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CISCO技術--路由協議和路由器的工作原理

文章來源: 西寧威勢電子信息服務有限公司     發布時間:2008-11-28    瀏覽次數:3486    tags:路由協議 工作原理

作者:慕容豪情
出處:www.cnsafe.org
『安全驛站』onLine Security DeFender

本文通過闡述TCP/IP網絡中路由器的基本工作原理,介紹了IP路由器的幾大功能,給出了靜態路由協議和動態路由協議,以及內部網關協議和外部網關協議的概念,同時簡要介紹了目前最常見的RIP、OSPF、BGP和BGP-4這幾種路由協議,然后描述了路由算法的設計目標和種類,著重介紹了鏈路狀態法和距離向量法。在文章的最后,扼要講述了新一代路由器的特征。

  近十年來,隨著計算機網絡規模的不斷擴大,大型互聯網絡(如Internet)的迅猛發展,路由技術在網絡技術中已逐漸成為關鍵部分,路由器也隨之成為最重要的網絡設備。用戶的需求推動著路由技術的發展和路由器的普及,人們已經不滿足于僅在本地網絡上共享信息,而希望最大限度地利用全球各個地區、各種類型的網絡資源。而在目前的情況下,任何一個有一定規模的計算機網絡(如企業網、校園網、智能大廈等),無論采用的是快速以大網技術、FDDI技術,還是ATM技術,都離不開路由器,否則就無法正常運作和管理。

    1.網絡互連

把自己的網絡同其它的網絡互連起來,從網絡中獲取更多的信息和向網絡發布自己的消息,是網絡互連的最主要的動力。網絡的互連有多種方式,其中使用最多的是網橋互連和路由器互連。

    1.1 網橋互連的網絡

  網橋工作在OSI模型中的第二層,即鏈路層。完成數據幀(frame)的轉發,主要目的是在連接的網絡間提供透明的通信。網橋的轉發是依據數據幀中的源地址和目的地址來判斷一個幀是否應轉發和轉發到哪個端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或“硬件”地址,一般就是網卡所帶的地址。

網橋的作用是把兩個或多個網絡互連起來,提供透明的通信。網絡上的設備看不到網橋的存在,設備之間的通信就如同在一個網上一樣方便。由于網橋是在數據幀上進行轉發的,因此只能連接相同或相似的網絡(相同或相似結構的數據幀),如以太網之間、以太網與令牌環(token ring)之間的互連,對于不同類型的網絡(數據幀結構不同),如以太網與X.25之間,網橋就無能為力了。

網橋擴大了網絡的規模,提高了網絡的性能,給網絡應用帶來了方便,在以前的網絡中,網橋的應用較為廣泛。但網橋互連也帶來了不少問題:一個是廣播風暴,網橋不阻擋網絡中廣播消息,當網絡的規模較大時(幾個網橋,多個以太網段),有可能引起廣播風暴(broadcasting storm),導致整個網絡全被廣播信息充滿,直至完全癱瘓。第二個問題是,當與外部網絡互連時,網橋會把內部和外部網絡合二為一,成為一個網,雙方都自動向對方完全開放自己的網絡資源。這種互連方式在與外部網絡互連時顯然是難以接受的。問題的主要根源是網橋只是最大限度地把網絡溝通,而不管傳送的信息是什么。

    1.2 路由器互連網絡

路由器互連與網絡的協議有關,我們討論限于TCP/IP網絡的情況。

路由器工作在OSI模型中的第三層,即網絡層。路由器利用網絡層定義的“邏輯”上的網絡地址(即IP地址)來區別不同的網絡,實現網絡的互連和隔離,保持各個網絡的獨立性。路由器不轉發廣播消息,而把廣播消息限制在各自的網絡內部。發送到其他網絡的數據茵先被送到路由器,再由路由器轉發出去。

IP路由器只轉發IP分組,把其余的部分擋在網內(包括廣播),從而保持各個網絡具有相對的獨立性,這樣可以組成具有許多網絡(子網)互連的大型的網絡。由于是在網絡層的互連,路由器可方便地連接不同類型的網絡,只要網絡層運行的是IP協議,通過路由器就可互連起來。

網絡中的設備用它們的網絡地址(TCP/IP網絡中為IP地址)互相通信。IP地址是與硬件地址無關的“邏輯”地址。路由器只根據IP地址來轉發數據。IP地址的結構有兩部分,一部分定義網絡號,另一部分定義網絡內的主機號。目前,在Internet網絡中采用子網掩碼來確定IP地址中網絡地址和主機地址。子網掩碼與IP地址一樣也是32bit,并且兩者是一一對應的,并規定,子網掩碼中數字為“1”所對應的IP地址中的部分為網絡號,為“0”所對應的則為主機號。網絡號和主機號合起來,才構成一個完整的IP地址。同一個網絡中的主機IP地址,其網絡號必須是相同的,這個網絡稱為IP子網。

通信只能在具有相同網絡號的IP地址之間進行,要與其它IP子網的主機進行通信,則必須經過同一網絡上的某個路由器或網關(gateway)出去。不同網絡號的IP地址不能直接通信,即使它們接在一起,也不能通信。

路由器有多個端口,用于連接多個IP子網。每個端口的IP地址的網絡號要求與所連接的IP子網的網絡號相同。不同的端口為不同的網絡號,對應不同的IP子網,這樣才能使各子網中的主機通過自己子網的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。

    2.路由原理

當IP子網中的一臺主機發送IP分組給同一IP子網的另一臺主機時,它將直接把IP分組送到網絡上,對方就能收到。而要送給不同IP于網上的主機時,它要選擇一個能到達目的子網上的路由器,把IP分組送給該路由器,由路由器負責把IP分組送到目的地。如果沒有找到這樣的路由器,主機就把IP分組送給一個稱為“缺省網關(default gateway)”的路由器上。“缺省網關”是每臺主機上的一個配置參數,它是接在同一個網絡上的某個路由器端口的IP地址。

路由器轉發IP分組時,只根據IP分組目的IP地址的網絡號部分,選擇合適的端口,把IP分組送出去。同主機一樣,路由器也要判定端口所接的是否是目的子網,如果是,就直接把分組通過端口送到網絡上,否則,也要選擇下一個路由器來傳送分組。路由器也有它的缺省網關,用來傳送不知道往哪兒送的IP分組。這樣,通過路由器把知道如何傳送的IP分組正確轉發出去,不知道的IP分組送給“缺省網關”路由器,這樣一級級地傳送,IP分組最終將送到目的地,送不到目的地的IP分組則被網絡丟棄了。

目前TCP/IP網絡,全部是通過路由器互連起來的,Internet就是成千上萬個IP子網通過路由器互連起來的國際性網絡。這種網絡稱為以路由器為基礎的網絡(router based network),形成了以路由器為節點的“網間網”。在“網間網”中,路由器不僅負責對IP分組的轉發,還要負責與別的路由器進行聯絡,共同確定“網間網”的路由選擇和維護路由表。

路由動作包括兩項基本內容:尋徑和轉發。尋徑即判定到達目的地的最佳路徑,由路由選擇算法來實現。由于涉及到不同的路由選擇協議和路由選擇算法,要相對復雜一些。為了判定最佳路徑,路由選擇算法必須啟動并維護包含路由信息的路由表,其中路由信息依賴于所用的路由選擇算法而不盡相同。路由選擇算法將收集到的不同信息填入路由表中,根據路由表可將目的網絡與下一站(nexthop)的關系告訴路由器。路由器間互通信息進行路由更新,更新維護路由表使之正確反映網絡的拓撲變化,并由路由器根據量度來決定最佳路徑。這就是路由選擇協議(routing protocol),例如路由信息協議(RIP)、開放式最短路徑優先協議(OSPF)和邊界網關協議(BGP)等。

轉發即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找,判明是否知道如何將分組發送到下一個站點(路由器或主機),如果路由器不知道如何發送分組,通常將該分組丟棄;否則就根據路由表的相應表項將分組發送到下一個站點,如果目的網絡直接與路由器相連,路由器就把分組直接送到相應的端口上。這就是路由轉發協議(routed protocol)。

路由轉發協議和路由選擇協議是相互配合又相互獨立的概念,前者使用后者維護的路由表,同時后者要利用前者提供的功能來發布路由協議數據分組。下文中提到的路由協議,除非特別說明,都是指路由選擇協議,這也是普遍的習慣。

    3.路由協議

典型的路由選擇方式有兩種:靜態路由和動態路由。

靜態路由是在路由器中設置的固定的路由表。除非網絡管理員干預,否則靜態路由不會發生變化。由于靜態路由不能對網絡的改變作出反映,一般用于網絡規模不大、拓撲結構固定的網絡中。靜態路由的優點是簡單、高效、可靠。在所有的路由中,靜態路由優先級最高。當動態路由與靜態路由發生沖突時,以靜態路由為準。

      動態路由是網絡中的路由器之間相互通信,傳遞路由信息,利用收到的路由信息更新路由器表的過程。它能實時地適應網絡結構的變化。如果路由更新信息表明發生了網絡變化,路由選擇軟件就會重新計算路由,并發出新的路由更新信息。這些信息通過各個網絡,引起各路由器重新啟動其路由算法,并更新各自的路由表以動態地反映網絡拓撲變化。動態路由適用于網絡規模大、網絡拓撲復雜的網絡。當然,各種動態路由協議會不同程度地占用網絡帶寬和CPU資源。

靜態路由和動態路由有各自的特點和適用范圍,因此在網絡中動態路由通常作為靜態路由的補充。當一個分組在路由器中進行尋徑時,路由器首先查找靜態路由,如果查到則根據相應的靜態路由轉發分組;否則再查找動態路由。

根據是否在一個自治域內部使用,動態路由協議分為內部網關協議(IGP)和外部網關協議(EGP)。這里的自治域指一個具有統一管理機構、統一路由策略的網絡。自治域內部采用的路由選擇協議稱為內部網關協議,常用的有RIP、OSPF;外部網關協議主要用于多個自治域之間的路由選擇,常用的是BGP和BGP-4。下面分別進行簡要介紹。

    3.1 RIP路由協議

RIP協議最初是為Xerox網絡系統的Xerox parc通用協議而設計的,是Internet中常用的路由協議。RIP采用距離向量算法,即路由器根據距離選擇路由,所以也稱為距離向量協議。路由器收集所有可到達目的地的不同路徑,并且保存有關到達每個目的地的最少站點數的路徑信息,除到達目的地的最佳路徑外,任何其它信息均予以丟棄。同時路由器也把所收集的路由信息用RIP協議通知相鄰的其它路由器。這樣,正確的路由信息逐漸擴散到了全網。

RIP使用非常廣泛,它簡單、可靠,便于配置。但是RIP只適用于小型的同構網絡,因為它允許的最大站點數為15,任何超過15個站點的目的地均被標記為不可達。而且RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網絡的廣播風暴的重要原因之一。

    3.2 OSPF路由協議

80年代中期,RIP已不能適應大規模異構網絡的互連,0SPF隨之產生。它是網間工程任務組織(1ETF)的內部網關協議工作組為IP網絡而開發的一種路由協議。

0SPF是一種基于鏈路狀態的路由協議,需要每個路由器向其同一管理域的所有其它路由器發送鏈路狀態廣播信息。在OSPF的鏈路狀態廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些變量。利用0SPF的路由器首先必須收集有關的鏈路狀態信息,并根據一定的算法計算出到每個節點的最短路徑。而基于距離向量的路由協議僅向其鄰接路由器發送有關路由更新信息。

與RIP不同,OSPF將一個自治域再劃分為區,相應地即有兩種類型的路由選擇方式:當源和目的地在同一區時,采用區內路由選擇;當源和目的地在不同區時,則采用區間路由選擇。這就大大減少了網絡開銷,并增加了網絡的穩定性。當一個區內的路由器出了故障時并不影響自治域內其它區路由器的正常工作,這也給網絡的管理、維護帶來方便。

    3.3 BGP和BGP-4路由協議

BGP是為TCP/IP互聯網設計的外部網關協議,用于多個自治域之間。它既不是基于純粹的鏈路狀態算法,也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其它自治域的BGP交換網絡可達信息。各個自治域可以運行不同的內部網關協議。BGP更新信息包括網絡號/自治域路徑的成對信息。自治域路徑包括到達某個特定網絡須經過的自治域串,這些更新信息通過TCP傳送出去,以保證傳輸的可靠性。

為了滿足Internet日益擴大的需要,BGP還在不斷地發展。在最新的BGp4中,還可以將相似路由合并為一條路由。

    3.4 路由表項的優先問題

在一個路由器中,可同時配置靜態路由和一種或多種動態路由。它們各自維護的路由表都提供給轉發程序,但這些路由表的表項間可能會發生沖突。這種沖突可通過配置各路由表的優先級來解決。通常靜態路由具有默認的最高優先級,當其它路由表表項與它矛盾時,均按靜態路由轉發。

    4.路由算法

     路由算法在路由協議中起著至關重要的作用,采用何種算法往往決定了最終的尋徑結果,因此選擇路由算法一定要仔細。通常需要綜合考慮以下幾個設計目標:

    (1)最優化:指路由算法選擇最佳路徑的能力。

    (2)簡潔性:算法設計簡潔,利用最少的軟件和開銷,提供最有效的功能。

    (3)堅固性:路由算法處于非正常或不可預料的環境時,如硬件故障、負載過高或*作失誤時,都能正確運行。由于路由器分布在網絡聯接點上,所以在它們出故障時會產生嚴重后果。最好的路由器算法通常能經受時間的考驗,并在各種網絡環境下被證實是可靠的。

    (4)快速收斂:收斂是在最佳路徑的判斷上所有路由器達到一致的過程。當某個網絡事件引起路由可用或不可用時,路由器就發出更新信息。路由更新信息遍及整個網絡,引發重新計算最佳路徑,最終達到所有路由器一致公認的最佳路徑。收斂慢的路由算法會造成路徑循環或網絡中斷。

    (5)靈活性:路由算法可以快速、準確地適應各種網絡環境。例如,某個網段發生故障,路由算法要能很快發現故障,并為使用該網段的所有路由選擇另一條最佳路徑。

     路由算法按照種類可分為以下幾種:靜態和動態、單路和多路、平等和分級、源路由和透明路由、域內和域間、鏈路狀態和距離向量。前面幾種的特點與字面意思基本一致,下面著重介紹鏈路狀態和距離向量算法。

    鏈路狀態算法(也稱最短路徑算法)發送路由信息到互聯網上所有的結點,然而對于每個路由器,僅發送它的路由表中描述了其自身鏈路狀態的那一部分。距離向量算法(也稱為Bellman-Ford算法)則要求每個路由器發送其路由表全部或部分信息,但僅發送到鄰近結點上。從本質上來說,鏈路狀態算法將少量更新信息發送至網絡各處,而距離向量算法發送大量更新信息至鄰接路由器。

     由于鏈路狀態算法收斂更快,因此它在一定程度上比距離向量算法更不易產生路由循環。但另一方面,鏈路狀態算法要求比距離向量算法有更強的CPU能力和更多的內存空間,因此鏈路狀態算法將會在實現時顯得更昂貴一些。除了這些區別,兩種算法在大多數環境下都能很好地運行。

    最后需要指出的是,路由算法使用了許多種不同的度量標準去決定最佳路徑。復雜的路由算法可能采用多種度量來選擇路由,通過一定的加權運算,將它們合并為單個的復合度量、再填入路由表中,作為尋徑的標準。通常所使用的度量有:路徑長度、可靠性、時延、帶寬、負載、通信成本等。

5.新一代路由器

由于多媒體等應用在網絡中的發展,以及ATM、快速以太網等新技術的不斷采用,網絡的帶寬與速率飛速提高,傳統的路由器已不能滿足人們對路由器的性能要求。因為傳統路由器的分組轉發的設計與實現均基于軟件,在轉發過程中對分組的處理要經過許多環節,轉發過程復雜,使得分組轉發的速率較慢。另外,由于路由器是網絡互連的關鍵設備,是網絡與其它網絡進行通信的一個“關口”,對其安全性有很高的要求,因此路由器中各種附加的安全措施增加了CPU的負擔,這樣就使得路由器成為整個互聯網上的“瓶頸”。

傳統的路由器在轉發每一個分組時,都要進行一系列的復雜*作,包括路由查找、訪問控制表匹配、地址解析、優先級管理以及其它的附加*作。這一系列的*作大大影響了路由器的性能與效率,降低了分組轉發速率和轉發的吞吐量,增加了CPU的負擔。而經過路由器的前后分組間的相關性很大,具有相同目的地址和源地址的分組往往連續到達,這為分組的快速轉發提供了實現的可能與依據。新一代路由器,如IP Switch、Tag Switch等,就是采用這一設計思想用硬件來實現快速轉發,大大提高了路由器的性能與效率。

新一代路由器使用轉發緩存來簡化分組的轉發*作。在快速轉發過程中,只需對一組具有相同目的地址和源地址的分組的前幾個分組進行傳統的路由轉發處理,并把成功轉發的分組的目的地址、源地址和下一網關地址(下一路由器地址)放人轉發緩存中。當其后的分組要進行轉發時,茵先查看轉發緩存,如果該分組的目的地址和源地址與轉發緩存中的匹配,則直接根據轉發緩存中的下一網關地址進行轉發,而無須經過傳統的復雜*作,大大減輕了路由器的負擔,達到了提高路由器吞吐量的目標。

路由信息協議(RIP)

一、背景

路由信息協議(RIP)是以跳數作為metric的距離向量協議。RIP廣泛用于全球因特網的路由,是一種內部網關協議(interior gateway protocol),即在自治系統內部執行路由功能。外部網關路由協議(exterior gateway protocol),如邊緣網關協議(BGP),在不同的自治系統間進行路由。RIP的前身是Xerox協議GWINFO,后來的版本routed(發音為/rutdi/)封裝在1982年伯克利標準發布Unix(即BSD中)。RIP本身發展成因特網路由協議,有些協議族使用了RIP的變種,例如:AppleTalk路由表維護協議(RTMP)和Banyan VINES路由表協議(RIP)就是基于IP版的RIP的。RIP最新的增強版是RIP2規范,它允許在RIP分組中包含更多的信息并提供了簡單的認證機制。
  IP RIP在兩個文檔中正式定義:RFC 1058和1723。RFC 1058(1988)描述了RIP的第一版實現,RFC 1723(1994)是它的更新,允許RIP分組攜帶更多的信息和安全特性。

本文簡單介紹RIP的基本能力和特性,包括路由更新過程,RIP路由metric,路由穩定性和計時器。

二、路由更新

RIP以規則的時間間隔及在網絡拓撲改變時發送路由更新信息。當路由器收到包含某表項的更新的路由更新信息時,就更新其路由表:該路徑的metric值加上1,發送者記為下一跳。RIP路由器只維護到目的的最佳路徑(具有最小metric值的路徑)。更新了自己的路由表后,路由器立刻發送路由更新把變化通知給其它路由器,這種更新是與周期性發送的更新信息無關的。

三、RIP路由metric

RIP使用單一路由metric(跳數)來衡量源網絡到目的網絡的距離。從源到目的的路徑中每一跳被賦以一個跳數值,此值通常為1。當路由器收到包含新的或改變的目的網絡表項的路由更新信息,就把其metric值加1然后存入路由表,發送者的IP地址就作為下一跳地址。

RIP通過對從源到目的的最大跳數加以限制來防止路由環,最大值為15。如果路由器收到了含有新的或改變的表項的路由更新信息,且把metric值加1后成為無窮大(即16),就認為該目的網絡不可到達。

四、RIP的穩定性

為了適應快速的網絡拓撲變化,RIP規定了一些與其它路由協議相同的穩定特性。例如,RIP實現了split-horizon和hold-down機制來防止路由信息的錯誤傳播。此外,RIP的跳數限制也防止了無限增長而產生路由環。

五、RIP計時器

RIP使用了一些計時器以控制其性能,包括路由更新計時器、路由超時和路由清空的計時器。路由更新計時器記錄周期性更新的時間間隔,通常為30秒,每當該計時器重置時增加小的隨機秒數以防止沖突。每個路由表項都有相關的路由超時計時器,當路由超時計時器過期時,該路徑就標記為失效的,但仍保存在路由表中,直到路由清空計時器過期才被清掉。

六、RIP分組格式

下面描述IP RIP和IP RIP2的分組格式。

1、RIP分組格式



命令--表示該分組是請求還是響應。請求分組要求路由器發送其路由表的全部或部分。響應分組可以是主動提供的周期性路由更新或對請求的響應。大的路由表可以使用多個RIP分組來傳遞信息。

版本號--指明使用的RIP版本,此域可以通知不同版本的不兼容。

零--未使用。

地址族標志(AFI)--指明使用的地址族。RIP設計用于攜帶多種不同協議的路由信息。每個項都有地址族標志來表明使用的地址類型,IP的AFI是2。

地址--指明該項的IP地址。

metric--表示到目的的過程中經過了多少跳數(路由器數)。有效路徑的值在1和15之間,16表示不可達路徑。

    注:在一個IP RIP分組中最多可有25個AFI、地址和metric域,即一個RIP分組中最多可含有25個地址項。

2、RIP2分組格式

    RIP2規范(RFC1723)允許RIP分組包含更多的信息,并提供了簡單的認證機制,如下圖。



命令--表示該分組是請求還是響應。請求分組要求路由器發送其路由表的全部或部分。響應分組可以是主動提供的周期性路由更新或對請求的響應。大的路由表可以使用多個RIP分組來傳遞信息。

版本--指明使用的RIP版本,在實現RIP2或進行認證的RIP分組中,此值為2。

未使用--值為0。

地址族標志(AFI)--指明使用的地址族。RIP設計用于攜帶多種不同協議的路由信息。每個項都有地址族標志來表明使用的地址類型,IP的AFI是2。如果第一項的AFI為0xFFFF,該項剩下的部分就是認證信息。目前,唯一的認證類型就是簡單的口令。

路由標記--提供區分內部路由(由RIP學得)和外部路由(由其它協議學得)的方法。

IP地址--指明該項的IP地址。

子網掩碼--包含該項的子網掩碼。如果此域為0,則該項不指定子網掩碼。

下一跳--指明下一跳的IP地址。

metric--表示到目的的過程中經過了多少跳數(路由器數)。有效路徑的值在1和15之間,16表示不可達路徑。

注:在一個IP RIP分組中最多可有25個AFI、地址和metric域,即一個RIP分組中最多可含有25個地址項。如果AFI指明為認證信息,則只能有24個路由表項。

如何選擇路由協議

當網絡啟用了路由協議,網絡便具有了能夠自動更新路由表的強大功能。但是使用象RIP/RIP2、OSPF或IGRP/EIGRP等一些主要的內部網關協議(InteriorGatewayProtocol,IGP)都有一定的協定。

內部網關協議首先適合于在那些只有單個管理員負責網絡*作和運行的地方;否則,將會出現配置錯誤導致網絡性能降低或是導致網絡運行不穩定的情況。對于由許多管理員共同分擔責任的網絡,如Internet,則考慮使用EGP協議(InteriorGatewayProtocol,外部網關協議),如BGP4。

如果網絡中只有一個路由器,不需要使用路由協議;只有當網絡中具有多個路由器時,才有必要讓它們去共享信息。但如果僅有小型網絡,完全可以通過靜態路由手動地更新路由表。

路由信息協議

  RIP(RoutingInformationProtocol)協議基于一個被稱為“routed”的程序,該程序運行在BSDI版本的Unix系統之上,并在1988年被標準化在RFC1058中。而在RFC1388中所描述的版本2中,增加了對VLSM(VariableLengthSubnetMasks,可變長子網屏蔽)的支持,但沒有彌補該協議的主要缺陷。例如,在有多重路徑到相同目標的網絡中,RIP確定使用一條可選擇的路徑將花費許多時間,在沒有多重路徑的網絡中,RIP協議已經被廣泛使用。

RIP協議被列為距離矢量協議,這意味著它使用距離來決定最佳路徑,如通過路由跳數來衡量。路由器每30秒互相發送廣播信息。收到廣播信息的每個路由器增加一個跳數。如果廣播信息經過多個路由器收到,到這個路由器具有最低跳數的路徑是被選中的路徑。如果首選的路徑不能正常工作,那么具有較高跳數的路徑被作為備份。

對于RIP協議(和其他路由協議),網絡上的路由器在一條路徑不能用時必須經歷決定替代路徑的過程,這個過程稱為收斂(Convergence)。RIP協議花費大量的時間用于收斂是個主要的問題。在RIP協議認識到路徑不能達到前,它被設為等待,直到它已錯過6次更新總共180秒時間。然后,在使用新路徑更新路由表前,它等待另一個可行路徑的下一個信息的到來。這意味著在備份路徑被使用前至少經過了3分鐘,這對于多數應用程序超時是相當長的時間。

RIP協議的另一個基本問題是,當選擇路徑時它忽略了連接速度問題。例如,如果一條由所有快速以太網連接組成的路徑比包含一個10Mbps以太網連接的路徑遠一個跳數,具有較慢10Mbps以太網連接的路徑將被選定作為最佳路徑。

RIP協議的原始版本不能應用VLSM,因此不能分割地址空間以最大效率地應用有限的IP地址。RIP2協議通過引入子網屏蔽與每一路由廣播信息一起使用實現了這個功能。

路由協議還應該能防止數據包進入循環,或落入路由選擇循環,這是由于多余連接影響網絡的問題。RIP協議假定如果從網絡的一個終端到另一個終端的路由跳超過15個,那么一定牽涉到了循環。因此當一個路徑達到16跳,將被認為是達不到的。顯然,這限制了RIP協議只能在網絡上的使用。

RIP的最大問題涉及到具有多余路徑的較大網絡。如果網絡沒有多余的路徑,RIP協議將很好地工作,它是被幾乎每個支持路徑選擇的廠商實施的Internet標準。RIP協議適用于多數服務器*作系統,它的配置和障礙修復非常容易。對于規模較大的網絡,或具有多余路徑的網絡,應該考慮使用其它路由協議。

OSPF2

OSPF2是類似RIP協議的Internet標準,可以彌補RIP協議的缺點。1991年在RFC1247中它被第一次標準化;最新的版本是在RFC2328中。但是與RIP協議不同,OSPF是一套鏈路狀態路由協議,這意
味著路由選擇的變化基于網絡中路由器物理連接的狀態與速度,并且變化被立即廣播到網絡中的每一個路由器。

當一個OSPF路由器第一次被激活,它使用OSPF的“hello協議”來發現與它連接的鄰節點,然后用LSA(鏈路狀態廣播信息)等和這些路由器交換鏈路狀態信息。每個路由器都創建了由每個接口、對應鄰節點和接口速度組成的數據庫。每個路由器從鄰接路由器收到的LSA被繼續向各自的鄰接路由器傳遞,直到網絡中的每個路由器收到了所有其它路由器的LSA。

鏈路狀態數據庫不同于路由表,根據數據庫中的信息,每個路由器計算到網絡的每一目標的一條路徑,創建以它為根的路由拓撲結構樹,其中包含了形成路由表基礎的最短路徑優先樹(SPF樹)。LSA每30分鐘被交換一次,除非網絡拓撲結構有變化。例如,如果接口變化,信息立刻通過網絡廣播;如果有多余路徑,收斂將重新計算SPF樹。計算SPF樹所需的時間取決于網絡規模的大小。因為這些計算,路由器運行OSPF需要占用更多CPU資源。

一種彌補OSPF協議占用CPU和內存資源的方法是將網絡分成獨立的層次域,稱為區域(Area)。每個路由器僅與它們自己區域內的其它路由器交換LSA。Area0被作為主干區域,所有區域必須與Area0相鄰接。在ABR(區域邊界路由器,AreaBorderRouter)上定義了兩個區域之間的邊界。ABR與Area0和另一個非主干區域至少分別有一個接口。最優設計的OSPF網絡包含通過VLSM與每個區域鄰接的主干網絡。這使得在路由表的一個條目中描述多個網絡成為可能。

雖然OSPF協議是RIP協議強大的替代品,但是它執行時需要更多的路由器資源。如果網絡中正在運轉的是RIP協議,并且沒有發生任何問題,仍然可以繼續使用。但是如果想在網絡中利用基于標準協議的多余鏈路,OSPF協議是更好的選擇。

增強內部網關路由協議

在Cisco公司的產品中,EIGRP(EnhancedInteriorGatewayRontingProtocol)協議具有一些優勢。最重要的是它能迅速廣播鏈路狀態的變化。但EIGRP協議的最大缺點是沒有標準化。

與OSPF協議一樣,EIGRP路由器尋找它們的鄰接路由器并交換“hello”數據包。EIGRP協議每隔5秒傳送“hello”數據包。如果失敗3次,鄰接路由器則被認為是宕機狀態,替代的路徑將被使用。

當本地路由器的鏈路狀態發生變化,在新信息基礎上它將重新計算拓撲結構表。OSPF協議此時將立即向網絡中的每個路由器廣播鏈路狀態的變化,而EIGRP協議將僅僅涉及到被這些變化直接影響的路由器。這使帶寬和CPU資源的利用效率更高。同時,由于EIGRP協議使用了不到50%的帶寬,使得在低帶寬WAN鏈路上具有很大優勢。EIGRP協議的另一個優勢是它支持Novell/IPX和AppleTalk環境。如果網絡正在運行的是IGRP協議,那么轉換到EIGRP協議比轉換到OSPF協議要容易的多。


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