通信工程师传输与接入考试互联网工作过程

  10.6  互联网工作过程
  10.6.1  路由协议
  路由协议使路由器能够与其他路由器交换有关网络拓扑和可达性的信息。任何路由器的首要目标都是保证网络中所有的路由器都具有一个完整准确的网络拓扑数据库，这样，每个路由器都根据网络拓扑信息数据库来计算各自的路由表。正确的路由表能够提高IP分组正确到达目的地的概率；不正确或不完整的路由表易于导致IP分组不能到达其目的地，更坏的情况是它可能在网络上循环一段较长时间，白白地消耗了带宽和路由器上的资源。
  路由协议可以分为域内(Intradomain)和域间(Interdomain)两类。一个域通常又可以被称为自治系统(AS：Autonomous System)。 AS是一个由单一实体进行控制和管理的路由器集合，采用一个AS(如AS3)号来标识。域内协议被用在同一个AS中的路由器之间，其作用是计算AS中的任意两个网络之间的最快或者费用最低的通路，以达到最佳的网络性能。域间协议被用在不同自治域中的路由器之间，其作用是计算那些需要穿越不同自治域系统的通路。由于这些自治域系统是由不同的组织管理的，因此在选择穿越AS的通路时，我们所依据的标准将不只局限于通常所说的性能，而且要依据多种特定的策略和标准，如费用、可用性、性能、AS之间的商业关系等。
  1．RIP
  RIP最初是为Xerox网络系统的Xerox parc通用而设计的协议，是Internet中常用的路由协议。RIP采用距离向量算法，即路由器根据距离选择路由，所以也称为距离向量协议。路由器收集所有可到达目的地的不同路由，并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路由信息，除到达目的地的最佳路径外，任何其他信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP通知相邻的其他路由器。这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网。
  RIP使用非常广泛，它简单、可靠、便于配置。但是RIP只适用于小型的同构网络，因为它允许的最大站点数为15，任何超过15个站点的目的地均被标记为不可达。而且RIP每隔30 s一次的路由信息广播也是造成网络广播风暴的重要原因之一。
  2．OSPF协议
  20世纪80年代中期，RIP已不能适应大规模异构网络的互连，OSPF随之产生。它是互联网工程任务组织(IETF)的内部网关协议工作组为IP网络开发的一种路由协议。
  OSPF是一种基于链路状态的路由协议，需要每个路由器向其同一管理域的所有其他路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包括所有接口信息、所有的量度和其他一些变量。利用OSPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息，并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。而基于距离向量的路由协议仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息。
  与RIP不同，OSPF将一个自治域再划分为区，相应地，有两种类型的路由选择方式：当源和目的地在同一区时，采用区内路由选择；当源和目的地在不同区时，则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销，并增加了网络的稳定性。当一个区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其他区路由器的正常工作，这也给网络的管理、维护带来了方便。
  3．BGP协议
  BGP是为TCP/IP互联网设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。BGP的主要目标是为处于不同AS中的路由器之间进行路由信息通信提供保证。它既不是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其他自治域交换网络可达性信息。
  在网络启动的时候，不同自治域的相邻路由器(运行BGP协议)之间互相打开一个TCP连接(保证传输的可靠性)，然后交换整个路由信息库。从那以后，只有拓扑结构和策略发生改变时，才会使用BGP更新消息发送。一个BGP更新消息可以声明或撤销到一个特定网络的可达性。在BGP更新消息中也可以包含通路的属性，属性信息可被BGP路由器用于在特定策略下建立和发布路由表。

  4．路由协议生成路由表的过程
  我们以OSPF为例介绍路由表的生成过程，其工作过程如下：
  OSPF的目的是计算出一条经过互联网的最小费用的路由，这个费用基于用户可设置的费用量度。用户可以将费用设置为表示时延、数据率、现金花费或其他因素的一个函数。OSPF能够在多个同等费用的路径之间平均分配负载。
  每个路由器都维护一个数据库，这个数据库反映了该路由器所掌握的所属自治系统的拓扑结构，该拓扑结构拥有有向图表示。
  图10.22是一个用6个路由器将5个子网连接起来的互联网示例。网络中的每个路由器都维护一个有向图的数据库，该数据库是通过从互联网的其他路由器上得到的链路状态信息拼凑而成的。路由器使用Dijkstra算法对有向图进行分析，计算到所有目的网络的最小费用路径。图10.22(a)是网络拓扑图，图10.22(b)是网络有向图。在有向图中，每个路由器接口的输出侧都有一个相关联的费用，这个费用可以由系统管理员配置。图10.22 (b)中的弧被标记为相应的路由器到输出接口的费用，没有标记费用的弧，其费用为0。从网络到路由器的弧的费用永远为0(这是一个约定)，比如N1到R1、R2、R3，N2到R3，N3到R4、R5、R6，N4到R5以及N5到R6的费用始终为0。

  图10.22(c)为路由器1经过运算得到的生成树。需要注意的是，从R1到达N3的路由有两条，分别为R1→R4→N3和R1→N1→R2→N5→N3，两条路由的费用分别为10和14，费用为10 的路由被保留下来，另外一条路由则被删除。
  表10.5  路由器R1的路由表

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