通信工程師傳輸與接入考試互聯(lián)網(wǎng)工作過程

  10.6  互聯(lián)網(wǎng)工作過程
  10.6.1  路由協(xié)議
  路由協(xié)議使路由器能夠與其他路由器交換有關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂蛇_(dá)性的信息。任何路由器的首要目標(biāo)都是保證網(wǎng)絡(luò)中所有的路由器都具有一個(gè)完整準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，這樣，每個(gè)路由器都根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?shù)據(jù)庫來計(jì)算各自的路由表。正確的路由表能夠提高IP分組正確到達(dá)目的地的概率；不正確或不完整的路由表易于導(dǎo)致IP分組不能到達(dá)其目的地，更壞的情況是它可能在網(wǎng)絡(luò)上循環(huán)一段較長時(shí)間，白白地消耗了帶寬和路由器上的資源。
  路由協(xié)議可以分為域內(nèi)(Intradomain)和域間(Interdomain)兩類。一個(gè)域通常又可以被稱為自治系統(tǒng)(AS：Autonomous System)。 AS是一個(gè)由單一實(shí)體進(jìn)行控制和管理的路由器集合，采用一個(gè)AS(如AS3)號(hào)來標(biāo)識(shí)。域內(nèi)協(xié)議被用在同一個(gè)AS中的路由器之間，其作用是計(jì)算AS中的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的最快或者費(fèi)用最低的通路，以達(dá)到最佳的網(wǎng)絡(luò)性能。域間協(xié)議被用在不同自治域中的路由器之間，其作用是計(jì)算那些需要穿越不同自治域系統(tǒng)的通路。由于這些自治域系統(tǒng)是由不同的組織管理的，因此在選擇穿越AS的通路時(shí)，我們所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)將不只局限于通常所說的性能，而且要依據(jù)多種特定的策略和標(biāo)準(zhǔn)，如費(fèi)用、可用性、性能、AS之間的商業(yè)關(guān)系等。
  1．RIP
  RIP最初是為Xerox網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Xerox parc通用而設(shè)計(jì)的協(xié)議，是Internet中常用的路由協(xié)議。RIP采用距離向量算法，即路由器根據(jù)距離選擇路由，所以也稱為距離向量協(xié)議。路由器收集所有可到達(dá)目的地的不同路由，并且保存有關(guān)到達(dá)每個(gè)目的地的最少站點(diǎn)數(shù)的路由信息，除到達(dá)目的地的最佳路徑外，任何其他信息均予以丟棄。同時(shí)路由器也把所收集的路由信息用RIP通知相鄰的其他路由器。這樣，正確的路由信息逐漸擴(kuò)散到了全網(wǎng)。
  RIP使用非常廣泛，它簡單、可靠、便于配置。但是RIP只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗试S的最大站點(diǎn)數(shù)為15，任何超過15個(gè)站點(diǎn)的目的地均被標(biāo)記為不可達(dá)。而且RIP每隔30 s一次的路由信息廣播也是造成網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴的重要原因之一。
  2．OSPF協(xié)議
  20世紀(jì)80年代中期，RIP已不能適應(yīng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，OSPF隨之產(chǎn)生。它是互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組織(IETF)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組為IP網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一種路由協(xié)議。
  OSPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個(gè)路由器向其同一管理域的所有其他路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其他一些變量。利用OSPF的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計(jì)算出到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。而基于距離向量的路由協(xié)議僅向其鄰接路由器發(fā)送有關(guān)路由更新信息。
  與RIP不同，OSPF將一個(gè)自治域再劃分為區(qū)，相應(yīng)地，有兩種類型的路由選擇方式：當(dāng)源和目的地在同一區(qū)時(shí)，采用區(qū)內(nèi)路由選擇；當(dāng)源和目的地在不同區(qū)時(shí)，則采用區(qū)間路由選擇。這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)開銷，并增加了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)一個(gè)區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時(shí)并不影響自治域內(nèi)其他區(qū)路由器的正常工作，這也給網(wǎng)絡(luò)的管理、維護(hù)帶來了方便。
  3．BGP協(xié)議
  BGP是為TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于多個(gè)自治域之間。BGP的主要目標(biāo)是為處于不同AS中的路由器之間進(jìn)行路由信息通信提供保證。它既不是基于純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其他自治域交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性信息。
  在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的時(shí)候，不同自治域的相鄰路由器(運(yùn)行BGP協(xié)議)之間互相打開一個(gè)TCP連接(保證傳輸?shù)目煽啃?，然后交換整個(gè)路由信息庫。從那以后，只有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和策略發(fā)生改變時(shí)，才會(huì)使用BGP更新消息發(fā)送。一個(gè)BGP更新消息可以聲明或撤銷到一個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性。在BGP更新消息中也可以包含通路的屬性，屬性信息可被BGP路由器用于在特定策略下建立和發(fā)布路由表。

  4．路由協(xié)議生成路由表的過程
  我們以O(shè)SPF為例介紹路由表的生成過程，其工作過程如下：
  OSPF的目的是計(jì)算出一條經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)的最小費(fèi)用的路由，這個(gè)費(fèi)用基于用戶可設(shè)置的費(fèi)用量度。用戶可以將費(fèi)用設(shè)置為表示時(shí)延、數(shù)據(jù)率、現(xiàn)金花費(fèi)或其他因素的一個(gè)函數(shù)。OSPF能夠在多個(gè)同等費(fèi)用的路徑之間平均分配負(fù)載。
  每個(gè)路由器都維護(hù)一個(gè)數(shù)據(jù)庫，這個(gè)數(shù)據(jù)庫反映了該路由器所掌握的所屬自治系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擁有有向圖表示。
  圖10.22是一個(gè)用6個(gè)路由器將5個(gè)子網(wǎng)連接起來的互聯(lián)網(wǎng)示例。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)路由器都維護(hù)一個(gè)有向圖的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是通過從互聯(lián)網(wǎng)的其他路由器上得到的鏈路狀態(tài)信息拼湊而成的。路由器使用Dijkstra算法對(duì)有向圖進(jìn)行分析，計(jì)算到所有目的網(wǎng)絡(luò)的最小費(fèi)用路徑。圖10.22(a)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，圖10.22(b)是網(wǎng)絡(luò)有向圖。在有向圖中，每個(gè)路由器接口的輸出側(cè)都有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的費(fèi)用，這個(gè)費(fèi)用可以由系統(tǒng)管理員配置。圖10.22 (b)中的弧被標(biāo)記為相應(yīng)的路由器到輸出接口的費(fèi)用，沒有標(biāo)記費(fèi)用的弧，其費(fèi)用為0。從網(wǎng)絡(luò)到路由器的弧的費(fèi)用永遠(yuǎn)為0(這是一個(gè)約定)，比如N1到R1、R2、R3，N2到R3，N3到R4、R5、R6，N4到R5以及N5到R6的費(fèi)用始終為0。

  圖10.22(c)為路由器1經(jīng)過運(yùn)算得到的生成樹。需要注意的是，從R1到達(dá)N3的路由有兩條，分別為R1→R4→N3和R1→N1→R2→N5→N3，兩條路由的費(fèi)用分別為10和14，費(fèi)用為10 的路由被保留下來，另外一條路由則被刪除。
  表10.5  路由器R1的路由表

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