计算机网络 自治系统,计算机网络--网络层3

路由算法

路由算法分类

静态路由：

手工配置

路由更新慢

优先级高

动态路由：

路由更新快

定期更新

及时响应链路费用或网络拓扑变化

全局信息：

所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息

E.g. 链路状态(LS) 路由算法

分散(decentralized)信息：

路由器只掌握物理相连的邻居以及链路费用

邻居间信息交换、运算的迭代过程

E.g. 距离向量(DV) 路由算法

链路状态路由算法

Dijkstra 算法

所有结点(路由器)掌握网络拓扑和链路费用

通过“链路状态广播”

所有结点拥有相同信息

计算从一个结点(“源”)到达所有其他结点的最短路径

获得该结点的转发表

迭代: k次迭代后，得到到达k个目的结点的最短路径

符号:

c(x,y): 结点x到结点y链路费用；如果x和y不直接相连，则=∞

D(v): 从源到目的v的当前路径费用值

p(v): 沿从源到v的当前路径，v的前序结点

N’: 已经找到最小费用路径的结点集合

Dijkstra 算法:讨论

算法复杂性: n个结点

每次迭代: 需要检测所有不在集合N’中的结点w

n(n+1)/2次比较: O(n 2 )

更高效的实现: O(nlogn)

存在震荡(oscillations)可能:

e.g., 假设链路费用是该链路承载的通信量:

距离向量路由算法

重点 ：结点获得最短路径的 下跳 一跳, 该信息用于转发表中

异步迭代:

引发每次局部迭代的因素

局部链路费用改变

来自邻居的DV更新

分布式:

每个结点只当DV变化时才通告给邻居

邻居在必要时(其DV更新后发生改变)再通告它们的邻居

链路费用变化:

结点检测本地链路费用变化

更新路由信息，重新计算距离向量

如果DV 改变，通告所有邻居

t 0 : y 检测到链路费用改变 ，更新DV ，通告其邻居.

t 1 : z 收到y的 的DV 更新，更新其距离向量表，计算到达x 的最新其 最小费用，更新其DV ，并发送给其所有邻居.

t 2 : y 收到z的 的DV 更新， 更新其距离向量 表，重新计算y的 的DV， ，未发生改变，不再向z 发送DV.

好消息传播快！

毒性逆转(poisoned reverse)

如果一个结点(e.g. Z)到达某目的(e.g.X)的最小费用路径是通过某个邻居(e.g.Y)，则：

通告给该邻居结点到达该目的的距离为无穷大

无穷计数问题

层次路由

将任意规模网络抽象为一个图计算路由- 过于理想化

标识所有路由器

“扁平”网络

在实际网络(尤其是大规模网络)中， 不可行！

网络规模：考虑6亿目的结点的网络

路由表几乎无法存储！

路由计算过程的信息(e.g. 链路状态分组、DV)交换量巨大，会淹没链路！

管理自治：

每个网络的管理可能都期望自主控制其网内的路由

互联网(internet) = 网络之网络(network of networks)

聚合路由器为一个区域：自治系统AS(autonomous systems)，同一AS内的路由器运行相同的路由协议(算法)，自治系统内部路由协议(“intra-AS” routingprotocol)

不同自治系统内的路由器可以运行不同的AS内部路由协议

网关路由器(gatewayrouter): 位于AS“边缘”， 通过链路连接其他AS的网关路由器

互连的AS

自治系统间(Inter-AS)

RIP协议简介

AS 内部路由

RIP: 链路失效、恢复

如果180秒没有收到通告→邻居/链路失效

经过该邻居的路由不可用

重新计算路由

向邻居发送新的通告

邻居再依次向外发送通告(如果转发表改变)

链路失效信息能否快速传播到全网？

可能发生无穷计数问题

毒性逆转技术用于预防乒乓(ping-pong)环路(另外：无穷大距离 = 16 hops)

RIP 路由表的处理

RIP路由表是利用一个称作route-d (daemon)的应用层进程进行管理

应用进程实现

通告报文周期性地通过UDP数据报发送

OSPF协议简介

”开放”: 公众可用

采用链路状态路由算法

LS分组扩散(通告)

每个路由器构造完整的网络(AS)拓扑图

利用Dijkstra算法计算路由

OSPF通告中每个入口对应一个邻居

OSPF通告在整个AS范围泛洪

OSPF报文直接封装到IP数据报中

与OSPF极其相似的一个路由协议:IS-IS 路由协议

OSPF 优点(RIP 不具备)

安全(security): 所有OSPF报文可以被认证(预防恶意入侵)

允许使用多条相同费用的路径 (RIP只能选一条)

对于每条链路，可以针对不同的TOS设置多个不同的费用度量 (e.g., 卫星链路可以针对“尽力”(best effort) ToS设置“低”费用；针对实时ToS设置“高”费用)

集成单播路由与多播路由

多播OSPF协议(MOSPF) 与OSPF利用相同的网络拓扑数据

OSPF支持对大规模AS分层(hierarchical)

分层的OSPF

BGP 协议简介

Internet AS 间路由协议

边界网关协议BGP (Border GatewayProtocol): 事实上的标准域间路由协议

将Internet “粘合”为一个整体的关键

BGP为每个AS提供了一种手段:

eBGP: 从邻居AS获取子网可达性信息.

iBGP: 向所有AS内部路由器传播子网可达性信息.

基于可达性信息与策略，确定到达其他网络的 “好”路径

容许子网向Internet其余部分通告它的存在：“ 我在这儿！”

BGP会话(session):

两个BGP路由器 (“Peers”)

交换BGP报文:

通告去往不同目的前缀(prefix)的路径 (“路径向量(path vector)”协议)

报文交换基于半永久的TCP连接

BGP报文:

OPEN: 与peer建立TCP连接，并认证发送方

UPDATE: 通告新路径 (或撤销原路径)

KEEPALIVE: 在无UPDATE时，保活连接；也用于对OPEN请求的确认

NOTIFICATION: 报告先前报文的差错；也被用于关闭连接

BGP路由选择

网关路由器收到路由通告后，利用其输入策略(import policy)决策接受/拒绝该路由

e.g., 从不将流量路由到AS x

基于策略(policy-based) 路由

路由器可能获知到达某目的AS的多条路由，基于以下准则选择：

本地偏好(preference)值属性: 策略决策(policy

decision)

最短AS-PATH

最近NEXT-HOP路由器: 热土豆路由(hot potato

routing)

附加准则

为什么采用不同的AS 内与AS 间路由协议

策略(policy):

inter-AS: 期望能够管理控制流量如何被路由，谁路由经过其网络等.

intra-AS: 单一管理，无需策略决策

规模(scale):

层次路由节省路由表大小，减少路由更新流量

适应大规模互联网

性能(performance):

intra-AS: 侧重性能

inter-AS: 策略主导