IP协议（五）路由算法-内部网关协议 RIP、OSPF

路由算法(一)

路由算法的分类

静态路由和动态路由：

静态路由选择策略：即非自适应路由选择

• 手工配置

• 路由更新慢，优先级高

• 其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。

动态路由选择策略：即自适应路由选择

• 路由更新快-定期更新，能够及时响应链路费用及网络拓扑的变化

• 其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。

实现方式—集中式或者分布式

（1）集中式：

路由器知道整个网络的拓扑结构和链路状态，由于互联网规模大，其代价太大

（2）分布式：

路由器只掌握物理相邻的路由器及其链路费用。

两大路由选择协议

内部网关协议IGP

-在一个自治系统内(AS)使用统一的路由选择算法.AS内使用的路由协议称为IGP(内部网关协议)，如RIP、OSPF.

（1）RIP协议

RIP特点

• 分布式的、基于距离向量的路由选择协议。 --此处的距离定义为一条路由的路由器数目

• 仅仅和相邻路由器交换信息，

• 交换的信息是自己的路由表(全部信息)

• 按照固定时间间隔30s交换路由信息，

• 使用RIP协议的路由不能超过15个，16个路由时，则路径不可达

• RIP协议中的距离是以路由器的个数定义的，因此可能会忽略高速低延迟但路由器较多的链路

• RIP 协议的收敛过程较快。“收敛”就是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。

链路失效、恢复

• 如果路由器A在180s内为未收到相邻路由器B发来的交换信息，那么经过B路由器的链路则不可用。
• 重新计算路由
• 向相邻路由器发送新的通告，重新建立路由表

路由表的处理

• RIP路由表通过一个route-d的应用层进程实现的
• 通告报文周期性的通过UDP传播

RIP报文

使用UDP传播

以RIP2报文为例

RIP报文中：由首部和路由信息两部分组成。

地址族标识符：用来标志所使用的的地址协议。

路由标记：填入自治系统的号码，虽然是内部网关协议，但也有可能收到自治系统外的路由选择信息。

网络地址、下一跳、距离：表明到达目的网络的下一跳地址、距离等信息。

距离向量算法：

–基于Bellman-Ford的距离向量算法-用于在一个图中，找出最短路径，此时的距离不再是这里定义的结点（路由器）的个数

路由器收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：

(1) 先修改此 RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1。

(2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：

若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。

​ 否则

​ 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。

​ 否则

​ 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，

​ 否则，什么也不做。

(3) 若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为 16（表示不可达）。

(4) 返回
实例：

RIP协议优缺点

优点：简单、代价下，收敛过程快

缺点：规模小(路由限制在16个路由器以下)，可能会造成无穷计数问题。

（2）OSPF协议

OSPF特点：

• 开放的
• 采用分布式的链路状态协议
• 向本自治系统内所有路由器发送信息，使用洪泛法
• 发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态(只是部分信息)，链路状态包括本路由器与哪些路由器相连，以及这些路由器之间的度量。–相当于图中某一个结点的所有邻接点的编号和其边的权重。
• 只有在链路状态改变时，才徐昂自治系统内所有路由器发送信息。

链路状态数据库

• 由于各路由器之间频繁的交换链路状态信息，因此，所有路由器最终都能建立一个链路状态数据库–即全网的拓扑结构图。
• OSPF协议中的链路状态数据库可以较快更新，使每个路由器都能及时更新路由表，OSPF更新过程收敛较快。

OSPF的区域

• 将一个很大的自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域
• 每个区域都有一个32位区域标志符，使用点分十进制
• 这样的好处是在使用洪泛法交换链路状态信息时，只需要在每一个区域内交换即可，减少了网络的通信量
• 上层的主干区域(0.0.0.0)用来连接下层的区域

OSPF报文

• 直接使用IP数据报(数据量少)，不使用UDP

• 路由器标志符、区域标识符：表明此路由器的信息。

OSPF的分组类型

• 问候分组
• 数据库描述分组
• 链路状态请求分组
• 链路状态更新分组
• 链路状态确认

实例：路由器R向整个网络发送其信息。

最短路径算法

–使用了Dijkstra提出的最短路径算法，见链接-图的最短路径算法

每台路由器从链路状态数据库里得到带权有向图，分别利用最短路径算法，得到自己到其他目的网络(路由器)的最短路径

OSPF优缺点

优点：互连网规模较大时，OSPF比RIP较好，响应网络变化的时间短，不存在RIP协议中无穷计数的情况

缺点：代价大，具体实现起来复杂