【软件测试】网络应用篇：第三章 网络地址转换与路由选择协议—NAT、RIP、OSPF、BGP

第三章：网络地址转换与路由选择协议—NAT、RIP、OSPF、BGP

一、相关概念简述：

NAT：网络地址转换(NAT,Network Address Translation)属接入广域网(WAN)技术，是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。

RIP：RIP(RoutinginformationProtocol)协议的全称是一种内部网关协议（IGP），是一种动态路由选择，用于一个自治系统（AS）内的路由信息的传递。

OSPF：OSPF (Open Shortest Path First开放式最短路径优先)是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP)，用于在单一自治系统(autonomous system,AS)内决策路由。与RIP相比，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离矢量路由协议。OSPF的协议管理距离（AD）是110。

BGP ：BGP（Border Gateway Protocol ）边界网关协议，用来连接Internet上独立系统的路由选择协议。BGP是为取代最初的外部网关协议EGP设计的，也被认为是一个路径矢量协议。

 

二、网络地址转换与路由选择协议：主要探讨的是用于创建和更新路由表的路由信息的传播问题。重点要讨论路由表最初如何构建，并解释路由软件如何按需要不断更新路由表。

      

三、IP路由分为两大类别：

静态路由：路由不会改变路由表在系统启动时载入值，除非检测到错误，否则路由不会改变。静态路由适用的地方：多数主机。

动态路由：指可以随时间改变路由表信息的系统。动态路由的开始与静态路由完全一样，在系统启动时将一组原始路由载入到路由表中。动态路由适用的地方：多数路由器。

 

四、全球Internet路由：

       Internet使用两级路由层次——将Internet上的路由器和网络划分成组。每个组内的所有路由器相互交换路由信息，然后每个组中至少有一台路由器（可能更多）汇总这些信息，在把这些信息传递给其他组。

       自治系统：一个网络和路由器的连通集合，它们都在一个管理权威的控制下。

       因此，全球Internet中的路由器被分成组，每个组被称为自治系统。一个自治系统内部的路由器彼此交换路由信息，这些信息在汇总后才会传递给其他组。

 

五、Internet路由协议：

内部网关协议（Interior  Gateway  Protocol，IGP）：适用于自治系统内部的路由器交换路由信息。容易安装和操作，但可能会限制自治系统的规模或路由复杂性。

外部网关协议（Exterior  Gateway  Protocol，EGP）：适用于一个自治系统的路由器与另一个自治系统中的路由器交换路由信息。安装和操作要比IGP复杂一些，具有更好的灵活性和较低的开销。为了减少通信量，EGP需要在将自己所在的自治系统的路由信息向另一个自治系统传递之前进行汇总。

 

六、因特网的路由选择协议：

       内部网关协议IGP：具体的协议有多种，如RIP和OSPF等。

       外部网关协议EGP：目前使用的协议就是BGP。

 

七、内部网关协议RIP：

1、RIP工作原理：

1）路由信息协议RIP是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。

2）RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。

3）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协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加1。 

 

2、RIP 协议的三个要点：

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。

 

3、路由表的建立：

1）路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。

2）以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。

3）经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。

4）RIP 协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。

 

4、路由器之间交换信息：

1）RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。

2）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应当是不同的。

 

5、RIP协议的位置：

1）RIP协议使用运输层的用户数据报UDP进行传送（使用 UDP 的端口 520）。

2）因此RIP协议的位置应当在应用层。但转发IP数据报的过程是在网络层完成的。

 

6、RIP2 协议的报文格式：

 

 

7、RIP协议的优缺点：

1）RIP存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。

2）RIP协议最大的优点就是实现简单，开销较小。

3）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）。

4）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。

 

八、内部网关协议OSPF：

       1、OSPF 协议的基本特点：

1）“开放”表明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。

2）“最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF。

3）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”。

4）是分布式的链路状态协议。

 

2、三个要点：

1）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。

2）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)。

3）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。

 

3、链路状态数据库(link-state database)：

1）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。

2）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）。

3）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。

 

4、OSPF的区域(area)：

1）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。

2）每一个区域都有一个32 bit的区域标识符（用点分十进制表示）。

3）区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过200个。 

 

5、划分区域：

1）划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。

2）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。

3）OSPF使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫作主干区域(backbone area)。主干区域的标识符规定为0.0.0.0。主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域。

 

6、OSPF直接用IP数据报传送：

1）OSPF不用UDP而是直接用IP 数据报传送，可见 OSPF 的位置在网络层。

2）OSPF构成的数据报很短。这样做可减少路由信息的通信量。

3）数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据报分片传送。分片传送的数据报只要丢失一个，就无法组装成原来的数据报，而整个数据报就必须重传。

 

7、OSPF分组协议：

 

 

8、OSPF的五种分组类型：

类型1，问候(Hello)分组。

类型2，数据库描述(Database Description)分组。

类型3，链路状态请求(Link State Request)分组。

类型4，链路状态更新(Link State Update)分组，用洪泛法对全网更新链路状态。

类型5，链路状态确认(Link State Acknowledgment)分组。

 

9、OSPF的其他特点：

1）OSPF还规定每隔一段时间，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。

 

10、OSPF支持三种网络的连接：

1）两个路由器之间的点对点连接

2）具有广播功能的局域网

3）无广播功能的广域网

 

九、外部网关协议BGP：

       1、边界网关协议BGP简述：

       1）BGP是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。

2）BGP的较新版本是1995年发表的BGP-4（BGP的第4个版本）。

3）可以将BGP-4简写为BGP。

 

2、BGP使用的环境却不同：

1）因特网的规模太大，使得自治系统之间路由选择非常困难。

2）对于自治系统之间的路由选择，要寻找最佳路由是很不现实的。

3）自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略。

4）因此，边界网关协议BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。

 

3、BGP发言人：

1）每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP 发言人”。

2）一般说来，两个BGP发言人都是通过一个共享网络连接在一起的，而BGP发言人往往就是BGP边界路由器，但也可以不是BGP边界路由器。

 

4、BGP交换路由信息：

1）一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息，就要先建立TCP连接，然后在此连接上交换BGP报文以建立BGP会话(session)，利用BGP会话交换路由信息。

2）使用TCP连接能提供可靠的服务，也简化了路由选择协议。

3）使用TCP连接交换路由信息的两个BGP发言人，彼此成为对方的邻站或对等站。

 

5、BGP协议的特点：

1）BGP协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级，这要比这些自治系统中的网络数少很多。

2）每一个自治系统中BGP发言人（或边界路由器）的数目是很少的。这样就使得自治系统之间的路由选择不致过分复杂。

3）BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。

4）在BGP刚刚运行时，BGP的邻站是交换整个的BGP路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销方面都有好处。

 

6、BGP-4共使用四种报文：

1）打开(Open)报文，用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系。

2）更新(Update)报文，用来发送某一路由的信息，以及列出要撤消的多条路由。

3）保活(Keepalive)报文，用来确认打开报文和周期性地证实邻站关系。

4）通知(Notificaton)报文，用来发送检测到的差错。

 

7、BGP报文的格式：

 

 

官方博文地址：http://www.17core.com/blog/html/201103/230.html