩個(gè)區(qū)域必須為每個(gè)區(qū)域維護(hù)各自的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫區(qū)域之間的路由區(qū)域內(nèi)的路由器僅需要知道怎樣找到本區(qū)域的邊界路由器即可區(qū)域邊界路由器/區(qū)域內(nèi)路由器之間的關(guān)系如同主機(jī)/路由器之間的關(guān)系394.4
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