Internet课程2-IP路由.ppt
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1、4.1.1 Internet路由体系结构,核心系统,核心网关,非核心网关,第四章 IP路由,4.1 IP路由概述,4.1.3 路由选择策略/转发模式,静态选择策略: 泛洪法; 选择泛洪法; 固定路由表法; 随机法; 分散通信量法。,4.1.2 路由器功能部件,动态选择策略: 孤立路由法; 集中式路由算法; 分布式路由算法; 分层式路由算法; 混合式路由算法。,第四章 IP路由,4.1.4 最短路径搜索算法,1、距离向量算法(Bellmen-Ford) 寻找由指定节点到目的节点的最短通路。需要周期性地与相邻节点(路由器)交换路由状态信息,路由状态信息由(V,D)序偶对组成表,V代表可到达的目的,
2、D代表到达V的距离。 数学描述:V(n,D(m), D(m)为m经过n到达v的距离; 设k为m的邻居, D(m)=minD(k)+l(k,m), n=k。,2、链路状态/最短路径算法(Dijkstra) 寻找由源节点到所有节点的最短通路。需要一张整个网络拓扑结构的无向图,该图可称为LinkState图。LS图全局一致,节点需要向所有其他节点广播LS信息。 数学描述:Ns; 对v, D(v)=l(s,v) ,s直接连接v或无穷大 ; 选择D(w)最小的w, 对其他的v, D(v)=minD(v),D(w)+l(w,v); N=s,w; 直至N包括所有节点。,第四章 IP路由,4.2.1 RIP,
3、特点:采用Bellmen算法,简单、运行开销小,适用于小型网络。RIP使用UDP的520端口传递路由信息;交互的报文:请求报文和响应报文;最大距离为16跳,否则,为不可达。,升级:1988年RIPv1;RIPv2增加了认证、路由标签、子网掩码、下一跳、组播、请求与响应等;RIPng针对IPv6。,运行过程:启动时,RIP处理模块发出请求报文,然后进入等待;接收到请求报文的路由器发送自己路由信息的响应报文;接收到响应的路由器判断是否更新路由表。,定时器:启动后,路由器以30秒(可调)间隔周期发送响应报文;每条路由信息项的无效定时为180秒(默认),超时没有收到对应邻居(下一跳)的响应报文则将该距
4、离值设为无穷大(16);该路由项继续保留120秒,以便可达邻居受到更新信息。,计数无穷大/收敛慢问题:由于邻居传递信息时差,存在路由环路问题,会导致距离计算到无穷大,造成一段时间的无序状态。解决办法:简单水平分裂:不向邻居发送从该邻居获取的路由信息;毒性逆转水平分裂:将从邻居获得的路由信息回送时距离设为无穷大;触发更新:一旦发现路由信息变化,立即广播更新报文,不必等待30秒的周期。,验证:身份认证; 路由标签:传递AS的标号给外部网关路由协议; 子网掩码:支持特定的子网路由和超网路由; 下一跳:避免分组在传送过程增加不必要的跳数, 可直接抵达; 组播:增加了使用组播方式传递路由信息,降低 通信
5、量; 请求与响应:RIPv2可以不对RIPv1的请求作出 响应。,第四章 IP路由,4.2 单播路由,4.2.2 OSPF,特点:采用Dijkstra算法,协议复杂,适用于大型网络。OSPF直接基于IP设计,路由器维持一个统一的链路状态数据库,构造自己为根的最短路径树,算法收敛时间短。 OSPFv3支持IPv6,引入区域概念来隐藏区域内部拓扑结构,减少路由流量,采用分层路由管理机制。,数据库同步:初始数据库同步通过数据库交换过程完成;其后,数据库同步(链路状态变化的同步)通过泛洪过程维护。,第四章 IP路由,Hello:1)发现邻居路由器; 2)选举链路代表路由器和备份路由器。 路由器周期发送
6、Hello报文,邻居间必须建立双向连接;若超时无Hello消息则认为邻居死亡。 一条链路涉及的多个路由器中需选举出一个(优先级最高的)路由器作为代表,另选定一个备份代表,故障时备份代表自动接管工作。,4.2.2.1 建立邻居关系,邻居数据库同步:1)状态比较,邻居路由器通过可靠地交换数据库描述分组来判断是否更新数据库记录,通过比较“链路状态序号” 判断;2)请求更新,对变化的链路,路由器请求最新序号的记录,发送链路状态请求分组;3)修改记录,收到请求的路由器发送被请求记录的链路状态更新分组。,4.2.2.2 泛洪,广播链路状态通告:一旦链路的状态发生变化,代表该链路的路由器通过泛洪的方法向全网
7、广播发生变化的链路状态更新通告;为保证可靠性,路由器周期性广播通告,直到收到所有(邻居)的确认消息。,第四章 IP路由,生存时间:该LSA的生成至今的时间。 LS类型:表示LSA执行的功能及泛洪的范围,有些LSA信息需要在 整个AS内泛洪,有些只在区域内泛洪。不同的类型LSA共 同构成OSPF的链路状态数据库,就像数据库系统中不同 的表共同构成一个应用数据库。 链路状态ID:该字段与类型、通告路由器一起唯一标识数据库中的一 个LSA记录。 通告路由器:生成该LSA的路由器ID。 链路状态序号:N231,计数从N1(0x80000001)开始至N1 (0x7FFFFFFF)。当计数到N1,须将对
8、应的LSA老化, 重新泛洪,得到确认(计数同步)后从N1开始。,4.2.2.3 链路状态数据库,链路状态通告LSA是OSPF同步数据库信息记录的存在形式,有多种LSA类型,其泛洪的范围不同,但都有标准的20字节LSA报头:,第四章 IP路由,路由器LSA:域内泛洪,描述路由器连接到某区域的所有接口的状态。 网络LSA:域内泛洪,描述多个附接路由器网络构成的链路的状态。 域间前缀LSA:由区域边界路由器生成,域内泛洪,描述可达的区域外、AS内的子网集合及状态。 域间路由器LSA:域内泛洪,描述到达区域外、AS内目标路由器(边界路由器)的路径的状态。 AS外部LSA:由边界路由器产生,AS内泛洪,
9、描述可到达的本AS外部目的网络或路由器的路径状态。 链路LSA:链路本地泛洪,描述多个附接路由器链路的非代表链路。 域内前缀LSA:域内泛洪,描述域内的相关子网集合。,汇总LSA:某个区域的域间前缀LAS和域间路由器 LSA统称为汇总LSA。,4.2.2.4 路由表计算,OSPF路由计算过程较为复杂,路由器在每一步计算中须访问链路状态数据库的不同部分,主要由查找函数完成。,计算域内路由:通过对所接入的区域利用Dijkstra算法建立最短路径树生成域内路由表,计算所用图的来源于路由器LSA和网络LSA中的路由器和链路。,计算域间路由:通过搜索汇总LSA计算域间路由表。对区域边界路由器使用主干汇总
10、LSA确定区域到区域的路径;对区域内路由器使用区域汇总LSA确定多个区域边界中的合适路径。采用距离矢量算法选择路径。,检查传输区域的汇总LSA:对连接非主干区域的区域边界路由器进行传输区域的汇总LSA检查,以便发现是否有比最短路径树计算和域间路由计算所得结果更好的路径。,计算AS外部路由:通过查看AS外部LSA,可以计算到达AS外部目的的路径,每个AS外部LSA被依次考虑。当可以通过多个区域到达同一个AS边界路由器,或有多个AS边界路由器可达同一个外部目的时,非主干网的区域路径始终是最高优先级。,第四章 IP路由,4.2.3 IS-IS,IS-IS(Intermediate System to
11、 Intermediate System)是OSI的无连接网络路由协议。ISO规定,一个路由器就是一个IS,一个主机就是一个ES。,处理过程:IS-IS与OSPF很相似,利用链路状态协议数据单元LSP来同步区域内路由器的链路状态数据库;用Hello报文建立和维护邻居关系;通过交换LSP摘要判断LSP的新旧,并发出更新请求和响应;IS在事件触发下生成新的LSP并向所有邻居扩散,接收到更新LSP的路由器对其进行标记(以便确认),然后继续扩散。,分级路由体系:IS-IS路由域中,大的路由域被分为若干区域,区域内的路由为一级路由,区域间的路由为二级路由。与之相应,IS分为L1和L2。L1仅了解本区域的
12、拓扑结构,不识别区域外的目标地址,将其转发给区域内的L2处理。L2了解区域间的拓扑结构。OSPF中的区域边界路由器在IS-IS中成为L1/L2,L1/L2维护两个路由级别链路状态数据库,分别计算L1和L2拓扑的最短路径树,但是L1/L2不通告L2的路由信息给L1,故L1不知道区域外的路由信息。,支持:IS-IS对IP路由提供支持,既支持IPv4,也支持IPv6;IETF在RFC3784IS-IS流量工程扩展和 IS-IS支持无特征多协议标签交换扩展中定义了许多用于IS-IS发布流量工程用的新的数据结构。,第四章 IP路由,BGP4消息:设置了4种消息进行信息交换,以及维护路由信息状态;利用TC
13、P实现消息的可靠传递。,4.2.4 BGP,当前Internet核心路由协议是边界网关路由协议BGP4,扩展后的BGP4为BGP4,其支持IPv6、IPX等网络层协议。,对等体:两个相互间构成BGP4路由协议连接的一对或多对路由器。BGP4又分为外部EBGP4和内部IBGP4(同一AS内)。,4.2.4.1 基本概念,BGP4选路原理:采用距离矢量协议,每个节点根据下游节点传送的路由信息进行路由计算,并将结果继续传递给上游节点,利用AS号列表(路径向量)作为距离选择最佳路由,同时,也可以避免路由环路。,第四章 IP路由,4.2.4.2 BGP4有限状态机,第四章 IP路由,4.2.4.3 路径
14、属性,路径属性是BGP的重要组成部分,BGP路由器将自己所处AS内的子网、链路状态等参数信息写入UPDATE的路径属性部分,传递给对等体。,第四章 IP路由,4.2.4.4 路由更新,BGP4路由信息库包含3个部分,其转换过程如下:,计算优先级:对本地新的路由和邻居传来的路由计算优先级,并且存入Adj-RIB-in。策略信息的确切特性和相关计算是本地问题。,路由选择:对当前Adj-RIB-in中的所有路由判断、选择,并且将选定的路由存入Loc-RIB,而不用的路由从Loc-RIB删除。这需用到路径属性中的多项参数,同时遵循一定的原则(多条相同优先级路径只选其一)。,路由分发:负责发布Loc-R
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