《高级网络概论》第02讲网络路由技术

凌力第2讲网络路由技术高级网络AdvancedNetworks主要内容网络路由技术原理常用路由协议RIPOSPFBGP路由器技术[e-mail]《高级网络》1路由原理⑴[e-mail]《高级网络》2路由Routing为各个网络间的数据交换寻找最佳路径为给定的IP报文提供到指定目的地的转发服务[e-mail]《高级网络》3网关G2IPBG|IPG2MBG|MG2网关G1IPAG|IPG1MAG|MG1A3IPA3MA3A1IPA1MA1A2IPA2MA2报文IPA1MA1报文IPC2MAG报文IPC2MBGC1IPC1MC1C2IPC2MC2报文IPC2MC2路径的多样性[e-mail]《高级网络》4ABCDABAD－DBAC－CBAC－CD－DBAD－DC－CB①我强烈BS不守时！[e-mail]《高级网络》5ABCD街道小街高速街道高速高速AC－CD－DB②走捷径是我的人生哲学！[e-mail]《高级网络》6ABCDAB7Km3Km8Km5Km3Km6Km③远离堵车，我要低碳！[e-mail]《高级网络》7ABCDAC－CB堵塞！堵塞！车流量大④虽然不差钱，节俭是本色！[e-mail]《高级网络》8ABCDAD－DB50￥10￥免费免费免费30￥路由技术思想[e-mail]《高级网络》9路由表[e-mail]《高级网络》10｛目的网络地址；下一跳网关地址｝IP报文目的IP地址若匹配成功转发…………………………思考：经过路由器后，IP报文的源地址和目的地址如何变化？全网路由与子网路由[e-mail]《高级网络》11（a）（b）可采用A/B/C类地址、子网、超网、AS等技术自治系统AutonomousSystem－AS因特网将整个网络划分为许多较小的自治系统AS一个AS是一个相对独立的网络，其最重要的特点就是AS有权自主地决定在本系统内采用何种路由选择协议一个AS内的所有网络都属于一个行政单位（例如：一个公司、一所大学、一个国家等）来管辖一个AS的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的许多小的AS可组成更大的[e-mail]《高级网络》12路由算法的度量Metric链路长度/跳数带宽/吞吐量/某时段内的通信流量保密要求传播时延/时延抖动缓存被占用的程度/队列长度链路差错率等[e-mail]《高级网络》13路由算法要求[e-mail]《高级网络》14完整性•到达任一结点的报文，都能根据路由信息进行转发，最终到达报文指定的目的地最优性•路由算法具有根据既定策略选择最佳路径的能力简洁性•算法设计简洁，用最少的软件开销，提供最有效的功能，并且尽可能降低时延坚固性•路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如：硬件故障、负载过高或操作失误，仍能保持正确运行收敛性•收敛是在最佳路径的判断上所有网关达到一致的过程。收敛慢的路由算法可能造成暂时的路径循环，或导致网络中断灵活性•路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。一条线路发生故障，路由算法应能很快发现故障，并选择另一条最佳路径。但算法结果应保持稳定，不能频繁变化路由算法分类静态路由StaticRouting动态路由DynamicRouting内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP）在AS内部范围使用，如：RIP、OSPF，实现域内路由选择（IntradomainRouting）外部网关协议（ExternalGatewayProtocol，EGP）在AS之间使用，如：BGP，实现域间路由选择（InterdomainRouting）[e-mail]《高级网络》15路由协议⑵[e-mail]《高级网络》16RIP路由信息协议RoutingInformationProtocolRFC1058（RIP2－RFC2453）基于距离矢量算法，通过计算抵达目的地的最少距离（跳数）来选取唯一的最佳路径如果路由器与网络直接连接，则定义距离为0，可以进行报文直接交付如果路由器经过n台路由器与目的网络间接连接，则定义距离为n最多为15跳，适用于小规模网络（小型AS）[e-mail]《高级网络》17路由信息[e-mail]《高级网络》18路由器X网络N1网络N2网络N3X3X1X2路由器Y网络N4路由器ZY1Y2Z1Z2网络N5〔X路由表〕N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，Y1N5，1，Z1｛目的地址，距离度量，下一结点｝一跳（1hop）（经过一台路由器）直接交付最短路径定理Bellman-Ford(Ford-Fulkerson)定理若X是A→B最短路径上的结点，则A→X和X→B都是最短路径[e-mail]《高级网络》19AXBRIP算法初始情况下，若结点（路由器）直接连接网络Ni，则记为〔Ni，0，－〕每隔一个固定周期（如30s）与且仅与相邻的路由器交换路由信息当一个结点收到来自相邻结点（设其地址为Xj）的RIP报文（其中包含了Xj的路由表）后，执行以下步骤：①修改RIP报文中的所有记录项，将“下一结点”字段均改为Xj，并将所有“距离”字段的值加1（≤16）②对修改后的每个记录项，分别执行以下步骤：若“目的网络”不在路由表中，则添加该记录项，返回；否则若“下一结点”也相同，则替换原记录项，返回；否则若“距离”值小于路由表中的值，则进行更新，返回③结束若规定时间内未收到相邻结点更新路由信息，则记为不可达（距离值16）[e-mail]《高级网络》20为什么？RIP示例[e-mail]《高级网络》21初始路由表示例网络N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，CN5，1，BN1，1，AN2，1，AN3，0，－N5，0，－N6，1，EN1，0，－N2，1，AN3，1，AN4，0，－N6，1，FN1，1，AN2，0，－N3，1，AN4，0，－N6，1，FN3，1，BN4，1，FN5，0，－N6，0，－N1，1，CN2，1，DN4，0，－N5，1，EN6，0，－首次收到相邻的路由表并更新后最终收敛的路由表ABCDEFN1，0，－N2，0，－N3，0，－N3，0，－N5，0，－N1，0，－N4，0，－N2，0，－N4，0，－N5，0，－N6，0，－N4，0，－N6，0，－网络N3N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，CN5，1，BN6，2，BN1，1，AN2，1，AN3，0，－N4，2，AN5，0，－N6，1，EN1，0，－N2，1，AN3，1，AN4，0，－N5，2，AN6，1，FN1，1，AN2，0，－N3，1，AN4，0，－N5，2，AN6，1，FN1，2，BN2，2，BN3，1，BN4，1，FN5，0，－N6，0，－N1，1，CN2，1，DN3，2，CN4，0，－N5，1，EN6，0，－A网络N1网络N2C网络N4DB网络N5E网络N6FB→AN3，1，BN5，1，BC→AN1，1，CN4，1，CD→AN2，1，DN4，1，D故障引起的路由更新示例[e-mail]《高级网络》22示例网络故障时路由表B设置为N5不可达ABCDEF网络N3N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，CN5，1，BN6，2，BN1，1，AN2，1，AN3，0，－N4，2，AN5,16,－N6，1，EN1，0，－N2，1，AN3，1，AN4，0，－N5，2，AN6，1，FN1，1，AN2，0，－N3，1，AN4，0，－N5，2，AN6，1，FN1，2，BN2，2，BN3，1，BN4，1，FN5，0，－N6，0，－N1，1，CN2，1，DN3，2，CN4，0，－N5，1，EN6，0，－A网络N1网络N2C网络N4DB网络N5E网络N6F中断！B传播A得知N5不可达N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，CN5,16,BN6，2，BN1，1，AN2，1，AN3，0，－N4，2，AN5,16,－N6，1，EN1，0，－N2，1，AN3，1，AN4，0，－N5，2，AN6，1，FN1，1，AN2，0，－N3，1，AN4，0，－N5，2，AN6，1，FN1，2，BN2，2，BN3，1，BN4，1，FN5，0，－N6，0，－N1，1，CN2，1，DN3，2，CN4，0，－N5，1，EN6，0，－A传播C和D得知N5不可达N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，CN5,16,BN6，2，BN1，1，AN2，1，AN3，0，－N4，2，AN5,16,－N6，1，EN1，0，－N2，1，AN3，1，AN4，0，－N5,16,AN6，1，FN1，1，AN2，0，－N3，1，AN4，0，－N5,16,AN6，1，FN1，2，BN2，2，BN3，1，BN4，1，FN5，0，－N6，0，－N1，1，CN2，1，DN3，2，CN4，0，－N5，1，EN6，0，－F传播C和D得知N5可达N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，CN5,16,BN6，2，BN1，1，AN2，1，AN3，0，－N4，2，AN5,16,－N6，1，EN1，0，－N2，1，AN3，1，AN4，0，－N5，2，FN6，1，FN1，1，AN2，0，－N3，1，AN4，0，－N5，2，FN6，1，FN1，2，BN2，2，BN3，1，BN4，1，FN5，0，－N6，0，－N1，1，CN2，1，DN3，2，CN4，0，－N5，1，EN6，0，－最终收敛的路由表N1，0，－N2，0，－N3，0，－N4，1，CN5，3，CN6，2，BN1，1，AN2，1，AN3，0，－N4，2，AN5，4，AN6，1，EN1，0，－N2，1，AN3，1，AN4，0，－N5，2，FN6，1，FN1，1，AN2，0，－N3，1，AN4，0，－N5，2，FN6，1，FN1，2，BN2，2，BN3，1，BN4，1，FN5，0，－N6，0，－N1，1，CN2，1，DN3，2，CN4，0，－N5，1，EN6，0，－极端情况引起路由振荡[e-mail]《高级网络》23网络N3网络N1网络N2AB①A、B原有路由表→N1，0，－故障！N1，1，AN1，16，－②A发现故障，更新路由表→N1，2，B③B发送路由信息（A未到发布周期）④A更新路由表→N1，3，A⑤A发送路由信息←⑥B更新路由表……N1，16，BN1，16，AA、B最终路由表→收敛过程漫长，N1网络故障无法及时反映，引起路由振荡RIP协议采用UDP协议传输，端口号520RIP协议数据单元：[e-mail]《高级网络》24←―――――――――――4byte――――――――――→bit0bit31命令版本号=20x000x004byte报头地址类别（2：IP）路由标记（AS号）20byte路由信息可重复25次网络地址子网掩码下一结点（下一跳路由器地址）距离值命令字段：1:请求路由信息2:响应或未请求主动发送路由信息网络号RIP特点和应用RIP简单而有效，成为路由信息交换的标准之一所有IP路由器均支持RIP协议RIP适合网络状况较单纯和可预测的中小型网络单纯的以跳数作为选路的依据不能充分描述路径特征，可能导致所选的路径不是最优[e-mail]《高级网络》25Internet计算机或子网接入路由器（支持RIP）路由器（支持RIP）接入线路OSPF开放式最短路径优先协议OpenShortestPathFirstOSPF2－RFC2328采用分布式的链路状态协议（LinkStateProtocol）每台OSPF路由器维护一个全网一致的链路