RIP和OSPF協(xié)議工作原理分析9頁(yè)

1、寬帶通信網(wǎng)論文題 目：RIP和OSPF協(xié)議工作原理分析班 級(jí)：4班學(xué) 號(hào)：105508姓 名：郭晉杰 RIP和OSPF協(xié)議工作原理分析郭晉杰 105508摘要：本文主要分析了內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中的路由信息協(xié)議（RIP）和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）這兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理，并從各個(gè)方面分析了這兩種路由選擇協(xié)議的區(qū)別，總結(jié)出了其分別適用的網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞：路由信息協(xié)議； 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議； 自治系統(tǒng)引言在如今的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩臺(tái)非直接連接的計(jì)算機(jī)需要經(jīng)過(guò)幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，通常就需要路由器。路由器提供一種方法來(lái)開辟通過(guò)一個(gè)網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)的路徑。那么路徑是怎么建立的呢？路由選擇協(xié)議的任務(wù)是，為路由器提供

2、他們建立通過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)最佳路徑所需要的相互共享的路由信息。路由信息協(xié)議（RIP）和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）作為基于TCP/IP的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，深入理解其工作原理對(duì)研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有著很好的促進(jìn)作用。1. 路由信息協(xié)議1.1 路由信息協(xié)議簡(jiǎn)介路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol）是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP中最先得到廣泛應(yīng)用的協(xié)議。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最初由加利弗尼亞大學(xué)的BerKeley所提出，其目的在于通過(guò)物理層網(wǎng)絡(luò)的廣播信號(hào)實(shí)現(xiàn)路由信息的交換，從而提供本地網(wǎng)絡(luò)的路由信息。RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，是因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其最大

3、的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單。1.2 路由信息協(xié)議的工作原理路由信息協(xié)議功能的實(shí)現(xiàn)是基于距離矢量的運(yùn)算法則，這種運(yùn)算法則在早期的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算中就被采用。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，距離矢量的運(yùn)算引入跳數(shù)值作為一個(gè)路由量度。每當(dāng)路徑中通過(guò)一個(gè)路由，路徑中的跳數(shù)值就會(huì)加1。這就意味著跳數(shù)值越大，路徑中經(jīng)過(guò)的路由器就有多，路徑也就越長(zhǎng)。而路由信息協(xié)議就是通過(guò)路由間的信息交換，找到兩個(gè)目的路由之間跳數(shù)值最小的路徑。具體來(lái)說(shuō)，在起始階段，每個(gè)路由器只含有相鄰路由的信息，相鄰的路由器之間會(huì)發(fā)送路由信息協(xié)議請(qǐng)求包以得到路由信息。以此方式，路由器得到了其所知的所有路由器的網(wǎng)絡(luò)信息。之后，每個(gè)路由器都會(huì)檢查，比較這些信息，并且把到達(dá)每一個(gè)不同路由

4、器的路由量度跳數(shù)值最小的路徑信息儲(chǔ)存在路由表中。最終，所有的路由器與其他路由器之間路徑的量度值都會(huì)是最小的，即路徑最短。為了避免在起始路由器和目的路由器之間的路徑中出現(xiàn)回路，路由信息協(xié)議設(shè)定了每條路徑中跳數(shù)的極限值。在路由信息協(xié)議中，每條路經(jīng)中跳數(shù)的最大值設(shè)定為15。當(dāng)跳數(shù)的值達(dá)到16時(shí)，路徑將被認(rèn)定為無(wú)限遠(yuǎn)，同時(shí)目的路由器也將被認(rèn)定為無(wú)法達(dá)到。跳數(shù)極限值的引入避免了路徑中出現(xiàn)無(wú)限循環(huán)的回路，但同時(shí)，這也限制了路由信息協(xié)議所能支持的網(wǎng)絡(luò)的大小。一般情況下，路由信息協(xié)議中的路由器以30s為一個(gè)周期，每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期或者當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，路由器會(huì)發(fā)送路由更新信息。當(dāng)其他路由器受到了路由更新

5、信息時(shí)，路由器會(huì)檢測(cè)信息中的改變，并且更新自身的路由數(shù)據(jù)庫(kù)。在路由器更新其路由數(shù)據(jù)庫(kù)的工程中，路由器只會(huì)保存到達(dá)目的路由器的最佳路徑，即路徑中跳數(shù)值最小的路徑，以此來(lái)完成路由信息的更新。當(dāng)一個(gè)路由器完成了路由信息的更新后，他將會(huì)把更新后的路由信息以廣播的形式發(fā)送給相鄰路由器，以此類推以完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有路由器中路由信息的更新。需要注意的是，RIP不能再兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間同時(shí)使用多條路由。RIP選擇一條最少路由器的路由器的路由（即最短路由），哪怕還存在另一條高速（低時(shí)延）但路由器較多的路由。同時(shí)，為了規(guī)范路由器的性能，在路由器資訊協(xié)議中還定義了路由更新計(jì)時(shí)器，路由超時(shí)計(jì)時(shí)器，以及路由更新計(jì)時(shí)器。1.3

6、 RIP協(xié)議的特點(diǎn)由RIP協(xié)議的工作原理可以得到，其有如下3個(gè)特點(diǎn)： (1)僅和相鄰路由器交換信息。如果兩個(gè)路由器之間的通信不需要經(jīng)過(guò)另一個(gè)路由器，那么這兩個(gè)路由器就是相鄰的。RIP協(xié)議規(guī)定，不相鄰的路由器不交換信息。(2)路由器交換的信息時(shí)當(dāng)前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。也就是說(shuō)，交換的信息時(shí)：“我到本自治系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)的最短距離，以及到每個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)經(jīng)過(guò)的下一跳路由”。(3)按固定的時(shí)間間隔交換路由信息，然后路由器根據(jù)收到的路由信息跟新路由表。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，路由器也及時(shí)向相鄰路由器通告拓?fù)渥兓蟮穆酚尚畔ⅰ?.4 路由信息協(xié)議的局限雖然路由器資訊協(xié)議是具有簡(jiǎn)單，直接等特點(diǎn)

7、。但是，由于本身的不足，路由器資訊協(xié)議在使用中也受到一些限制：(1)由于跳數(shù)極限值的限制，路由器資訊協(xié)議不適用于大型網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)過(guò)大，跳數(shù)值將超過(guò)其極限，路徑即被認(rèn)定無(wú)效，從而使得網(wǎng)絡(luò)無(wú)法正常工作。(2) 由于任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以發(fā)送陸游更新信息，路由器資訊協(xié)議的可靠性和安全性無(wú)法得到保證。(3) 路由器資訊協(xié)議所使用的均算法則是距離矢量運(yùn)算，這僅僅考慮了路徑中跳數(shù)值的大小。然而在實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)的可靠性將成為影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此跳數(shù)值無(wú)法正確反映出網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)情況，從而使得路由器在路徑選擇上出現(xiàn)差錯(cuò)。(4) 路由信息的更新時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)由于在更新時(shí)路由器發(fā)送全部的路

8、由表信息占用了更多的網(wǎng)絡(luò)資源，因此路由器資訊協(xié)議對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬要求更高，增加網(wǎng)絡(luò)開銷。2. 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議2.1開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議簡(jiǎn)介開放式最短路徑優(yōu)先（Open Source Path First）協(xié)議，也是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。它是為克服RIP的缺點(diǎn)在1989年開發(fā)出來(lái)的。開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議主要用于在自主系統(tǒng)中的路由器之間傳輸路由信息。相較于路由信息協(xié)議，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議適用網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大，范圍更廣。此外，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議也擺脫了距離矢量的運(yùn)算法則，而是基于另外一種運(yùn)算，由Dijkstra提出的最短路徑算法。同時(shí)，該協(xié)議也能夠支持分層網(wǎng)絡(luò)，這使得開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議

9、的應(yīng)用更加具有靈活性，廣泛性。OSPF的第二個(gè)版本OSPF2已成為因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。這里需要注意的是，OSPF只是一個(gè)協(xié)議的名字，它并不表示其他的路由選擇協(xié)議不是“最短路徑優(yōu)先”。實(shí)際上，所有的在自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議都是要尋找一條最短的路徑。2.2開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的工作原理開放式最短路徑協(xié)議是一種內(nèi)向型自治系統(tǒng)的路由協(xié)議，但是，該協(xié)議同樣能夠完成在不同自治系統(tǒng)內(nèi)收發(fā)信息的功能。為了便于管理，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議將一個(gè)自治系統(tǒng)劃分為多個(gè)區(qū)域。在自治系統(tǒng)所劃分出的各個(gè)區(qū)域中，區(qū)域0作為開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議工作下的骨干網(wǎng)，該區(qū)域負(fù)責(zé)在不同的區(qū)域之間傳輸路由信息。而在不同區(qū)域交接出的

10、路由器也被稱作區(qū)域邊界路由器（Area Boarder Routers），如果兩個(gè)區(qū)域邊界路由器彼此不相鄰，虛鏈路可以假設(shè)這兩個(gè)路由器共享同一個(gè)非主干區(qū)域，從而使這兩個(gè)路由器看起來(lái)是相連的。此外，對(duì)于這些話分出的區(qū)域來(lái)說(shuō)，各個(gè)區(qū)域自身的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是相互不可見的，這樣就使得路由信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳播大大減少，從而提高了網(wǎng)絡(luò)性能。在開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議中引入了鏈路狀態(tài)的概念。所謂鏈路狀態(tài)，其包含了鏈路中附屬端口以及量度信息。鏈路狀態(tài)公告（Link-State Advertise-ments）在更新路由器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息庫(kù)時(shí)被廣泛應(yīng)用。路由器中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)就是對(duì)于同一區(qū)域中所有路由器所發(fā)布

11、的鏈路狀態(tài)公告的收集，整理，從而形成以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。鏈路狀態(tài)公告將會(huì)在自治系統(tǒng)的所有區(qū)域中傳播，而同一區(qū)域中的全部路由器所廣播的鏈路狀態(tài)公告是相同的。但是，對(duì)于區(qū)域邊界路由器來(lái)說(shuō)，這些路由器則負(fù)責(zé)為不同的區(qū)域維持其相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。開放式最短路徑協(xié)議定義了兩種路由通路，分別為區(qū)域內(nèi)路由通路和區(qū)域間路由通路。如果起始點(diǎn)和目的終點(diǎn)在同一區(qū)域中，數(shù)據(jù)分組將會(huì)直接從起始點(diǎn)傳到目的終點(diǎn)，這叫做區(qū)域內(nèi)路由通路。同理，當(dāng)起始點(diǎn)和目的終點(diǎn)不在同一區(qū)域中的信息傳輸，叫做區(qū)域間陸游通路。而區(qū)域間路由通路則要更加復(fù)雜。由于起始點(diǎn)和目的終點(diǎn)不在同一區(qū)域中，數(shù)據(jù)分組將首先會(huì)從起始點(diǎn)傳到其所在區(qū)域的區(qū)域邊界路

12、由器。之后，通過(guò)骨干區(qū)域中的陸游數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)分組將會(huì)被傳輸送到目的終點(diǎn)所在區(qū)域的區(qū)域邊界路由器上，進(jìn)而通過(guò)該路由器最終傳輸?shù)侥康慕K點(diǎn)。在開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議工作的起始階段，路由器將會(huì)向所有端口發(fā)送問(wèn)候信息分組。問(wèn)候信息分組是開放式最短路徑協(xié)議的另一重要組成部分，其作用是發(fā)現(xiàn)，維持鄰居路由器并選擇指派路由器和備份指派路由器。此外，問(wèn)候信息分組還保證了鄰居路由器之間的雙工傳輸方式。當(dāng)兩個(gè)共享同一數(shù)據(jù)鏈路的路由器對(duì)問(wèn)候信息分組中的數(shù)據(jù)達(dá)成一致時(shí)，這兩個(gè)路由器被稱為鄰居，即為鄰居路由器。這個(gè)過(guò)程被稱為開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的探索機(jī)制。在鄰居路由器確定之后，他們之間以雙工方式進(jìn)行傳輸，并且周期性發(fā)送問(wèn)

13、候信息分組以確認(rèn)鄰居路由器是否有效。在一些鄰居路由器之間，通過(guò)問(wèn)候信息分組的交換，由于路由器類型和網(wǎng)絡(luò)類型的設(shè)置，這些鄰居路由器將會(huì)成為鄰接路由器，即虛擬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。鄰接路由器之間的關(guān)系較鄰居路由器更高一層，而這些鄰接路由器之間鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)也是同步的。完成了鄰接路由器的確定之后，每個(gè)路由器都會(huì)向其所有鄰接路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)公告。鏈路狀態(tài)公告記錄了路由器的連接和端口信息，并且描述了鏈路的狀態(tài)。這些鏈路分別通向子網(wǎng)，其他路由器，自治系統(tǒng)的其他區(qū)域或者外部網(wǎng)絡(luò)。由于這些鏈路狀態(tài)所含有信息的類型不同，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議也定義了多種不同類型的鏈路狀態(tài)公告。當(dāng)路由器從其鄰接路由器處收到鏈路狀態(tài)公告

14、后，路由器將會(huì)把這些鏈路狀態(tài)公告將被儲(chǔ)存在其鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且將這些鏈路狀態(tài)公告的拷貝發(fā)送給與其相鄰接的路由器。通過(guò)上述方式，鏈路狀態(tài)公告在區(qū)域中傳遞，而同一區(qū)域中的所有路由器也實(shí)現(xiàn)了鏈路數(shù)據(jù)庫(kù)信息的同步。鏈路狀態(tài)信息庫(kù)的信息收集過(guò)程完成之后，路由器會(huì)根據(jù)最短路徑優(yōu)先運(yùn)算法則，生成一個(gè)無(wú)循環(huán)回路的路由通路圖。該圖描述了以該路由器自身為基點(diǎn)，到達(dá)所有已知目的路由器的最短路徑，即開銷最小的路徑。這個(gè)路由通路圖被稱為最短路徑優(yōu)先樹。以這種方式，所有路由器最終產(chǎn)生自身的最短路徑優(yōu)先樹，從而完成對(duì)整個(gè)自治系統(tǒng)的路由配置。開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議采用的是觸發(fā)更新機(jī)制，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，發(fā)生改

15、變部分的鏈路狀態(tài)公告將會(huì)以廣播的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳播，而不是整個(gè)路由通路表，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的工作效率。同時(shí)，路由器收到更新信息后，將會(huì)使用最短路徑優(yōu)先運(yùn)算產(chǎn)生新的最短路徑優(yōu)先樹，以此完成數(shù)據(jù)的更新過(guò)程。2.3 OSPF的五中分組類型OSPF共有以下五種分組類型：(1)類型1，問(wèn)候分組（Hello）,用來(lái)發(fā)現(xiàn)和維持鄰接站的可達(dá)性。(2)類型2，數(shù)據(jù)庫(kù)描述分株（Database Description）,向臨站給自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有鏈路狀態(tài)項(xiàng)目的摘要信息。(3)類型3，鏈路狀態(tài)請(qǐng)求分組（Link State Request），想對(duì)方請(qǐng)求發(fā)送某些鏈路狀態(tài)項(xiàng)目的詳細(xì)信息。(4)類型4，鏈路狀態(tài)更新

16、分組（Link State Update），用洪泛法對(duì)全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。這種分組是最復(fù)雜的，也是OSPF協(xié)議最核心的部分。路由使用這種分組將其鏈路狀態(tài)通知給臨站。(5)類型5，鏈路狀態(tài)確認(rèn)分組（Link State Acknowledge），對(duì)鏈路更新分組的確認(rèn)。OSPF規(guī)定，每?jī)蓚€(gè)鄰接路由每隔一段時(shí)間要交換一次問(wèn)候分組。這樣就能卻只哪些鄰站是可達(dá)的。其他的四種分組都是用來(lái)進(jìn)行鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步。所謂同步就是指不同路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容是一樣的。兩個(gè)同步的路由器叫做完全鄰接的路由器。不是完全鄰接的路由器表明它們雖然在物理上是相鄰的，但是其鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)并沒有達(dá)到一致。2.4 OSPF協(xié)

17、議的特點(diǎn)OSPF協(xié)議最主要的特征就是使用分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議（link state protocol）,而不是像RIP協(xié)議那樣的距離向量協(xié)議。OSPF協(xié)議有3個(gè)主要的特點(diǎn)：(1)向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息。這里使用的方法就是洪泛法，這就是路由器通過(guò)所有輸出端口向所有相鄰的路由器發(fā)送信息。而每個(gè)相鄰路由器又再將此信息發(fā)往其所有的相鄰路由器。這樣，最終整個(gè)區(qū)域中所有的路由器都得到了這個(gè)信息的一個(gè)副本。(2)發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息。所謂鏈路狀態(tài)其實(shí)就是說(shuō)明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”。OSPF將這個(gè)“度量”用來(lái)表示

18、費(fèi)用、距離、時(shí)延、帶寬，等等。(3)只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，路由器才向所有路由器用洪泛法發(fā)送此信息，而不是向RIP那樣，不管網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袩o(wú)發(fā)生變化，路由器之間都要定期交換路由表信息。2.5 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的局限對(duì)于開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議來(lái)說(shuō)，其更加適應(yīng)于大型網(wǎng)絡(luò)，保證可傳輸?shù)目煽啃院桶踩裕^路由器資訊協(xié)議有更短的收斂時(shí)間等特點(diǎn)是路由器資訊協(xié)議等其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所不具備的。但是，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議本身也不可避免的存在一些缺陷：(1) 相較于其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)說(shuō)，開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的工作方式更為復(fù)雜，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)配置和操作人員的要求更高，需要操作人員對(duì)于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前期規(guī)劃和設(shè)計(jì)。(2) 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的工作基于最短路徑優(yōu)先運(yùn)算法則，而該運(yùn)算法則較為復(fù)雜，需要更多的CPU和內(nèi)存資源，對(duì)于路由器性能要求更高，增加了組網(wǎng)時(shí)的開銷。4RIP協(xié)議和OSPF協(xié)議的比較下面將從復(fù)雜度、算法、可靠性等幾個(gè)方面對(duì)這兩種路由選擇協(xié)議進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的比較。就復(fù)雜度而言，SIP協(xié)議相對(duì)較簡(jiǎn)單，也便于設(shè)置；OSPF協(xié)議則復(fù)雜度較高，配置要求也高，并且需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)。由于跳數(shù)的限制，SIP協(xié)議更