路由协议配置与分析毕业设计.docx

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路由协议配置与分析毕业设计

摘要

互联网的成功发展给人民生活带来巨大变化，它的影响已经渗透到社会的各个方面，并产生了巨大的经济效益和社会效益。

但随着互联网应用的发展，基于IPv4的互联网在实际应用中越来越暴露出其不足之处。

这些问题已经成为制约互联网发展的重要障碍，于是IPv6技术应运而生。

近年来，IPv6在世界范围内得到了广泛的关注和研究。

下一代路由协议中针对用于IPv6的路由信息协议（RIPng）和开放最短路径优先（OSPFv3）协议的研究与实验已成为IPv6协议栈研究的重要组成部分。

本文在深刻理解路由协议理论知识的基础上，对基于下一代网络协议IPv6的RIPng（路由信息协议）和OSPFv3（开放最短路径优先）路由选择协议的基本工作原理、报文格式等进行了具体介绍和分析,并采用CiscoPacketTracer模拟路由器实现RIPng和OSPFv3协议的多协议配置。

关键词:

路由器IPv6OSPFv3RIPng

Abstract

TheInternet'ssuccesstothepeople'slifedevelopmentproducehugechanges,itsinfluencehaspenetratedintoeveryaspectofsociety,andhasproducedgreateconomicbenefitsandsocialbenefit.ButastheInternetapplicationdevelopment,basedontheInternetinthepracticalapplicationofIPv4inmoreandmoreexposeditsdisadvantages.TheseproblemshavebecometheimportantobstacleofrestrictingtheInternetdevelopment,soIPv6technologyarisesatthehistoricmoment.

Inrecentyears,IPv6worldwidereceivedextensiveattentionandresearch.ThenextgenerationofroutingprotocoltoIPv6usedfortheroutinginformationprotocol（RIPng）andopenshortestpathfirst（OSPFv3）agreementwiththeexperimentalstudyofIPv6protocolstackhasbecomeanintegralpartofthestudyof.

Thisarticle,intheprofoundunderstandingroutingprotocoltheoryknowledge,onthebasisofnextgenerationnetworkprotocolbasedontheRIPngIPv6（routinginformationprotocol）andOSPFv3（openshortestpathispreferred）routingprotocol'sbasicworkingprinciple,messageformatetcareintroducedandanalyzedinthispaper,andtheCiscoPacketTracersimulationRIPngroutersandOSPFv3protocol.

Keywords：

routerIPv6OSPFv3RIPng

路由协议配置与分析

第一章绪论

随着互联网在社会生活各个领域的广泛应用和商业化的深入发展，现有的网络基础设施和网络服务已经难以满足和支持大规模的网络应用，如交互式远程实时教学、远程医疗（手术）、协同工作、科研、数字化图书馆、虚拟实验室等。

与此同时，随着网络规模的扩大，现有网络的管理和运营已经变得非常复杂，地址空间匮乏、带宽瓶颈、网络安全、数据保密、服务质量、新业务的盈利模式、对移动特性的支持等问题变得越来越突出。

为了更好地迎接挑战，必须建立IPv6下一代互联网络协议，为实现下一代互联网服务，搭建高性能、高质量、可靠、安全、经济与开放的舞台。

IPv6对我国具有重要的意义，因为我国的网络地址匮乏，面临现实的发展问题。

同时，从长远的观点看，我国是世界上的移动通信大国、家电大国、潜在的汽车大国等，对IP地址有着巨大的需求。

因此，尽管IPv6仅仅是一个协议，但从构建和发展具有可持续发展能力的国家信息基础设施,和为信息业务和应用提供强有力支撑的角度看，IPv6具有战略意义。

可以说，我们正面临全球发展基于IPv6的下一代因特网的历史性机遇。

抓住这个良机，对我国下一代网络的建设和发展至关重要。

而基于IPv6的路由信息协议（RIPng）和开放最短路径优先（OSPFv3）协议的研究与实验已成为IPv6协议栈研究的重要组成部分。

第二章路由协议现状分析

一、RIPng现状分析

（一）RIPng简介

RIPng协议即基于IPv6的路由信息协议（RoutingInformationProtoc01）。

它是距离向量协议的一种，属于内部网关协议。

运行RIPng协议的相邻路由器通过彼此之间交换路由信息的距离向量，从而知道网络的连接情况，实现各个网络之间的连通，这也是距离向量（DistanceVector）名称的由来。

运行RIPng协议的每个路由器都要维护一个到网络中可能目的地的路由表，该路由表是相应于与它直接相连和通过路由器相连的网络连接情况而动态变化的。

因此RIPng属于动态路由协议。

路由表包含目的地址和开销等信息。

路由器周期性地向它直接相连的网络邻居发送它的路由表，即<目的，度量>信息。

每个接收者都增加表中的距离矢量，并向它自己的邻居直接转发。

路由器根据路由表对发给它的IP包进行转发，从而实现路由功能。

RIPng路由器间交互信息的工作过程如图2-1所示。

图2-lRIPng路由器间信息交互过程

具体过程如下：

（1）当在RouterA路由器的某接口上启动RIP后，接口以多播形式向邻居发送路由表信息请求，请求邻居给自己发送路由表信息。

（2）邻居RouterB接收到路由表信息请求，发送整个路由表信息对请求进行响应。

（3）RouterA和RouterB在启动后就开始周期发送，周期更新。

（4）RouterA检测到路由变化时，以多播形式向邻居发送触发更新，通知邻居路由变化。

介绍RIPng的工作原理就不能不提到定时器，定时器在RIPng中起着非常重要的作用，RIPng使用定时器来实现路由表的更新、报文的发送。

周期性的报文广播是由定时器实现的，另外为防止路由表长时间未更新而失效，每个路由表项有两个定时器与之相联系，超时的路由表项最终将会被删除，以防止路由器广播和使用已经失效的路由。

RIPng中使用的定时器主要有以下三个：

（1）启动周期性广播的定时器。

此定时器被设置成25s到35s之间的任一随机数。

这样设置的目的是为了避免网络上所有路由器以相同的定时发送更新报文，利用随机间隔可以均衡通信量，从而减少路由器之间发生冲突的可能性。

（2）期满定时器。

路由器只要收到通往特定信宿路由，就对通往该信宿的期满定时器初始化。

期满定时器被设定为180s，如果一条路由在期满定时器超时前未得到相关报文的更新，则该条路由不再有效，但仍保留在路由表中，以便通知其他路由器这条路由已经失效。

（3）垃圾收集定时器。

路由器对无效路由打上尺度为无穷大的无效标记并将垃圾收集定时器初始化。

此时，定时器被设置为120s，在这段时间内这些路由仍然会被路由器周期性地广播，这样相邻路由器就能迅速从路由表中删除该路由。

（二）RIPng的报文格式比较分析

RIPng是基于UDP的协议，并且使用端口号521发送和接收数据报。

RIPng报文大致可分为两类：

选路信息报文和用于请求信息的报文。

它们都使用相同的格式，由固定的首部和路由表项RTE（RouteTableEntry）组成，其中路由表项可以有多个。

首部包括命令字段和版本号字段。

同RIP一样，命令字段用来区分报文要实现的各种操作。

其中命令号1表示请求部分或全部选路信息，命令号2表示响应，其中包含一个或多个RTE。

路由器或主机可以通过发送请求命令向另一个路由器请求选路信息。

路由器使用响应命令回答。

版本号字段包含了协议的版本号（目前的版本号值为1），接收方会检测该字段，以确定对方运行的RIPng协议本地是否能进行正确的解释。

报文的剩余部分是一个RTE序列，其中每一个RTE由目的IPv6前缀、路由标记、前缀的有效长度以及到目的网络的花费等4部分组成。

IPv6的地址为128bit，因此在RTE中占用16字节。

路由标记字段是从RIP中保留下来的，其最主要的用途是用来对外部路由做标志，以区分内部路由和外部路由，供外部网关路由协议（如EGP或BGP）使用。

该字段也可用于其他目的，只要网络内所有运行RIPng的路由器对其解释是一致的。

前缀长度字段指明了前缀中有效位的长度，IPv6中使用了前缀长度的概念代替了IPv4中的子网掩码。

由于IPv6地址的意义很明确，因此RIPng中不再区分网络路由、子网路由或主机路由。

路由花费字段指明到目的网络的花费，由于RIPng的最大工作直径为15跳，因此该字段可以为1和15之间的任意值，16即意味着目的地不可达。

RIPng中仍然使用固定的度量方式，即该字段的含义只能是跳数，路由器不能对其进行其他的解释。

RIPng并没有限制报文的大小，RIPng报文所能携带的最大RTE的数目是由物理介质的MTU所决定的，计算公式如下：

报文长度=RTE数目×20+4

其中RTE数目的计算公式如下：

RTE数目=INT[（MTU-IPv6首部长度-UDP首部长度-RIPng首部长度）/RTE长度]

与RIPv2不同的是，RIPng的下一跳字段是由一个单独的RTE指定的。

RIPng使用单独的RTE表示下一跳的原因是IPv6的地址多达128bit，若将下一跳字段与目的网络地址放在同一个RTE中，则RTE的大小几乎将会增加一倍，因此RIPng中采取目的网络地址和下一跳分开的方法来减小RTE的长度。

在表示下一跳的RTE中，路由标记和前缀长度字段必须为零，而度量字段为0xFF。

（三）RIPv1、RIPv2和RIPng的比较

根据上面的介绍，我们应该看到RIPng的目标并不是创造一个全新的协议，而是对RIP进行必要的改造以使其适应IPv6下的选路要求，因此RIPng的基本工作原理同RIP是一样的，其主要的变化在地址和报文格式方面。

下面列举了一些RIPv1、RIPv2与RIPng之间的主要区别：

（1）地址版本。

RIPv1、RIPv2是基于IPv4的，地址域只有32bit，而RIPng基于IPv6，使用的所有地址均为128bit。

（2）子网掩码和前缀长度。

RIPv1被设计成用于无子网的网络，因此没有子网掩码的概念，这就决定了RIPv1不能用于传播变长的子网地址或用于CIDR的无类型地址。

RIPv2增加了对子网选路的支持，因此使用子网掩码区分网络路由和子网路由。

IPv6的地址前缀有明确的含义，因此RIPng中不再有子网掩码的概念，取而代之的是前缀长度。

同样也是由于使用了IPv6地址，RIPng中也没有必要再区分网络路由、子网路由和主机路由。

（3）协议的使用范围。

RIPv1、RIPv2的使用范围被设计成不只局限于TCP/IP协议簇，还能适应其他网络协议簇的规定，因此报文的路由表项中包含有网络协议簇字段，但实际的实现程序很少被用于其他非IP的网络，因此RIPng中去掉了对这一功能的支持。

（4）对下一跳的表示。

RIPv1中没有下一跳的信息，接收端路由器把报文的源IP地址作为到目的网络路由的下一跳。

RIPv2中明确包含了下一跳信息，便于选择最优路由和防止出现选路环路及慢收敛。

与RIPv2不同，为防止RTE过长，同时也是为了提高路由信息的传输效率，RIPng中的下一跳字段是作为一个单独的RTE存在的。

（5）报文长度。

RIPv1、RIPv2中对报文的长度均有限制，规定每个报文最多只能携带25个RTE。

而RIPng对报文长度、RTE的数目都不作规定，报文的长度是由介质的MTU决定的。

RIPng对报文长度的处理，提高了网络对路由信息的传输效率。

（6）安全性考虑。

RIPv1报文中并不包含验证信息，因此也是不安全的，任何通过UDP的520端口发送分组的主机，都会被邻机当作一个路由器，从而很容易造成路由器欺骗。

RIPv2设计了验证报文来增强安全性，进行路由交换的路由器之间必须通过验证才能接收彼此的路由信息，但是RIPv2的安全性还是很不充分的。

IPv6包含有很好的安全性策略，因此RIPng中不再单独设计安全性验证报文，而是使用IPv6的安全性策略。

（7）报文的发送方式。

RIPv1使用广播来发送路由信息，不仅路由器会接收到分组，同一局域网内的所有主机也会接收到分组，这样做是不必要的，也是不安全的。

因此RIPv2和RIPng既可以使用广播也可以使用多播发送报文，这样在支持多播的网络中就可以使用多播来发送报文，大大降低了网络中传播的路由信息的数量。

（四）RIPng存在的问题及改进方向

由于RIPng是从RIP改造而来，因此RIPng中仍然存在很多问题，所以RIPng的实现程序必须仔细地设计，以减少对网络效率带来的影响。

RIPng存在的问题主要有：

（1）协议的最大工作直径为15跳，因此限制了网络的规模。

（2）存在无限计数及慢收敛问题，可能产生路由环路，降低网络效率。

（3）使用固定的跳数作为路由花费的度量方式。

由于跳数仅是对网络的响应能力和容量的粗略估计，因此使用跳数有时并不能选出具有最小延迟或是最高带宽的路由。

（4）路由器之间的同步问题导致网络的周期性拥塞。

针对上述存在的这些问题，可以考虑从以下两个方面加以解决：

（1）根据网络的实际情况仔细设计无限值的大小。

无限值设计得太大，则当存在路由环路时，路由稳定的时间会增大，网络的效率也会降低。

但是无限值也不能设计得太小，如果设计得太小，则协议在实际应用中就会变得毫无用处。

因此RIPng比较适合中等规模的网络，而且也比较适合于网络拓扑结构经常发生变化的网络，这是因为路由表的更新是增量进行的，而且选路不需要进行复杂的运算。

（2）增大报文广播定时器周期的随机性。

RIPng中定时器的随机时间太短，一组路由器经过多次报文交换后，它们的周期会逐渐相同，从而导致这组路由器之间的同步。

解决这个问题的关键在于增加更新周期定时器中的随机部分，扩大不同路由器之间周期的差别，从而预防或中止路由器之间的同步现象。

对于RIPng中存在的一些其他问题，也有很多解决方案，但是这些方案实现起来很困难，并且是以牺牲RIPng协议的简单性为代价的，因此实践中应做适当的权衡。

另外这些改进措施目前并不是标准协议的一部分，因此并不是所有的路由器都会支持这些功能。

（五）RIPng的发展趋势

RIPng是随着IPv6的产生而产生的，因此RIPng的使用和推广也取决于IPv6的应用进程。

由于市场的影响以及超网编址、CIDR技术的产生，大大推迟了IP地址耗尽的时间，因此IPv6迄今为止尚未得到广泛的应用。

但是随着未来因特网的进一步发展，网络业务量的不断增加，包括IPv6在内的下一代路由器的实现就已经被提到议事日程了。

尽管新的IGP如OSPF，要比RIP优越得多，但是RIP在IPv4网络仍然被广泛使用，这是因为RIP有其他IGP所不具备的优点。

在一个中等规模的网络中，RIP非常容易配置，而且需要使用的带宽要比OSPF少得多，网络的维护和管理也相对简单。

因此可以预见，未来的IPv6网路中RIPng还将被广泛使用。

IETF已经为RIPng制定了相关的标准，随着IPv6试验网的展开，RIPng也将在实践中逐步完善。

由于RIPng协议与RIP相比改动不大，因此只要对现有设备进行适当改造就可以支持RIPng。

目前国外已经出现商用的支持RIPng的路由器产品，显然距离IPv6路由器的大规模产业化只是一个时间问题。

二、OSPFv3现状分析

（一）OSPFv3简介

OSPFv3是OSPF（OpenShortestPathFirst，开放式最短路径优先）版本3的简称，主要提供对IPv6的支持，遵循的标准为RFC2740（OSPFforIPv6）。

OSPFv3和OSPFv2在很多方面是相同的：

1.RouterID，AreaID仍然是32位的。

2.相同类型的报文：

Hello报文，DD（DatabaseDescription，数据库描述）报文，LSR（LinkStateRequest，链路状态请求）报文，LSU（LinkStateUpdate，链路状态更新）报文和LSAck（LinkStateAcknowledgment，链路状态确认）报文。

3.相同的邻居发现机制和邻接形成机制。

4.相同的LSA扩散机制和老化机制。

OSPFv3和OSPFv2的不同主要有：

1.OSPFv3是基于链路（Link）运行，OSPFv2是基于网段（Network）运行。

2.OSPFv3在同一条链路上可以运行多个实例。

3.OPSFv3是通过RouterID来标识邻接的邻居。

OSPFv2则是通过IP地址来标识邻接的邻居。

（二）OSPFv3与OSPFv2的报文类型比较分析

和OSPFv2一样，OSPFv3也有五种报文类型，分别是Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文。

这五种报文有相同的报文头，但是它和OSPFv2的报文头有一些区别，其长度只有16字节，且没有认证字段。

另外就是多了一个InstanceID字段，用来支持在同一条链路上运行多个实例。

OSPFv3的报文头如图2-2所示。

01531

Version#

Type

Packetlength

RouterID

AreaID

Checksum

InstanceID

0

图2-2OSPFv3报文头示意图

主要字段的解释如下：

1.Version#：

OSPF的版本号。

对于OSPFv3来说，其值为3。

2.Type：

OSPF报文的类型。

数值从1到5，分别对应Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文。

3.PacketLength：

OSPF报文的总长度，包括报文头在内，单位为字节。

4.InstanceID：

同一条链路上的实例标识。

5.0：

保留位，必须为0。

（三）OSPFv3与OSPFv2的LSA类型比较分析

LSA（LinkStateAdvertisement，链路状态通告）是OSPFv3协议计算和维护路由信息的主要来源。

在RFC2740中定义了七类LSA，描述如下：

1.Router-LSAs：

由每个路由器生成，描述本路由器的链路状态和开销，只在路由器所处区域内传播。

2.Network-LSAs：

由广播网络和NBMA（Non-BroadcastMulti-Access）网络的DR（DesignatedRouter，指定路由器）生成，描述本网段接口的链路状态，只在DR所处区域内传播。

3．Inter-Area-Prefix-LSAs：

和OSPFv2中的Type-3LSA类似，该LSA由ABR（AreaBorderRouter，区域边界路由器）生成，在与该LSA相关的区域内传播。

每一条Inter-Area-Prefix-LSA描述了一条到达本自治系统内其他区域的IPv6地址前缀（IPv6AddressPrefix）的路由。

4.Inter-Area-Router-LSAs：

和OSPFv2中的Type-4LSA类似，该LSA由ABR生成，在与该LSA相关的区域内传播。

每一条Inter-Area-Router-LSA描述了一条到达本自治系统内的ASBR（AutonomousSystemBorderRouter，自治系统边界路由器）的路由。

5.AS-external-LSAs：

由ASBR生成，描述到达其它AS（AutonomousSystem，自治系统）的路由，传播到整个AS（Stub区域除外）。

缺省路由也可以用AS-external-LSAs来描述。

6.Link-LSAs：

路由器为每一条链路生成一个Link-LSA，在本地链路范围内传播。

每一个Link-LSA描述了该链路上所连接的IPv6地址前缀及路由器的Link-local地址。

7.Intra-Area-Prefix-LSAs：

每个Intra-Area-Prefix-LSA包含路由器上的IPv6前缀信息，Stub区域信息或穿越区域（TransitArea）的网段信息，该LSA在区域内传播。

由于Router-LSA和Network-LSA不再包含地址信息，导致了Intra-Area-Prefix-LSAs的引入。

第三章基于IPv6的多路由协议网络设计

一、PacketTracer软件简介

PacketTracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，为学习思科网络课程的初学者去设计、配置和排除网络故障提供了网络模拟环境。

用户可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况。

可以学习IOS的配置、锻炼故障排查能力。

目前最新的版本是PacketTracer5.7。

它支持VPN,AAA认证等高级配置。

PackerTracer模拟器软件比Boson功能强大，比Dynamips操作简单，非常适合网络设备初学者使用，为我们熟悉路由器、交换器的命令，掌握路由器、交换机工作原理提供了有力的实验环境。

二、使用多种路由协议的原因

对于简单网络，简单路由协议的效果很好，但随着网络规模不断增大、越来越复杂，原来的路由协议可能不再是最佳路由协议,需要更换路由协议或运行多种路由协议。

下面列举了些需要使用多协议的情况：

（1）从较旧的IGP迁移到新IGP。

在新协议完全取代旧协议前，可能存在多个重分发边界，需要在迁移期间运行多种路由协议。

（2）想使用另一种路由协议，但由于主机系统的需求，需要保留原来的路由协议。

例如，基于UNIX主机的路由器可能只运行RIP。

（3）其他部门可能不想升级其路由器以支持新的路由协议。

（4）在多厂商路由器环境中，可在网络的Cisco部分使用Cisco路由协议（如EIGRP）,并使用基于通用标准的路由协议（如OSPF）与其他非Cisco设备通信。

（5）公司使用了服务提供商的第3层多协议标签交换（MFLS）虚拟专网（VPN）服务，但该服务提供商使用的IGP与公司使用的IGP不同。

三、IPv6多路由协议配置

（一）技术原理

为了能够运行多个路由协议进程，系统软件提供了路由信息从一个路由进程重分布到另一个路由进程的功能。

可以将OSPFv3路由域的路由重新分布后通告到