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265第11章RIP路由协议本章能帮助大家掌握以下技术要点：①动态路由协议的分类和特点②RIP路由协议路由表的形成和维护③RIPv1和RIPv2之间的区别④RIP路由协议水平分割等规则的作用和原理第11章RIP路由协议266前面学习了静态路由，知道静态路由是需要管理员手工配置的，只能适合小型的、网络结构比较固定的应用环境。当网络范围增大一些，每台路由器需要访问的网段数目变成几十条甚至上百条，这个时候，如果还让管理员手工配置路由条目可行吗？如果不让管理员手工配置，那有什么办法让路由器知道这些非直连网段应该怎么到达呢？在本章中，将要学习一个动态路由协议——RIP(路由信息协议)，通过在路由器上配置RIP路由协议，就可以实现路由器之间自动学习路由信息的目的，那么下面，就开始本章的学习。11.1动态路由11.1.1动态路由概述虽然静态路由在某些时刻是很有用的，但是静态路由必须手工配置每一条路由条目，对于大中型的网络，或在拓扑经常改变的情况下，配置和维护静态路由的工作量变得非常繁重。因此使用动态路由是非常有必要的。动态路由是网络中的路由器之间互相通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明网络发生了变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。如图11.1所示，路由器在配置了接口的IP地址后，就会将直连网段存储在路由表中，如果使用静态路由，对于非直连的网段，需要在路由器上配置到达目标网段需要经过的下一跳地址，也就是说，需要人为指定一条数据传输的路径，手工构造路由表。如果使用动态路由协议，路由器之间就会将自己的路由信息向相邻的路由器发送，并接收相邻路由器发过来的路由信息，有选择地保存这些路由信息，生成自己的路由表。如图11.1所示，R1会将直连网段10.0.0.0和20.0.0.O的信息向R2发送，R2就能够学习到10．0．0．0网段，R2将10．0．O．O保存到自己的路由表中，还会向R3发送10．0．0．0、20.0.0.O和30.0.0.0网段的信息，这样，R3就能学习到10.0.0.0、20.0.0.O网段。图11.1动态路由协议动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。动态路由的特点如下：◇减少了管理任务。因为动态路由的过程完全是由路由器自己完成的，管理员只需做简单的配置即可，路由学习、路由转发和路由维护的任务都是由动态路由来完成的。配置了动态路由后，当网络拓扑发生变化时，不需要进行重新配置，动态路由会自己了解这些变化，从而修改路由表。第11章RIP路由协议267◇占用了网络的带宽。因为动态路由了解网络的方式是通过与其他路由器通信的方式进行的，每个路由器都要告诉其他路由器自己所知道的网络信息，同时还要从其他路由器学习自己所不知道的网络信息，这样就不可避免地发送包，这些路由信息包会占用一定的网络流量。静态路由和动态路由都有各自的特点和适用范围，在网络中静态路由和动态路由互相补充。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当一个包在路由器中进行路径选择时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由进行转发分组，否则再查找动态路由。当静态路由与动态路由发生冲突时，以静态路由为准。11.1.2动态路由协议在本节中将学习以下几个内容：◇动态路由协议概述◇度量值◇收敛1．动态路由协议概述动态路由是基于某种路由协议(RoutingProtocol)来实现的。路由协议定义了路由器在与其他路由器通信时的一些规则。也就是说，路由协议规定了路由器是如何来学习路由，是用什么标准来选择路由以及维护路由信息的行为等。动态路由协议就像路由器之间用来交流信息的语言，通过它，路由器之间可以共享网络连接信息和状态信息。动态路由协议不局限于路径的选择和路由表更新，当到达目的网络的最优路径出现问题时，动态路由协议可以在剩下的可用路径中，选择下一个最优路径进行替代。每一种动态路由协议都有它自己的路由选择算法，算法是解决问题的一系列步骤。一个路由选择算法至少要具备以下几个必要的步骤：◇向其他路由器传递路由信息。◇接收其他路由器的路由信息。◇根据收到的路由信息计算出到每个目的网络的最优路径，并由此生成路由表。◇根据网络拓扑的变化及时做出反应，调整路由生成新的路由表，同时把拓扑变化以路由信息的形式向其他路由器宣告。第11章RIP路由协议2682．度量值当到达同一个网段有两条或两条以上不同路径的时候，动态路由协议会选择一条最优的路径传输数据。路由协议是如何度量路径的优劣呢?如图11.2所示，路由器R1可以选择从R3到达网段192.168.1.O，也可以选择经过R2、R3到达网段192.168.1.O，这时，就需要路由协议使用一个合适的度量值来决定哪条路径是最优路径。图11.2动态路由协议的路径选择不同的路由协议使用不同的度量，有时还使用多个度量。下面一节将给出这些度量和其他常用度量的基本定义。更复杂的内容——例如路由选择协议怎样使用多个度量以及如何处理度量值相同的路由等——将在本教材的后面章节讨论。(1)跳数跳数(HopCount)度量可以简单地记录路由器跳数。如图11.2所示，R1要到达网段192.168.1.O，如果选择跳数作为度量值来衡量链路的优劣，那么，就会选择跳数较少的路径转发数据，即R1→R3→192.168.1.0。但是Rl→R3真的是最优的路径吗?R1→R3之间的链路带宽只有19.2Kbps，而Rl→R2→R3的路径带宽却是2Mbps。(2)带宽带宽(Bandwidth)度量将会选择高带宽路径，而不是低带宽路径。如图11.2中，如果将带宽作为度量值，选择的路径应该会是R1-R2-R3。然而带宽本身可能不是一个好的度量。例如一条12Mbps链路被其他流量过多占用，那么与一个128Kbps的空闲链路相比到底谁更好呢?或者与一条高带宽但时延也很大的链路相比又如何呢?(3)负载负载(Load)度量反映了占用沿途链路的流量大小。最优路径应该是负载最低的路径。不像跳数和带宽，路径上的负载会发生变化，因而度量也会跟着变化。这里需要当心。第11章RIP路由协议269如果度量变化过于频繁，路由摆动(最优路径频繁变化)可能经常发生。路由摆动会对路由器的CPU、数据链路的带宽和全网稳定性产生负面影响。(4)时延时延(Delay)度量数据包经过一条路径所花费的时间。使用时延作为度量值的路由选择协议将会选择使用最低时延的路径作为最优路径。有多种方法可以度量时延。时延不仅．要考虑链路时延，而且还要考虑路由器的处理时延和队列时延等因素；另一方面，路由的时延可能根本无法度量。因此，时延可能是沿途各接口所定义的静态时延的总和，其中每个独立的时延量是基于连接接口的链路类型估算而得到的。(5)可靠性可靠性(Reliability)度量用来度量链路在某种情况下发生故障的可能性，可靠性可以是变化的或固定的。链路发生故障的次数或特定时间间隔内收到错误的次数都是可变可靠性度量的例子。固定可靠性度量是基于管理员确定的一条链路的已知量。可靠性最高的路径将被最优先选择。(6)成本成本(Cost)是用来描述路由优劣的一个通用术语，最小成本(最高成本)或最短(最长)仅仅指的是路由选择协议基于自己特定的度量对路径的一种看法。网络管理员可以对Cost进行手工定义。3．收敛动态路由选择协议必须包含一系列过程，这些过程用于路由器向其他路由器通告本地直连网络，接收并处理来自其他路由器的同类信息，中继从其他路由器接收到的信息。此外，路由选择协议还需要定义决定最优路径的度量。对路由选择协议来说，另一个标准是互联网络上所有路由器的路由表中的可达信息必须一致。使所有路由表都达到一致状态的过程叫做收敛(Convergence)。全网实现信息共享以及所有路由器计算最优路径所花费的时间的总和就是收敛时间。11.1.3动态路由协议的分类常见的路由协议类型有：距离矢量路由协议和链路状态路由协议。其中距离矢量路由协议依据从源网络到目标网络所经过的路由器的个数来选择路由，典型的协议如：RIP和IGRP。链路状态路由协议会综合考虑从源网络到目标网络的各条路径的情况来选择路由，典型的协议如：OSPF和IS-IS。1．距离矢量路由协议距离矢量名称的由来是因为路由是以矢量(距离、方向)的方式被通告出去的，其中距离是根据度量定义的，方向是根据下一跳路由器定义的。例如，“朝下一跳路由器X的方向可以到达目标A，距此5跳之远”。这个表述隐含着每个路由器向邻接路由器学习它们所观察到的路由信息，然后再向外通告自己观察到的路由信息。因为每个路由器在信息上都依赖于邻接路由器，而邻接路由器又从它们的邻接路由器那里学习路由，依次类推，所以距离矢量第11章RIP路由协议270路由选择有时又被认为是“依照传闻进行路由选择”。(1)定期更新(PeriodicUpdates)定期更新意味着每经过特定时间周期就要发送更新信息。这个时间周期在10s(AppleTalkRTMP)～90s(CISCO的IGRP)之间。这里引起争论的是如果更新信息发送过于频繁可能会引起拥塞；但如果更新信息发送不频繁，收敛时间可能长得不能被接受。(2)邻居(Neighbors)在路由器看来，邻居通常意味着共享相同数据链路的路由器。距离矢量路由选择协议向邻接路由器发送更新信息，并依赖邻居向它的邻居传递更新信息。因此，距离矢量路由协议被说成是使用逐跳更新方式。(3)广播更新(BroadcastUpdate)当路由器首次在网络上被激活时，路由器怎样寻找其他路由器呢?它又是怎样宣布自己的存在呢?这里有几种方法可用。最简单的方法是向广播地址(在IP网络中，广播地址是255.255.255.255)发送更新信息。使用相同路由选择协议的邻居路由器将会收到广播数据包并且采取相应的动作。不关心路由更新信息的主机和其他设备仅仅丢弃该数据包。(4)全路由表更新(FullRoutingTableUpdate)大多数距离矢量路由协议使用非常简单的方法告诉邻居它所知的一切，该方法就是广播它的整个路由表，但在下一章会讨论几个特例。邻居在收到这些更新信息之后，它们会收集自己需要的信息，其他则被丢弃。2．链路状态路由协议距离矢量路由协议所使用的信息可以比喻为路标提供的信息。链路状态路由协议像是一张公路线路图。链路状态路由器是不容易被欺骗而做出错误的路由决策的，因为它有一张完整的网络图。链路状态不同于距离矢量依照传闻进行路由选择的工作方式，原因是链路状态路由器从对等路由器那里获取第一手信息。每台路由器会产生一些关于自己、本地直连网络以及这些链路状态的信息。这些信息从一台路由器传送到另一台路由器，每台路由器都做一份信息备份，但是决不改动信息。最终目的是每台路由器都有一个相同的有关互联网络的信息，并且每台路由器可以独立地计算各自的最优路径。关于链路状态路由协议的内容，将在后续课程中详细讨论。11.2RIP路由协议11.2.1RIP路由协议概述RIP协议作为最早的距离矢量型IP路由选择协议依然被广泛地使用着，当前存在着两个版本：RIPv1(版本1)和RIPv2(版本2)。RIP协议虽然没有后来一些路由选择协议功能强大，但它简单易用，已有广泛的应用，意味着RIP协议在实际网络的实施中碰到的兼容性总是会比较少。在小型网络数据互联的设第11章RIP路由协议271计中，RIP协议还是经常会被采用。在这些限定条件下，尤其是在许多UNIX环境下，RIP协议依然是一个受欢迎的路由选择协议。11.2.2RIP路由协议的工作原理在本节中将学习以下几个内容：◇路由表的形成◇RIP的度量值◇RIP的计时器◇水平分割(SplitHorizon)1．路由表的形成如图11.3所示连接路由器，在为路由器配置了接口的IP地址，并且接口up的情况下，每个路由器的路由表中会出现直连路由的条目。如果为路由器配置了RIP路由协议，路由器之间就会互相发送自己的路由表信息。图11.3路由表的形成(1)