交换原理与技术-第7章v1讲课教案.ppt

交换原理与技术交换原理与技术-第第7 7章章v1v1 本本章章重重点点讨讨论论非非连连接接型型分分组组交交换换的的典典型型代代表表互互联联网网中中的的IPIP技技术术。首首先先介介绍绍IPIP协协议议，包包括括IPIP数数据据报报格格式式、IPIP地地址址的的表表示示方方法法、IPIP网网路路由由协协议议。然然后后在在此此基基础础上上讲讲述述高高速速路路由由器器的的结结构及实现快速分组交换的关键技术。构及实现快速分组交换的关键技术。关于关于“非连接型快速分组交换非连接型快速分组交换”2 3 互互联联网网是是指指用用路路由由器器进进行行互互连连的的互互连连网网络络，这这些些互互连连的的网网络络往往往往具具有有不不同同的的网网络络类类型型，但但互互联联网网在在网网络络层层使使用用IP协协议议屏屏蔽蔽了了底底层层不不同同的的互互连连网网络络，使使异构异构的网络看起来像一个统一的网络。的网络看起来像一个统一的网络。7.1 互联网的互联网的IP协议协议 4 互互联联网网使使用用的的IP协协议议族族，除除了了IP协协议议之之外外，还还有有四四个个配配套套的的协协议议：地地址址解解析析协协议议ARP，逆逆地地址址解解析析协协议议RARP，控控制制报报文文协协议议ICMP，组组管管理理协协议议IGMP。网际层协议的组成网际层协议的组成7.1.1 IP数据报的格式数据报的格式 7.1.2 分类的分类的IP地址地址 7.1.3 IP地址与硬件地址地址与硬件地址 7.1.4 地址解析协议地址解析协议ARP和逆地址解析协议和逆地址解析协议RARP 7.1.5 IP层转发分组的流程层转发分组的流程 7.1.1 IP数据报的格式数据报的格式 互互联联网网网网际际层层的的协协议议数数据据单单元元称称为为数数据据报报。一一个个IP数数据据报报由由首首部部和和数数据据两两部部分分组组成成。首首部部的的前前一一部部分分长长度度固固定定，共共20字字节节，是是所所有有IP数数据据报报必必须须具具备备的的。在在首首部部固固定定部部分分的的后后面面是是一一些些可可选选字字段段，其其长长度度是是可可变的（最大长度为变的（最大长度为4040字节）。字节）。5IP数据报首部中的各字段（一）数据报首部中的各字段（一）（1）版版本本（Version）占占4bit，指指IP协协议议的的版版本本号号。通通信信双双方方使使用用的的IP协协议议的的版版本本必必须须一一致致。目目前前使使用用的的版版本本是是版版本本4和版本和版本6。（2）首首部部长长度度（Header Length）4 bit，可可表表示示的的最最大大数数值值是是15个个单单位位（一一个个单单位位为为4字字节节），IP的的首首部部长长度度的的最最大大值值是是60字字节节。当当IP分分组组的的首首部部长长度度不不是是4字字节节的的整整数数倍倍时时，必必须利用最后一个填充字段加以填充。须利用最后一个填充字段加以填充。（3）服服务务类类型型（Type of Service）占占8 bit，用用来来获获得得更更好好的的服务服务：前三个比特表示优先级，它可使数据报具有前三个比特表示优先级，它可使数据报具有8个优先级中的一个。个优先级中的一个。第第4个比特是个比特是D比特，表示要求有更低的时延。比特，表示要求有更低的时延。第第5个比特是个比特是T比特，表示要求有更高的吞吐量。比特，表示要求有更高的吞吐量。第第6个个比比特特是是R比比特特，表表示示要要求求有有更更高高的的可可靠靠性性（即即在在数数据据报报传传送送的的过过程中，被路由器丢弃的概率要更小些）。程中，被路由器丢弃的概率要更小些）。第第7个比特是个比特是C比特，表示要求选择代价更小的路由。比特，表示要求选择代价更小的路由。最后一个比特目前尚未使用。最后一个比特目前尚未使用。6 7IP数据报首部中的各字段（二）数据报首部中的各字段（二）（4）总总长长度度（Total Length）总总长长度度指指首首部部和和数数据据部部分分之之和和的的长长度度，单单位位为为字字节节。总总长长度度字字段段为为16 bit，因因此此数数据据报报的的最最大长度可达大长度可达65535字节（即字节（即64 KB）将将一一个个IP数数据据报报装装入入链链路路层层帧帧的的数数据据域域时时，数数据据报报的的总总长长度度不不能能超超过过数数据据链链路路层层的的最最大大传传送送单单元元MTU。如如有有超超出出，就就必必须须对对数数据据报报中中的的数数据据进进行行分分片片，每每一一片片都都要要加加上上首首部部，加加上上首首部部的的数数据据片片称称为为分分组组。分分组组在在网网络络中中传传送送，在在目目的的主主机机将将组组成一个数据报的各分组重新组装在一起。成一个数据报的各分组重新组装在一起。（5）标标识识（Identification）占占16 bit，是是一一个个计计数数器器，用用来来标标识数据报。属于同一个数据报的分组，具有相同的标识。识数据报。属于同一个数据报的分组，具有相同的标识。（6）标志标志（Flag）占占3 bit，目前只有前两个比特有意义。，目前只有前两个比特有意义。最最低低位位记记为为MF，MF=1表表示示“本本分分组组后后面面还还有有同同一一数数据据报报的后续分组的后续分组”。MF=0表示这是数据报的最后一个分组。表示这是数据报的最后一个分组。中中间间的的一一位位记记为为DF（Dont Fragment），DF=1意意思思是是“不不分片分片”，即该数据报只有一个分组。，即该数据报只有一个分组。8IP数据报首部中的各字段（三）数据报首部中的各字段（三）首部首部1首部2首部3需分片的数据报数据部分共3800字节偏移=0/8=0字节0140028003799字节013991400279928003799分组1分组2分组3偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=350（7）片片偏偏移移(Fragment Offset)片片偏偏移移指指示示数数据据报报在在分分片片后后，某某一一片片在在原原数数据据报报中中的的相相对对位位置置（以以8个个字字节为度量单位）。节为度量单位）。（8）生生存存时时间间TTL(Time To Live)TTL以以分分组组可可以以经经过过的的最最多多网网络络结结点点数数来来计计数数，每每经经过过一一个个结结点点计计数数值值减减1，当当它它减减为为0时时，网网络络结结点点就就要要丢丢弃弃该该数数据据报。防止数据报在网络内部不停循环转发。报。防止数据报在网络内部不停循环转发。9（9）协协议议（Protocol）占占8 bit，指指出出此此数数据据报报携携带带的的数数据据使使用用何种协议，以便目的主机何种协议，以便目的主机IP层将数据部分上交对应协议处理层将数据部分上交对应协议处理。（10）首首部部校校验验和和（Header Checksum）只只校校验验数数据据报报的的首首部部，不不校校验验数数据据部部分分。在在发发送送端端，将将IP数数据据报报首首部部划划分分为为许许多多16 bit字字的的序序列列，用用反反码码算算术术运运算算将将所所有有16 bit字字相相加加后后，将将和和的的反反码码写写入入检检验验和和字字段段。接接收收端端收收到到数数据据报报后后，将将首首部部的的所所有有16 bit字字（包包括括检检验验和和的的16比比特特）再再使使用用反反码码算算术术运运算算累累加加。将将得得到到的的和取反码，结果为和取反码，结果为0则保留数据报，否则丢弃数据报。则保留数据报，否则丢弃数据报。IP数据报首部中的各字段（四）数据报首部中的各字段（四）10（11）源地址源地址SA(Source Address)占占4字节。字节。（12）目的地址目的地址DA(Destination Address)占占4字节。字节。源、目的地址字段都包括网络地址和主机地址。源、目的地址字段都包括网络地址和主机地址。IP地地址址的的可可变变部部分分包包括括多多个个选选项项字字段段。选选项项字字段段用用来来支支持持排排错错、安安全全、源源路路由由、路路由由记记录录、时时间间标标记记等等功功能能。增增加加首首部部的的可可变变部部分分是是为为了了增增加加IP数数据据报报的的功功能能，但但这这同同时时也也使使得得IP数数据据报报的的首首部部长长度度成成为为可可变变的的。这这就就增增加加了了每每一一个个路路由由器器处处理理数数据据报报的的开开销销。实际上这些选项很少被使用。实际上这些选项很少被使用。IP数据报首部中的各字段（五）数据报首部中的各字段（五）11 7.1.2 分类的分类的IP地址地址 互互联联网网中中的的每每个个主主机机都都有有一一个个全全球球唯唯一一的的标标识识，这这个个标标识就是识就是IP地址。地址。IP地址由互联网名字与号码指派公司分配。地址由互联网名字与号码指派公司分配。IP地址地址=网络号网络号，主机号主机号 在在分分类类的的IP地地址址中中每每类类地地址址的的网网络络号号与与主主机机号号字字段段长长度度都是固定的。都是固定的。A类类IP地地址址最最多多能能标标识识27-2126个个网网络络，每每个个网网络络最最多多可可以以有有1600万万个个主主机机。B类类地地址址可可以以标标识识16382个个网网络络,每每个个网网络络最最多多可可以以连连接接64K个个主主机机。C类类地地址址可可以以标标识识200万万个个网网络络，每每个个网网络络最最多多可可以以接接254个主机个主机。12 IP地址的表示方法及特点地址的表示方法及特点 将将IP地地址址中中的的每每8位位用用十十进进制制数数字字表表示示，并并且且在在这这些些数字之间加上一个点，这叫做数字之间加上一个点，这叫做点分十进制记法点分十进制记法。1.每一个每一个IP地址都由地址都由网络号和主机号网络号和主机号两部分组成。两部分组成。2.IP地地址址是是标标识识一一个个主主机机（或或路路由由器器）和和一一条条链链路路的的接接口。一个路由器连接到两个网络，具有两个口。一个路由器连接到两个网络，具有两个IP地址。地址。3.用用物物理理层层的的转转发发器器或或链链路路层层的的网网桥桥连连接接起起来来的的若若干干个个局域网仍为一个网络，具有同样的网络号。局域网仍为一个网络，具有同样的网络号。4.IP地址中所有的网络号都是平等的。地址中所有的网络号都是平等的。13 7.1.3 IP地址与硬件地址地址与硬件地址 硬硬件件地地址址是是数数据据链链路路层层和和物物理理层层使使用用的的地地址址，而而IP地地址址是是网网络络层层及及以以上上层层使使用用的的地地址址。路路由由器器或或主主机机接接收收数据帧时，要识别和使用硬件地址。数据帧时，要识别和使用硬件地址。在在路路由由器器中中选选择择路路由由时时，依依靠靠IP地地址址，而而在在MAC层层靠靠识识别别MAC地地址址接接收收MAC帧帧。在在发发送送分分组组时时，要要根根据据IP地址获得地址获得MAC地址地址.分分组组在在链链路路上上传传送送时时，每每段段链链路路上上，MAC帧帧中中的的源地址和目的地址都发生相应的变化。源地址和目的地址都发生相应的变化。147.1.4 地址解析及逆向地址解析协议地址解析及逆向地址解析协议 主主机机不不知知道道IPIP地地址址对对应应的的硬硬件件地地址址时时，使使用用地地址址解解析析协协议议ARPARP，ARPARP根根据据IPIP地地址址获取硬件地址。过程为：获取硬件地址。过程为：1.1.主主机机A A在在局局域域网网上上广广播播ARPARP请请求求，要要求求获获知知主主机机B B的的IPIP地地址对应的硬件地址。址对应的硬件地址。2.2.局局域域网网上上的的所所有有主主机机都都会会收到收到ARPARP请求分组。请求分组。3.3.主主机机B B识识别别ARPARP请请求求中中自自己己的的IPIP地地址址,向向主主机机A A发发送送ARPARP响响应分组应分组,通知通知B B的硬件地址。的硬件地址。4.4.主主机机A A收收到到ARPARP响响应应分分组组后后,在在ARPARP缓缓存存中中写写入入B B的的IPIP地地址址及对应的硬件地址。及对应的硬件地址。15ARP及及RARP（续）（续）ARP解解决决同同一一个个局局域域网网上上的的主主机机或或路路由由器器IP地地址址映映射问题。射问题。IPIP地地址址与与硬硬件件地地址址的的映映射射表表保保存存在在ARPARP高高速速缓缓存存器器中中，主主机机或或路路由由器器想想要要通通过过IPIP地地址址获获知知硬硬件件地地址址时时，首首先先要要查查找找地地址址映映射射表表，如如果果没没有有要要求求的的地地址址映映射射关关系系，则发送则发送ARPARP请求分组。请求分组。高高速速缓缓存存中中的的每每个个映映射射地地址址项项目目都都设设置置生生存存时时间间，以防止硬件地址改变致使表中的映射关系出错。以防止硬件地址改变致使表中的映射关系出错。为什么要用为什么要用IPIP地址而不直接使用硬件地址？地址而不直接使用硬件地址？异异构构网网络络使使用用不不同同的的硬硬件件地地址址，要要使使他他们们相相互互通通信信必必须须进进行行复复杂杂的的硬硬件件地地址址转转换换。采采用用统统一一的的IPIP地地址址就就解解决了这个复杂问题。决了这个复杂问题。RARP RARP协议可以通过硬件地址获知协议可以通过硬件地址获知IPIP地址。地址。16 7.1.5 IP层转发分组的流程层转发分组的流程（1）从从分分组组的的首首部部提提取取目目的的站站D的的IP地地址址，得得出出目目的的网网络络地地址址为为N；（2）若若N就就是是与与此此路路由由器器直直接接相相连连的的某某个个网网络络地地址址，则则直直接接通通过过该该网网络络将将分分组组交交付付给给目目的的站站D（这这里里包包括括将将目目的的主主机机IP地地址址D转转换换为为具具体体的的硬硬件件地地址址，将将分分组组封封装装为为MAC帧帧，再再发发送送此此帧帧）；否则，执行（否则，执行（3）；）；（3）若若路路由由表表中中有有目目的的地地址址为为D的的特特定定主主机机路路由由，则则将将分分组组传传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（4）；）；（4）若若路路由由表表中中有有到到达达网网络络N的的路路由由，则则将将分分组组传传送送给给路路由由表表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（中所指明的下一跳路由器；否则，执行（5）；）；（5）若若路路由由表表中中有有一一个个默默认认路路由由，则则将将数数据据报报传传送送给给路路由由表表中中所指明的默认路由器；否则，执行（所指明的默认路由器；否则，执行（6）；）；（6）报告转发分组出错）报告转发分组出错。177.2无分类编址与最长前缀匹配无分类编址与最长前缀匹配 7.2.1 无分类编址无分类编址CIDR 7.2.2 最长前缀匹配最长前缀匹配 分类分类IP地址面临的问题：地址面临的问题：1.B类地址类地址1994年就分配完毕；年就分配完毕；2.骨干网路由器中路由表表项数目急剧增长；骨干网路由器中路由表表项数目急剧增长；3.IPv4地址空间将被耗尽。地址空间将被耗尽。IETF使使用用无无分分类类编编址址CIDR解解决决前前两两个个问问题题，使用使用IPv6解决第三个问题。解决第三个问题。18 7.2.1 无分类编址无分类编址CIDR 无无分分类类编编址址CIDR(Classless Inter-domain Routing)可可以以使使用用各各种种长长度度的的网网络络前前缀缀代代替替分分类类地地址址中中的的网网络络号号，消消除除了了传传统统的的A类类、B类类和和C类类地地址址概概念念，可可以以更更加有效地分配加有效地分配IPv4的地址空间。的地址空间。CIDR的的IP地址表示法如下：地址表示法如下：IP地址地址:,CIDR采用斜线记法表示采用斜线记法表示IP地址：地址：128.14.46.34/20.斜线后的数字表示网络前缀所占的比特数。斜线后的数字表示网络前缀所占的比特数。19无分类编址中的块地址无分类编址中的块地址 CIDRCIDR将将网网络络前前缀缀相相同同的的连连续续IPIP地地址址组组成成CIDRCIDR块块。CIDRCIDR块块也也可可用用斜斜线线标标记记法法表表示示，如如128.14.32.0/20表表示示的的地地址址块块共共有有212个个地地址址。斜斜线线前前的的数数字字表表示示地地址址块块的的起起始始地地址址，斜斜线后的数字表示网络前缀的比特数。线后的数字表示网络前缀的比特数。最小地址最小地址 128.14.32.0 10000000 00001110 00100000 00000000 最大地址最大地址 128.14.47.255 10000000 00001110 00101111 11111111 一一个个地地址址块块可可以以表表示示很很多多地地址址，路路由由表表可可以以使使用用地地址址块来查找目的网络。块来查找目的网络。CIDR使使用用“掩掩码码”与与IP地地址址逐逐位位相相与与，来来分分离离长长度度可可变变的的网网络络前前缀缀，对对于于/20地地址址块块，掩掩码码是是11111111 11111111 11110000 00000000（20个连续的个连续的1）。）。20CIDR块地址的其他表示方法块地址的其他表示方法1.将点分制中低位中连续的将点分制中低位中连续的0省略：省略：10.0.0.0/10可简可简2.写为写为10/10。2.直接使用二进制：例如，直接使用二进制：例如，10.0.0.0/10可写为：可写为：00001010 00 xxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx，3.在在网网络络前前缀缀后后加加星星号号*，如如：00001010 00 ，星星号号 表示表示IP地址中的主机号，可以是任意值地址中的主机号，可以是任意值。使使用用CIDR可可以以有有效效地地利利用用IPv4地地址址空空间间，相相比有分类的编址方式，可以有效地节省比有分类的编址方式，可以有效地节省IP地址。地址。21CIDR块地址的分配举例块地址的分配举例 22 7.2.2 最长前缀匹配最长前缀匹配 使使用用CDIRCDIR后后，路路由由表表的的每每个个表表项项由由目目的的地地址址的的网网络络前前缀缀和和下一跳地址组成。下一跳地址组成。当当路路由由表表中中包包含含一一个个网网络络和和它它的的子子网网时时，使使用用网网络络前前缀缀查查找找会会得得到到不不止止一一个个匹匹配配结结果果，应应该该从从匹匹配配结结果果中中选选择择最最长长前前缀缀匹配匹配的路由。的路由。在在前前面面的的例例子子中中，大大学学下下属属的的四四系系希希望望把把分分组组直直接接转转发发给给四四 系系，而而 不不 经经 大大 学学 的的 路路 由由 器器。假假 设设 收收 到到 目目 的的 地地 址址 为为D=206.0.71.130，将将D和和路路由由表表中中（大大学学，四四系系）这这两两个个项项目目的掩码逐比特相的掩码逐比特相“与与”：将将D和和11111111 11111111 11111100 00000000逐逐比比特特相相“与与”=206.0.68.0/22 匹配。匹配。D和和11111111 11111111 11111111 10000000逐逐比比特特相相“与与”=206.0.71.128/25 匹配。匹配。根根据据最最长长前前缀缀匹匹配配原原理理，应应选选择择后后者者，将将收收到到的的分分组组转转发发给四系。给四系。237.3 互联网的路由协议互联网的路由协议 互互联联网网采采用用的的路路由由选选择择策策略略主主要要是是自自适适应应的的、分分布式路由选择策略。布式路由选择策略。互互联联网网的的路路由由协协议议，包包括括路路由由选选择择算算法法和和路路由由信信息息传传送送及及处处理理协协议议。路路由由选选择择算算法法常常用用的的是是Dijkstra提提出出的的“最最短短路路径径算算法法”。这这里里将将重重点点讨讨论论几几种种常常用用的的路路由由信信息息传传送送及及处处理理协协议议，也也就就是是讨讨论论路路由由表表中中的的路路由由表项是怎样产生和更新的。表项是怎样产生和更新的。7.3.1 路由协议概述路由协议概述7.3.2 自治系统内部路由协议自治系统内部路由协议RIP7.3.3 自治系统内部路由协议自治系统内部路由协议OSPF7.3.4 自治系统间的路由协议自治系统间的路由协议 247.3.1 路由协议概述路由协议概述 互联网采用互联网采用分层次分层次的路由选择策略，这是因为：的路由选择策略，这是因为：（1）互互联联网网的的规规模模非非常常大大，如如果果让让所所有有的的路路由由器器知知道道所所有有的的网网络络应应怎怎样样到到达达，则则这这种种路路由由表表将将非非常常大大，所所有有这这些些路路由由器器之之间间交交换换路路由由信信息息所所需需的的带带宽宽就就会会使使互互联联网网的通信链路饱和。的通信链路饱和。（2）许许多多单单位位不不愿愿意意外外界界了了解解自自己己单单位位网网络络的的布布局局细细节节和和本本部部门门所所采采用用的的路路由由协协议议，但但又又希希望望连连接接到到互互联联网网上。上。为为此此，整整个个互互联联网网被被划划分分为为许许多多自自治治系系统统，一一般般简简称称为为AS。一一个个自自治治系系统统是是一一个个较较小小的的互互联联网网，其其最最重重要要的的特特点点就就是是自自治治系系统统有有权权自自主主地地决决定定在在本本系系统统内内应应采采用何种路由协议。用何种路由协议。25 互联网把路由协议划分为两大类：互联网把路由协议划分为两大类：(1)内部网关协议内部网关协议IGP(Interior Gateway Protocol)更更确确切切的的称称为为“自自治治系系统统内内部部的的路路由由协协议议”，目目前前这类路由协议使用得最多，如这类路由协议使用得最多，如RIP和和OSPF协议。协议。(2)外部网关协议外部网关协议EGP(External Gateway Protocol)更更确确切切的的称称为为“自自治治系系统统之之间间的的路路由由协协议议”，在在外外部网关协议中目前使用最多的是部网关协议中目前使用最多的是BGP-4。自自治治系系统统之之间间的的路路由由选选择择也也叫叫做做域域间间路路由由选选择择（interdomain routing），而而在在自自治治系系统统内内部部的的路路由由选选择叫做择叫做域内路由选择域内路由选择（intradomain routing）。）。IGP 和和 EGP 26自治系统和网关协议自治系统和网关协议关于名词关于名词“路由器路由器”和和“网关网关”。277.3.2 自治系统内部路由协议自治系统内部路由协议RIP RIP（Routing Information Protocol）是是一一种种分分布布式式的的基基于于距距离离向向量量算算法法的的路路由由协协议议(内内部部网网关关协协议议)，是是互联网的标准协议之一，其最大优点就是简单。互联网的标准协议之一，其最大优点就是简单。一、工作原理一、工作原理 RIP的的“距距离离”定定义义：从从一一路路由由器器到到直直接接连连接接的的网网络络的的距距离离定定义义为为1；从从一一路路由由器器到到非非直直接接连连接接的的网网络络的的距距离定义为所经过的路由器数加离定义为所经过的路由器数加1。RIP协协议议的的“距距离离”也也称称为为“跳跳数数”（hop count），因因为每经过一个路由器，跳数就加为每经过一个路由器，跳数就加1。RIP允允许许一一条条路路径径最最多多只只能能包包含含15个个路路由由器器。可可见见RIP只适用于规模较小的自治系统。只适用于规模较小的自治系统。28路由信息的交换路由信息的交换 RIP的的特特点点是是每每一一个个路路由由器器都都要要不不断断地地和和其其它它一一些些路路由由器器交交换换路路由由信信息息。那那么么，与与哪哪些些路路由由器器交交换换信信息息？交换什么信息？在什么时候交换信息？交换什么信息？在什么时候交换信息？RIP规定：规定：（1）每个路由器只与相邻路由器交换信息。）每个路由器只与相邻路由器交换信息。（2）交交换换的的信信息息是是当当前前本本路路由由器器所所知知道道的的全全部部路路由由信信息，即自己的路由表。息，即自己的路由表。（3）按按固固定定的的时时间间间间隔隔交交换换路路由由信信息息。当当网网络络拓拓扑扑发发生变化时，及时向邻路由器通告变化后的路由信息。生变化时，及时向邻路由器通告变化后的路由信息。路路由由表表中中最最主主要要的的信信息息是是：到到某某个个网网络络的的距距离离（即即最最短短距距离离），以以及及应应经经过过的的下下一一跳跳地地址址。路路由由表表更更新新的的原原则则是是找找出出到到每每个个目目的的网网络络的的最最短短距距离离。这这种种更更新新算算法法又称为又称为距离向量算法距离向量算法。29 RIP采采用用特特定定格格式式的的报报文文来来传传送送路路由由信信息息。距距离离向向量量算算法法的的基基础础是是：设设X是是结结点点A到到B的的最最短短路路径径上上的的一一个个结结点点。若若将将路路径径AB拆拆成成两两段段路路径径AX和和XB，则则每每一一段段路路径径AX和和XB也也都都分分别别是是结结点点A到到X和和结结点点X到到B的最短路径。的最短路径。RIP协协议议让让所所有有路路由由器器都都和和自自己己的的相相邻邻路路由由器器不不断断交交换换路路由由信信息息，并并不不断断更更新新其其路路由由表表，使使得得从从每每一一个个路路由器到每一个目的网络的路由都是最短的。由器到每一个目的网络的路由都是最短的。这这里里应应注注意意：虽虽然然所所有有的的路路由由器器最最终终都都拥拥有有了了整整个个自自治治系系统统的的全全局局路路由由信信息息，但但由由于于每每一一个个路路由由器器的的位位置置不同，它们的路由表是不同的。不同，它们的路由表是不同的。二、距离向量算法二、距离向量算法 30距离向量算法的路由表举例距离向量算法的路由表举例 图图中中给给出出了了一一个个简简单单的的网网络络拓拓扑扑，共共有有6个个网网络络通通过过6个个路路由由器器互互连连。路路由由表表中中的的每每一一行行包包括括：目目的的网网络络、最最短距离、下一跳路由器。短距离、下一跳路由器。31RIP报报文文由由首首部部和和路路由由部部分分组组成成。新新版版本本RIP2和和RIP1的的首部相同，但路由部分不同。首部相同，但路由部分不同。三、三、RIP协议的报文格式协议的报文格式地址族标识符路由标记网络地址网络地址掩码下一跳路由器地址距离（1-16）命令版本必为0首部路由部分UDP首部IP首部UDP用户数据报IP数据报RIP报文4字节4字节路由信息元素（20字节/路由）可重复出现最多25个 RIPRIP的的首首部部占占4 4个个字字节节，其其中中的的命命令令字字段段指指出出报报文文的的意意义义。例例如如1 1表表示示“请请求求路路由由信信息息”；2 2表表示示对对“请请求求路路由由信信息息”的的响响应应或或主主动动发发出出的的“路路由由更更新新”报报文文。后后部部 的的“必必 为为 0”0”是是为为了了填填满满4 4字字节。节。32 RIP2报报文文中中的的路路由由部部分分由由若若干干个个路路由由信信息息元元素素组组成成。每每个个路路由由信信息息元元素素需需要要20个个字字节节。地地址址族族标标识识符符字字段段用用来来标标识识所所使使用用的的地地址址协协议议。路路由由标标记记填填入入自自治治系系统统的的号号码码。再再后后面面指指出出某某个个网网络络地地址址、该该网网络络地地址址的掩码、下一跳路由器地址以及到此网络的距离。的掩码、下一跳路由器地址以及到此网络的距离。一一个个RIP报报文文的的最最大大长长度度是是504字字节节。如如路路由由信信息息元素的数目超过元素的数目超过25，则必须再用一个，则必须再用一个RIP报文来传送。报文来传送。RIP存存在在的的一一个个问问题题是是：“好好消消息息传传播播得得快快，而而坏坏消消息息传传播播得得慢慢”。为为了了使使坏坏消消息息传传播播得得更更快快些些，可可以以采采取取多多种种措措施施。例例如如，让让路路由由器器记记录录收收到到某某特特定定路路由由信信息息的的接接口口，而而不不让让同同一一路路由由信信息息再再通通过过此此接接口口向向反反方方向传送。向传送。RIP2报文中的路由部分报文中的路由部分 33 OSPF（Open Shortest Path First）译译为为开开放放最最短短路路径径优优先先。“开开放放”表表明明OSPF协协议议是是公公开开发发表表的的，“最最短短路径优先路径优先”是因为使用了是因为使用了Dijkstra的最短路径算法。的最短路径算法。OSPF的版本的版本OSPF2已成为互联网标准协议。已成为互联网标准协议。OSPF最最主主要要的的特特征征是是使使用用分分布布式式的的链链路路状状态态协协议议(Link State Protocol)，而不是，而不是RIP的距离向量协议。的距离向量协议。7.3.3 自治系统内部路由协议自治系统内部路由协议OSPF RIP协协议议的的缺缺点点限限制制了了网网络络的的规规模模，对对于于规规模模较较大大的自治系统应当使用的自治系统应当使用OSPF协议。协议。一、一、OSPF协议的基本特点协议的基本特点 34 和和RIP协议相比，协议相比，OSPF的三个要点如下：的三个要点如下：（1）每每个个路路由由器器向向本本自自治治系系统统中中所所有有路路由由器器发发送送路路由由信信息息。这这里里使使用用的的方方法法是是洪洪泛泛法法（flooding），路路由由器器通过所有输出端口向所有相邻的路由器发送信息。通过所有输出端口向所有相邻的路由器发送信息。（2）发发送送的的路路由由信信息息是是与与本本路路由由器器相相邻邻的的所所有有路路由由器器的的链链路路状状态态。所所谓谓“链链路路状状态态”就就是是说说明明本本路路由由器器都都和和哪哪些些路路由由器器相相邻邻，以以及及该该链链路路的的“度度量量”（代代价价）。OSPF将这个将这个“度量度量”用来表示费用、距离、时延、带宽等。用来表示费用、距离、时延、带宽等。（3）只只有有当当链链路路状状态态发发生生变变化化时时，路路由由器器才才用用洪洪泛泛法法向所有路由器发送此信息。向所有路由器发送此信息。OSPF 的三个要点的三个要点 35 由由于于各各路路由由器器之之间间频频繁繁地地交交换换链链路路状状态态信信息息，所所有有的的路路由由器器最最终终都都能能建建立立一一个个链链路路状状态态数数据据库库（link-state database），这这个个数数据据库库实实际际上上就就是是全全网网的的拓拓扑扑结结构构图图。这这个个拓拓扑扑结结构构图图在在全全网网范范围围内内是是一一致致的的。每每一一个个路路由由器器使使用用链链路路状状态态数数据据库库中中的的数数据据，使使用用Dijkstra算法，生成自己的算法，生成自己的路由表路由表。RIP的的每每一一个个路路由由器器虽虽然然知知道道到到所所有有的的网网络络的的距距离以及下一跳路由器，但却不知道全网的拓扑结构。离以及下一跳路由器，但却不知道全网的拓扑结构。OSPF的的链链路路状状态态数数据据库库能能较较快快地地进进行行更更新新，使使各各个个路路由由器器能能及及时时更更新新其其路路由由表表。OSPF的的更更新新过过程程收收敛敛得快是其重要优点。得快是其重要优点。OSPF 的路由表的路由表 36 为为了了使使OSPF能能够够用用于于规规模模很很大大的的网网络络，OSPF将将一一个个自自治治系系统统再再划划分分为为若若干干个个更更小小的的范范围围，叫叫作作区区域域(Area)。划划分分区区域域的的好好处处是是将将洪洪泛泛法法交交换换链链路路状状态态信信息息的的范范围围局局限限于于每每一一个个区区域域，这这就就减减少少了了整整个个网网络络上上的的通通信量。信量。为为了了使使每每一一个个区区域域能能够够和和本本区区域域以以外外的的区区域域进进行行通通信信，OSPF使使用用层层次次结结构构的的区区域域划划分分。在在上上层层的的区区域域叫叫作作主主干干区区域域，主主干干区区域域的的作作用用是是用用来来连连通通其其它它在在下下层层的的区区域域。从从其其它它区区域域来来的的信信息息都都由由区区域域边边界界路路由由器器(area border router)进进行行概概括括。在在主主干干区区域域内内还还要要有有一一个个路路由由器器专专门门和和本本自自治治系系统统外外的的其其它它自自治治系系统统交交换换路路由由信信息息，这样的路由器叫做这样的路由器叫做自治系统边界路由器自治系统边界路由器。OSPF 区域的划分区域的划分 37二、二、OSPF 报文报文 OSPF报报文文使使用用24字字节节的的固固定定长长度度首首部部，报报文文的的数数据据部分可以是部分可以是5种类型报文中的一种（如下图）。种类型报文中的一种（如下图）。(1)版本版本 当前版本号是当前版本号是2。(2)类型类型 5种类型之一。种类型之一。(3)报报文文长长度度 包包括括OSPF报报文文首部在内的报文长度。首部在内的报文长度。(4)路路由由器器标标识识符符 标标识识发发送送该该分分组组的的路路由由器器的的接接口口的的IP地址。地址。(5)区区域域标标识识符符 报报文文所所属属区区域域的的标标识识符符。（6)检检验验和和 用用来检测报文中的差错。来检测报文中的差错。(7)认证类型认证类型 0(不用不用)，1(口令口令)。(8)认证认证 认证类型为认证类型为1时填入时填入8个字符的口令，否则为个字符的口令，否则为0。38类型类型1 问候报文问候报文，用来发现邻站和确定邻站可达性。，用来发现邻站和确定邻站可达性。类类型型2 数数据据库库描描述述报报文文，向向邻邻站站给给出出自自己己的的链链路路状状态态数数据库中的所有链路状态项目的摘要信息。据库中的所有链路状态项目的摘要信息。类类型型3 链链路路状状态态请请求求报报文文，向向对对方方请请求求发发送送某某些些链链路路状状态项目的详细信息。态项目的详细信息。类类型型4 链链路路状状态态更更新新报报文文，用用洪洪泛泛法法对对全全网网更更新新链链路路状状态态。这这种种报报文文是是最最复复杂杂的的，也也是是OSPF协协议议最最核核心心的的部部分分。路由器使用这种报文将其链路状态通知给邻站。路由器使用这种报文将其链路状态通知给邻站。类型类型5 链路状态确认报文链路状态确认报文，对链路更新报文的确认。，对链路更新报文的确认。OSPF规规定定，每每两两个个相相邻邻路路由由器器每每隔隔10秒秒钟钟要要交交换换一一次次问问候候报报文文。这这样样就就能能确确知知哪哪些些邻邻结结点点是是可可达达的的。其其它它的四种报文都是用来进行链路状态数据库的同步。的四种报文都是用来进行链路状态数据库的同步。五种类型的五种类型的OSPF报文报文 39三、从链路状态数据库得到路由表三、从链路状态数据库得到路由表 每每一一种种网网络络都都可可能能带带有有多多个个路路由由器器。下下图图是是包包括括路路由由器器、局局域域网网和和广广域域网网三三种种网网络络连连接接的的一一个个自自治治系系统统的的网网络络拓拓扑扑。每每一一条条链链路路的的旁旁边边标标注注了了“代代价价”（距距离、时延等）。离、时延等）。广域网W2广域网W6广域网W3广域网W5广域网W4广域网W1AB5232C局域网L14D1278FE10616813123GH3局域网L2I24 40 OSPF通通过过各各路路由由器器之之间间交交换换链链路路状状态态信信息息，得得出出链链路路状状态态数数据据库库。可可以以用用下下图图所所示示的的有有向向图图表表示示该该数数据据库库。其其中中每每一一个个路路由由器器、局局域域网网或或广广域域网网都都抽抽象象为一个结点，而每条链路用两条不同方向的边表示。为一个结点，而每条链路用两条不同方向的边表示。链路状态数据库链路状态数据库ABCDFEGHIW425L1324412107