TCP/IP学习笔记之八 --- 动态选路协议

当相邻路由器之间进行通信，以告知对方每个路由器当前所连接的网络，这时就出现了动态选路。路由器之间必须采用选路协议进行通信，这样的选路协议有很多种。路由器上有一个进程称为路由守护程序（routingdaemon），它运行选路协议，并与其相邻的一些路由器进行通信。

动态选路并不改变内核在IP层的选路方式（这种选路方式称为选路机制）。当路由随时间变化时，路由表中的路由由路由守护程序动态地增加或删除。

路由守护程序将选路策略（routingpolicy）加入到系统中，选择路由并加入到内核的路由表中。如果守护程序发现前往同一信宿存在多条路由，那么它（以某种方法）将选择最佳路由并加入内核路由表中。如果路由守护程序发现一条链路已经断开（可能是路由器崩溃或电话线路不好），它可以删除受影响的路由或增加另一条路由以绕过该问题。

在像Internet这样的系统中，目前采用了许多不同的选路协议。Internet是以一组自治系统(AS，AutonomousSystem)的方式组织的，每个自治系统通常由单个实体管理。

每个自治系统可以选择该自治系统中各个路由器之间的选路协议。这种协议我们称之为内部网关协议IGP(InteriorGatewayProtocol）或域内选路协议（intradomainroutingprotocol）。最常用的IGP是选路信息协议RIP。一种新的IGP是开放最短路径优先OSPF（OpenShortestPathFirst）协议。它意在取代RIP。

外部网关协议EGP（ExterierGatewayProtocol）或域内选路协议的分隔选路协议用于不同自治系统之间的路由器。

 

RIP 报文

Unix系统上常常运行名为routed路由守护程序。几乎在所有的TCP/IP实现中都提供该程序。该程序只使用RIP进行通信。

RIP报文包含中在UDP数据报中，如下图：

 

命令字段为1表示请求，2表示应答。还有两个舍弃不用的命令（3和4），两个非正式的命令：轮询（5）和轮询表项（6）。请求表示要求其他系统发送其全部或部分路由表。应答则包含发送者全部或部分路由表。

版本字段通常为1，而第2版RIP（10.5节）将此字段设置为2。

紧跟在后面的20字节指定地址系列（addressfamily）（对于IP地址来说，其值是2）、IP地址以及相应的度量。在本节的后面可以看出，RIP的度量是以跳计数的。

采用这种20字节格式的RIP报文可以通告多达25条路由。上限25是用来保证RIP报文的总长度为20×25+4=504，小于512字节。由于每个报文最多携带25个路由，因此为了发送整个路由表，经常需要多个报文。

 

RIP 的正常运行

RIP常用的UDP端口号是520。

•初始化：在启动一个路由守护程序时，它先判断启动了哪些接口，并在每个接口上发送一个请求报文，要求其他路由器发送完整路由表。在点对点链路中，该请求是发送给其他终点的。如果网络支持广播的话，这种请求是以广播形式发送的。目的UDP端口号是520（这是其他路由器的路由守护程序端口号）。

这种请求报文的命令字段为1，但地址系列字段设置为0，而度量字段设置为16。这是一种要求另一端完整路由表的特殊请求报文。

•接收到请求。如果这个请求是刚才提到的特殊请求，那么路由器就将完整的路由表发送给请求者。否则，就处理请求中的每一个表项：如果有连接到指明地址的路由，则将度量设置成我们的值，否则将度量置为16（度量为16是一种称为“无穷大”的特殊值，它意味着没有到达目的的路由）。然后发回响应。

•接收到响应。使响应生效，可能会更新路由表。可能会增加新表项，对已有的表项进行修改，或是将已有表项删除。

•定期选路更新。每过30秒，所有或部分路由器会将其完整路由表发送给相邻路由器。发送路由表可以是广播形式的（如在以太网上），或是发送给点对点链路的其他终点的。

•触发更新。每当一条路由的度量发生变化时，就对它进行更新。不需要发送完整路由表，而只需要发送那些发生变化的表项。

每条路由都有与之相关的定时器。如果运行RIP的系统发现一条路由在3分钟内未更新，就将该路由的度量设置成无穷大（16），并标注为删除。

 

RIP 的度量

RIP所使用的度量是以跳(hop)计算的。所有直接连接接口的跳数为1。

由于每个路由器都发送其路由表给邻站，因此，可以判断在同一个自治系统AS内到每个网络的路由。如果在该AS内从一个路由器到一个网络有多条路由，那么路由器将选择跳数最小的路由，而忽略其他路由。

跳数的最大值是15，这意味着RIP只能用在主机间最大跳数值为15的AS内。度量为16表示到无路由到达该IP地址。

 

RIP2

RFC1388[Malkin1993a]中对RIP定义进行了扩充，通常称其结果为RIP-2。这些扩充并不改变协议本身，而是利用下图中的一些标注为“必须为0”的字段来传递一些额外的信息。如果RIP忽略这些必须为0的字段，那么，RIP和RIP-2可以互操作。

 

选路域(routingdomain)是一个选路守护程序的标识符，它指出了这个数据报的所有者。在一个Unix实现中，它可以是选路守护程序的进程号。该域允许管理者在单个路由器上运行多个RIP实例，每个实例在一个选路域内运行。

选路标记(routingtag)是为了支持外部网关协议而存在的。它携带着一个EGP和BGP的自治系统号。每个表项的子网掩码应用于相应的IP地址上。下一站IP地址指明发往目的IP地址的报文该发往哪里。该字段为0意味着发往目的地址的报文应该发给发送RIP报文的系统。

RIP-2提供了一种简单的鉴别机制。可以指定RIP报文的前20字节表项地址系列为0xffff，路由标记为2。表项中的其余16字节包含一个明文口令。

最后，RIP-2除了广播外，还支持多播。这可以减少不收听RIP-2报文的主机的负载。

 

OSPF

OSPF是除RIP外的另一个内部网关协议。它克服了RIP的所有限制。

与采用距离向量的RIP协议不同的是，OSPF是一个链路状态协议。

OSPE选路：在一个链路状态协议中，路由器并不与其邻站交换距离信息。它采用的是每个路由器主动地测试与其邻站相连链路的状态，将这些信息发送给它的其他邻站，而邻站将这些信息在自治系统中传播出去。每个路由器接收这些链路状态信息，并建立起完整的路由表。

作为一种链路状态协议而不是距离向量协议，OSPF还有着一些优于RIP的特点。

1)、OSPF可以对每个IP服务类型计算各自的路由集。这意味着对于任何目的，可以有多个路由表表项，每个表项对应着一个IP服务类型。

2)、给每个接口指派一个无维数的费用。可以通过吞吐率、往返时间、可靠性或其他性能来进行指派。可以给每个IP服务类型指派一个单独的费用。

3)、当对同一个目的地址存在着多个相同费用的路由时，OSPF在这些路由上平均分配流量。我们称之为流量平衡。

4)、OSPF支持子网：子网掩码与每个通告路由相连。这样就允许将一个任何类型的IP地址分割成多个不同大小的子网（我们在3.7节中给出了这样的一个例子，称之为变长度子网）。到一个主机的路由是通过全1子网掩码进行通告的。默认路由是以IP地址为0.0.0.0、网络掩码为全0进行通告的。

5)、路由器之间的点对点链路不需要每端都有一个IP地址，我们称之为无编号网络。这样可以节省IP地址—现在非常紧缺的一种资源。

6)、采用了一种简单鉴别机制。可以采用类似于RIP-2机制（10.5节）的方法指定一个明文口令。

7)、OSPF采用多播（第12章），而不是广播形式，以减少不参与OSPF的系统负载。

 

BGP是一种不同自治系统的路由器之间进行通信的外部网关协议。在Internet中使用BGP的一个目的是减少通过流量。