计网学习笔记（14）- RIP 和 OSPF

自治系统 AS (Autonomous System)：

在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种 AS 内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该 AS 内的路由，同时还使用一种 AS 之间的路由选择协议用以确定分组在 AS之间的路由。尽管一个 AS 使用了多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个 AS 对其他 AS 表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。

两大类路由选择协议

1.内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol)

（1）在一个自治系统内部使用的路由选择协议。
（2）目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP 和OSPF协议。

2.外部网关协议 EGP (External Gateway Protocol)

（1）若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。
（2）在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。

RIP

路由信息协议 RIP (Routing Information Protocol)是一种分布式的、基于距离向量的路由选择协议。RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。

RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。“距离”的最大值为 16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。

RIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP 选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速(低时延)但路由器较多的路由。

RIP 协议的特点

(1) 仅和相邻路由器交换信息。
(2) 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。
(3) 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息。

虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它们的路由表当然也是不同的。

RIP 协议的优缺点

优点：
实现简单，开销较小。

缺点：
（1）RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。
（2）路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。
（3）“坏消息传播得慢”，使更新过程的收敛时间过长。

OSPF

OSPF (Open Shortest Path First)开放最短路径优先。

• “开放”表明 OSPF 协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。
• “最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法 迪杰斯特拉算法
• 采用分布式的链路状态协议 (link state protocol)。

注意：OSPF 只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。

三个要点

• 向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。
• 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。
  “链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。
• 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。

链路状态数据库

由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的（这称为链路状态数据库的同步）。OSPF 的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF 的更新过程收敛得快是其重要优点。

OSPF 的区域 (area)

为了使 OSPF 能够用于规模很大的网络，OSPF 将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区域。

在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑的情况。

主干路由器只具有其所在区域的拓扑数据库，而区域边界路由器则具有与其相连的所有区域的拓扑数据库。

OSPF是通过使用LSA分组来更新和维护拓扑数据库。

每个路由器是以自己为根，按照Dijkstra算法(最短路径优先算法)计算最短连通树，井修改路由表。

主干区域内的路由器叫主干路由器，例如R3、R4、R5、R6、R7。
主干区域与其他区域相连的路由器叫区域边界路由器，例如R3、R4、R7。

OSPF的特点

（1）OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 数据报传送。
（2）OSPF 对不同的链路可根据 IP 分组的不同服务类型 TOS 而设置成不同的代价。因此，OSPF 对于不同类型的业务可计算出不同的路由。
（3）如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那么可以将通信量分配给这几条路径。这叫作多路径间的负载平衡。
（4）所有在 OSPF 路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。
（5）支持可变长度的子网划分和无分类编址 CIDR。
（6）每一个链路状态都带上一个 32 位的序号，序号越大状态就越新。

OSPF的优点

（1）OSPF 规定每隔一段时间，如 30 分钟，要刷新一次数据库中的链路状态。
（2）由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，OSPF 协议要比距离向量协议 RIP 好得多。
（3）OSPF 没有“坏消息传播得慢”的问题，据统计，其响应网络变化的时间小于 100 ms。

路由器结构

路由器输入端口对收到分组的处理

输入端口中的查找和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的。

路由器输出端口将交换结构传来的分组发送到线路

分组丢弃

（1）若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。
（2）路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。