单播路由协议.docx

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单播路由协议

第3章路由协议

本章着重介绍静态路由协议和RIP、OSPF、IRMP（与EIGRP兼容）、BGP四种动态路由协议，主要介绍它们的基本原理并通过具体实例来分析各路由协议的调试信息。

路由是把报文从一个网络转发到另一个网络的过程。

路由是由源网络的设备—路由器根据特定路由协议的度量标准决定的，路由协议能够用以下度量标准的几种或全部来决定到目的地的最好路径。

·路径长度。

·可靠程度。

·延迟。

·带宽。

·负载。

·通信代价。

路径长度可以用代价或跳跃数来衡量，在链路状态路由协议中，花费是指这条路径上每一段链路的花费之和。

距离向量路由协议给路径长度指定一个跳跃数，用来衡量从源端到目的端一个报文所要通过的路由器个数。

衡量一个链路连接的可靠性，典型情况下是用连到源端或目的端之间路由器的位出错率来衡量。

对于大多数的路由协议，一个链路的可靠程度可以由网络工程师指定，正是由于它可以人为指定，所以可以改变或创建一些优于其他路径的通路。

延迟是指一个报文经过所有网络设备、链路和所有路由器的队列所花费时间的总和。

此外，在估计延迟时间时，还要考虑网络阻塞和从源端到目的端的距离等因素。

由于延迟值考虑了许多变量，在最优路径计算时延迟是一个有影响力的度量标准。

利用带宽作为度量标准计算最优路径时可能产生误导，尽管一个1.544Mbps的带宽优于56Kbps，但由于当前1.544Mbps链路的利用率高，或者链路终端接收设备负载重，它可能并非最优路径。

负载是依靠所有资源利用情况来给网络资源分配一个值，这个值由CPU利用情况、每秒报文的通过情况和报文的分拆组装情况及其他一些情况合成而定。

但是监控设备资源本身就是一个重负载的加工过程。

在一些情况下，对于公共网通信链路是按利用率或直接按月收费，例如ISDN链路是以所用时间和在此时间上的数据传输量来记费。

在这些例子中，通信花费在决定最优路径上成为一个重要因素。

路由信息协议（RIP）是路由器生产商之间使用的第一个开放标准，它也是一个简单的协议。

RIP有两个版本，RIP的初始引入是基于IETFRFC1058并被开发成支持小型网络，它现在被称作RIP版本1。

RIP的最新版本称为RIP版本2（RIP-2），像RIP版本1一样，它仍是基于经典的距离向量路由算法的。

然而RIP-2中加入了一些现在的大型网络中所要求的特性，如认证、路由汇总、无类域间路由和变长子网掩码（VLSM）。

这些高级特性都不被RIP版本1支持。

开放式最短路径优先（OSPF）协议是一个基于标准的链路状态路由协议，它是由Internet工程任务组（IETF）OSPF工作组定义发布在RFC（Requestforcomment）1247内。

OSPF是以自治系统（autonomoussystem,AS）为基础。

OSPF定义的AS是指在用链路状态协议时，交换路由信息的一组路由器。

OSPF用于层次结构的网络。

定义层次需要定义出表示OSPF区域和地址分配的边界。

IRMP综合了距离向量协议与链路状态协议的优点。

此外IRMP利用散播更新算法（DiffusingUpdateAlgorithm，DUAL），从而加快了收敛，并且减少了网络中产生路由环的可能。

IRMP比其他路由协议更有优势的一点是：

它不仅有能力支持IP，并且支持NovellNetWareIPX和AppleTalk。

因此，减化了网络设计和故障处理。

3.1静态路由协议

静态路由是由用户定义的路由，它让在源和目的之间传输的包采用一指定路径。

3.1.1基本原理

为了清楚路由表中存在的信息种类，当一个报文幀到达路由器的一个接口时，开始对所发生的变化进行检查是很有用的。

幀的目的地址域中数据链路标识符必须检查，如果该标识符包括路由器接口的标识符或广播标识符，路由器将剥去幀的首部和尾部并将完整的报文传递给网络层。

网络层必须检查报文中的目的地址，如果该目的地址是路由器接口的IP地址或一个全主机广播地址，会检查该报文的协议域并将其完整的数据传送给对应的内部进程。

下一个目的地址为寻找路由而发出呼叫。

该地址也许是路由器直连的另一网络中主机的地址（包括路由器的接口连接该网络的情况）或是路由器非直连的另一网络中主机的地址。

该地址也可能是一个直连的广播，在该广播中存在一个独特的网络或子网地址，其主机位全为1。

这些地址是可路由的。

如果要路由报文，路由器会在路由表中查找以获取正确的路由。

简单而言，数据库中的每一个路由项必须包含两个条件：

·目的地址。

这是路由器所能到达的网络地址，基于相同的主网地址，路由器会有不止一条到同一地址的路由，和/或一组相同的或者不同长度的子网组成。

·目的指针。

指针会指明目的网络与路由器是直连的或指出直连网络中的下一台路由器的地址。

这台离目的地只有一跳的路由器，即为下一跳路由器。

路由器会匹配尽可能最特殊的地址，在下面的特殊顺序中，地址可能会是以下的一个：

·主机地址（主机路由）

·子网

·一组子网（汇总路由）

·主网络号

·一组主网络号（超网）

·默认地址

如果报文的目的地址不和路由表中的任何一项匹配，则会丢弃该报文并发送一个目的地不可达的ICMP信息给源地址。

3.1.2举例说明

下例是一个简单的具体环境，下面就任意一台路由器进行分析，来看其静态路由的调试信息。

环境说明

三台迈普路由器，mp-fix与mp-88、mp-88与mp-50分别背靠背相连，其中全部走静态路由，mp-fix与mp-88之间走PPP协议，mp-88与mp-50之间走HDLC协议。

调试信息

打开命令debugiprouting

该命令是用来看路由的添加情况。

mp-50#debugiprouting

mp-50#cleariprouteall

RT:

addconnectedrouteto5.5.5.5/32via5.5.5.5,loopback0,success

RT:

addconnectedrouteto29.1.2.0/24via29.1.2.2,serial2,success

RT:

addconnectedrouteto29.1.2.1/32via29.1.2.2,serial2,success

RT:

addstaticrouteto8.8.8.8/32via29.1.2.1,serial2,success

RT:

addstaticrouteto3.3.3.3/32via29.1.2.1,serial2,success

RT:

addstaticrouteto29.1.1.0/24via29.1.2.1,serial2,success

RT:

addstaticrouteto129.255.0.0/16via29.1.2.1,serial2,success

调试信息显示所有路由添加成功。

mp-50（config）#iproute0.0.0.00.0.0.0loo0

RT:

addstaticrouteto0.0.0.0/0via5.5.5.5,loopback0,success

首先，手工添加一条静态路由（默认网关）指向loopback0接口。

调试信息显示成功添加了此路由。

mp-50（config）#noiproute0.0.0.00.0.0.0loop0

RT:

deletestaticrouteto0.0.0.0/0via5.5.5.5,loopback0,success

首先，手工删除一条静态路由（默认网关）。

调试信息显示成功删除了此路由。

mp-50（config）#iproute129.255.0.0255.255.0.0s2

RT:

addstaticrouteto129.255.0.0/16via29.1.2.2,serial2,failed

当尝试向路由表中添加一条静态路由时，若到达此目的地路由已经存在（可能表现为其它形式，例如本例中路由表中存在一条到达129.255.0.0255.255.0.0网段的静态路由），那么，此动作将失败（failed）。

3.2RIP协议

本章主要讲述RIP的协议原理及实现，以及RIP常用的调试命令和显示的调试信息。

本章主要内容：

RIP协议相关术语解析

RIP协议介绍

调试命令及调试信息

3.2.1RIP协议相关术语解析

UDP――用户数据报协议（UserDatagramProtocol）。

用于基于IP网络互连的传输协议。

一种简单的面向数据报的传输层协议。

D-V算法――距离向量（Distance-Vector）算法。

一种计算机网络的路由计算方法。

又称为Bellman-Ford算法。

IGP――内部网关协议（InteriorGatewayProtocol）。

Request――RIP请求报文，用于请求其他路由器的路由信息。

Response――RIP更新报文，用于向其它路由器通告自己的路由信息。

Splithorizon――水平分割。

RIP为防止产生路由环回而采取的一种措施。

Poisonedreverse――毒性逆转。

RIP为防止产生路由环回采取的一种措施，比Splithorizon更主动。

Triggeredupdates――触发更新。

RIP加速收敛的一种措施，当RIP路由发生变化时，会发出触发更新，将变化了的路由通告出去。

与之相对的是常规更新（Regularupdates），指RIP每隔30秒都会发出更新。

3.2.2RIP协议介绍

路由信息协议（RoutingInformationProtocol，RIP）是基于D-V算法的内部动态路由协议。

RIP协议在目前已成为路由器、主机路由信息传递的标准之一。

RIP协议被设计用于使用同种技术的中型网络，因此适应于大多数的校园网和使用速率变化不是很大的地区性网络。

对于更复杂的环境，一般不使用RIP协议。

3.2.2.1RIP在TCP/IP协议栈中的基本层次结构

RIP协议处于UDP协议的上层，RIP所接收的路由信息都封装在UDP的数据报中，RIP在520端口号上接收来自远程路由器的路由修改信息，并对本地的路由表做相应的修改，同时通知其它路由器。

通过这种方式，达到全局路由的有效。

3.2.2.2RIP路由选择

RIP采用两种分组传输信息，更新（Response）和请求（Request）。

每个有RIP功能的路由器每隔30秒用UDP520端口给与之直接相连的机器广播更新信息。

更新信息反映了该路由器所有的路由信息。

路由信息的每个条目由两部分组成：

能达到的IP地址和与该目的地的距离。

请求信息用于寻找网络上能发出RIP报文的其他设备。

RIP用跳数（metric）作为网络距离的尺度。

每个路由器在收到相邻路由器发出的路由信息后，给每个路由项加上内部距离

（1）。

例如：

路由器A和路由器B直接相连，路由器A中有一条RIP路由：

到达15.0.0.0网段的距离为2跳，路由器A将该信息通告给路由器B，路由器B将该路由项加上自己的内部距离后，作为自己的路由信息：

达到15.0.0.0网段的距离为3跳。

3.2.2.3RIP工作流程概述

使用命令routerrip进入RIP的工作模式，当使用network命令把路由器的接口覆盖后，RIP开始在该接口上运行。

首先，RIP在接口上广播/组播（RIPv1采用广播，RIPv2采用组播）Request，请求其它邻居的路由信息。

当与它相邻的运行RIP的路由器收到请求后，会将自己的路由信息（Response）发送给请求者。

在请求者发出Request后，便进入了一个循环工作过程。

在该过程中，路由器完成以下工作。

接收其它路由器的Response，并根据Response更新路由表。

接收其它路由器发出的Request，并将自己的路由信息作为Response发出。

每隔30秒（可以用timersbasic命令控制该时间间隔）发一次Response，Response中包含自己的路由信息。

当路由项的metric发生变化时，发出Triggeredupdates。

该updates只包含metric变化的路由项。

3.2.2.4RIP路由环路的避免

RIP协议不知道网络的全局情况，路由器必须依靠相邻路由器来获取网络的可达信息。

由于更新信息在网络上传播慢，路由向量路由选择算法有一个慢收敛问题，这个问题将导致不一致性产生。

RIP使用以下机制减少因网络上的不一致性带来的路由环路的可能性：

计数到无穷大、水平分割、毒性逆转、保持定时器和触发更新。

a）计数到无穷大

RIP允许最大跳数为15。

大于15的目的地被认为是不可达。

这个数字限制了网络大小的同时也防止了路由信息的无限制传递。

路由信息从一个路由器传到另一个路由器，每传一次跳数加一。

当跳数超过15，路由就将从路由表中删除。

b）水平分割

水平分割规则如下：

如果路由器从端口1学到了路由信息A，那么从端口1发送的UPDATES中不能包含路由信息A。

如下图所示，路由器A的S1/0与路由器B的S2/0相连，且都运行RIP，路由器A向外通告192.168.1.0的路由信息，路由器B通过S2/0学习到了该条路由信息，则路由器B通过S2/0发出的更新中不能包含192.168.1.0的路由信息。

水平分割用来防止把从一个接口学到的信息又从该接口传回导致的路由环回。

c）毒性逆转

毒性逆转的目的与水平分割的目的相同，但做法略有差异。

毒性逆转的规则是：

如果路由器从端口1学到了路由信息A，从端口1发送的UPDATES中包含路由信息A，但跳数设为16（无穷大）。

在上例中，如果采用毒性逆转，则路由器B从S2/0发出的更新中会包含192.168.1.0路由信息，但该条信息的metric=16。

毒性逆转与水平分割相比，优点是通过把跳数设为无穷，将路由信息通知源路由器，有可能立即停止路由环回；而水平分割只能等待错误路由项因超时而删除。

缺点是，毒性逆转增大了更新报文的大小。

MP系列路由器依照RFC标准，采用水平分割。

d）保持定时器

保持定时器防止路由器在路径变为无穷大后一定的时间内接收新的路由信息。

它的思想是保证每个路由器都收到了路径不可达信息，而且没有路由器发出无效路径信息。

e）触发更新

毒性逆转和水平分割将任何两个路由器构成的环路打破。

三个或更多个路由器构成的环路仍会发生，直到无穷（16）时为止。

触发式更新可以加速收敛时间。

当某个路由的度量改变了，路由器立即发出更新信息，路由器不管是否达到常规更新时间都会发出更新信息。

3.2.2.5定时器

RIP使用了一些定时器来创建和管理路由选择表。

RIP每隔30秒UDP520端口向与之直接连接的所有邻居广播发送一次路由表更新报文。

更新定时器（updatetimer）控制更新报文的发送。

失效定时器（invalidtimer）控制路由信息的有效时间，每次收到一条路由的更新报文，该路由的失效定时器就会清零。

如果在路由项的失效定时器到时后仍没有受到更新报文，该路由项的跳数设为16（无穷大），同时抑制定时器（holddowntimer）和清除定时器（flushtimer）就会被触发。

在抑制定时器超时前，关于该路由的刷新会被忽略。

在抑制定时器超时后，如果收到更新，清除定时器停止计时。

清除定时器超时后，路由项被删除。

3.2.2.6被动接口和单播刷新

RIP允许被动接口的使用。

一旦一个接口被设为被动接口，该接口只接收更新报文，不广播更新报文。

RIP的neighbor命令用来设置更新报文的单播地址，被动接口上如果设置了neighbor，也会发出单播更新报文。

3.2.2.7RIPv2概要

RIPv2是RIPv1的扩展，同时克服了RIPv1的主要缺点。

RIPv2有以下特点：

路由更新报文的子网掩码

路由更新报文的认证

组播路由更新

RIPv2通过承载掩码信息，使自己成为无类路由协议（classlessroutingprotocol），RIPv1是有类路由协议（classfulroutingprotocol）。

组播路由更新的地址是224.0.0.9，而RIPv1是广播路由更新，地址为255.255.255.255。

因此RIPv2更有效地利用了带宽。

3.2.2.8RIP报文格式

a）RIPv1报文

图中括号中的数字代表字节数。

command字段

1—请求报文（request）。

2—更新报文（response）。

3—traceon（过时命令）。

4—traceoff（过时命令）。

5—保留未用。

version字段

RIPv1报文的version是1。

addressfamilyidentifier字段

标识协议的地址族，AF_INET地址族=2。

IPaddress字段

路由项的目的IP地址。

metric字段

从本机到IPaddress字段的目的地的跳数。

b）RIPv2报文

与v1报文相比，v2报文有以下不同：

1.增添RoutingDomain字段。

RoutingDomain字段表示RIP进程号，缺省RIP进程号为0。

2.增添RouteTag字段。

当RIP与BGP或IRMP联合使用时，有可能使用该字段。

RouteTag用来记录自治系统号，缺省为0。

3.增添Subnetmask字段。

v2报文可以携带子网掩码信息。

4.增添Nexthop字段。

Nexthop字段承载下一跳的地址，如果为0，表示发出报文的路由器为下一跳。

5.如果使用ipripauthentication命令在接口上配置了认证，从该接口发出的报文会带上认证信息。

如果设置了明文认证，AuthenticationType字段为2，如果是MD5认证，AuthenticationType字段为3。

没有配认证的接口，发出的报文不带认证信息。

3.2.3调试命令及调试信息

配置RIP协议后，如果需要查看RIP的运行信息，可以打开RIP协议的调试命令。

具体调试命令如下：

debugipripevent观察RIP的报文收发情况。

使用dubugipripevent命令后，可能看到以下几种报文收发信息。

调试信息

解释

1：

JAN0107:

21:

48:

RIPSENT21.16.0.1->224.0.0.9+520vers2,cmdResponse,length64

100.10/255.255router0.0.0.0metric2tag0000

33.21.1.1/255.255.255.255router0.0.0.0metric2tag0000

128.255/255.255.252router0.0.0.0metric1tag0000

RIPSENTendofpacket

1：

表示从接口21.16.0.1发出了更新报文，版本号为v2，目的地址是组播地址224.0.0.9，端口号是520。

RIP报文长度是64字节。

报文中包含三条路由信息。

每条信息都有目的地址，子网掩码，下一跳，metric和tag。

注意：

信息的下一跳都是0.0.0.0，表示用本地地址21.16.0.1作为下一跳，tag都是缺省值0。

2：

JAN0107:

34:

22:

RIPRECV128.255.1.87->224.0.0.9vers2,cmdResponse,length44

33.21.1.1/255.255.255.255router0.0.0.0metric1tag0000

100.10/255.255router0.0.0.0metric1tag0000

RIPRECVendofpacket

2：

表示路由器接收到了一个RIP更新报文，版本号为v2，报文源地址是128.255.1.87，目的地址是组播地址224.0.0.9，端口号是520。

报文长度是44字节。

报文中包含两条路由信息。

每条信息都有目的地址，子网掩码，下一跳，metric和tag。

注意：

信息的下一跳都是0.0.0.0，表示用报文源地址128.255.1.87作为下一跳，tag都是缺省值0。

3：

JAN0107:

44:

57:

RIPRECV128.255.1.108->224.0.0.9vers2,cmdResponse,length44

Authentication:

maipu

33/255.255router0.0.0.0metri1tag0000

RIPRECVendofpacket

rip_recv:

ignoringRIPResponsepacketfrom128.255.1.108

authenticationfailure

3：

表示路由器接收到了一个RIP更新报文，版本号为v2，报文源地址是128.255.1.108，目的地址是组播地址224.0.0.9，端口号是520。

报文长度是44字节。

报文中有一个明文认证信息和一条路由信息。

由于接收到该报文的端口没有配置认证信息，所以认证失败，报文被丢弃。

4：

rip_recv:

ignoringRIPResponsepacketfrom128.255.1.205

RIP:

sourcedfromoneofouraddresses

4：

由于RIP是组播更新报文，接口在发出报文以后，自己也会收到该更新报文的复制。

此信息显示，接口128.255.1.205收到了自己发出的更新报文，报文被丢弃。

5：

rip_recv:

ignoringRIPResponsepacketfrom128.255.1.202

RIP:

ignoredversion1（illegalversion）

5：

表示路由器接收到了一个RIPv1的更新报文，但由于接收接口只接收v2的报文，所以报文被丢弃。

6：

rip_recv:

ignoringRIPResponsepacketfrom21.16.3.5

cannotfoundinterfaceforsource

6：

表示没有运行RIP的接口收到了一个RIP报文（由于RIPv1是广播，因此没有运行RIP的接口仍然有可能收到报文），报文被丢弃。

3.3OSPF协议

本章主要讲述OSPF的有关术语、OSPF的原理特点以及调试的一些命令和调试信息。

本章主要内容：

OSPF协议相关术语解析

OSPF协议介绍

调试命令及调试信息

3.3.1OSPF协议相关术语解析

AS――自治系统（AutonomousSystem）：

通过一个共同的路由协议交换信息的一组路由器。

Area――区域：

一个区域是指一个路由器的集合，它们有一样的拓扑数据库，OSPF把一个AS分成多个区域，因为一个区域的拓扑结构对另一个区域是不可见的，这个特征大大降低了一个AS中的路由信息数量，区域被用来包含链路状态的更新并使管理者能建立分层网络。

areaID――区域ID：

自治系统内区域的32-bit标识。

IGP――内部网关协议（InternalGatewayProtocol）：

属于一个自治系统的路由器上运行的路由协议，每一个自治系统有一个单独的IGP，不同的自治系统可能运行不同的IGP。

OSPF是内部网关协议的一种。

RouterID――路由器标识