動態(tài)路由協(xié)議

• 動態(tài)路由協(xié)議基礎(chǔ)

1. 動態(tài)路由概述

動態(tài)路由是網(wǎng)絡(luò)中路由器之間互相通信，傳遞路由信息，利用收到的路由信息更新路由表的過程。它能實(shí)時(shí)的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化。如果路由更新信息表明網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了變化，路由選擇軟件就會重新計(jì)算路由，并發(fā)出新的路由更新信息。這些信息通過各個網(wǎng)絡(luò)，引起各路由器重新啟動其路由算法，并更新各自的路由表以動態(tài)的反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?/span>

如果使用動態(tài)路由協(xié)議，路由器之間就會將自己的路由信息向相鄰的路由器發(fā)送，并接收相鄰路由器發(fā)過來的路由信息，有選擇的保存這些路由信息，生成自己的路由表。

動態(tài)路由適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。動態(tài)路由的特點(diǎn)如下：

• 減少了管理任務(wù)。因?yàn)閯討B(tài)路由的過程完全是由路由器自己完成的，管理員只需做簡單的配置即可，路由學(xué)習(xí)、路由轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)的任務(wù)都是由動態(tài)路由來完成的。配置了動態(tài)路由后，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，不需要進(jìn)行重新配置，動態(tài)路由會自己了解這些變化，從而修改路由表。

• 占用了網(wǎng)絡(luò)的帶寬。因?yàn)閯討B(tài)路由是通過與其他路由器通信來了解網(wǎng)絡(luò)的，每個路由器都要告訴其他路由器自己所知道的的網(wǎng)絡(luò)信息，同時(shí)還要從其他路由器學(xué)習(xí)自己所不知道的網(wǎng)絡(luò)信息，這樣就不可避免的發(fā)送包，而這些路由信息包會占用一定的網(wǎng)絡(luò)流量。

1. 動態(tài)路由協(xié)議

2. 動態(tài)路由協(xié)議概述

動態(tài)路由是基于某種路由協(xié)議（Routing Protocol）來實(shí)現(xiàn)的。路由協(xié)議定義了路由器在與其他路由器通信時(shí)一些規(guī)則。也就是說，路由協(xié)議規(guī)定了路由器是如何來學(xué)習(xí)路由的，是用什么標(biāo)準(zhǔn)來選擇路由以及維護(hù)路由信息的等。

動態(tài)路由協(xié)議就像路由器之間用來交流信息的語言，通過它，路由器之間可以共享網(wǎng)絡(luò)連接信息和狀態(tài)信息。動態(tài)路由協(xié)議不局限于路徑的選擇和路由表的更新，當(dāng)?shù)竭_(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路徑出現(xiàn)問題時(shí)，動態(tài)路由協(xié)議可以在剩下的可用路徑中，選擇下一個最優(yōu)路徑進(jìn)行替代。

每一種動態(tài)路由協(xié)議都有它自己的路由選擇算法，算法是解決問題的一系列步驟。一個路由選擇算法至少要具備以下幾個必要的步驟：

1. 向其他路由器傳遞路由信息。

2. 接收其他路由器的路由信息。

3. 根據(jù)收到的路由信息計(jì)算出每個目的網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路徑，并由此生成路由表。

4. 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓皶r(shí)作出反應(yīng)，調(diào)整路由生成新的路由表，同時(shí)把拓?fù)渥兓月酚尚畔⒌男问较蚱渌酚尚畔⑿妗?/span>

5. 度量值

不同的路由協(xié)議使用不同的度量，有時(shí)還使用多個度量。

• 跳數(shù)：跳數(shù)（Hop Count）度量可以簡單的記錄路由器的跳數(shù)。

• 帶寬：帶寬（Bandwidth）度量將會選擇高帶寬路徑，而不是低帶寬路徑。

• 負(fù)載：負(fù)載（Load）度量反映了占用沿途鏈路的流量大小。最優(yōu)路徑應(yīng)該是負(fù)載最低的路徑。不像跳數(shù)和帶寬，路徑上的負(fù)載會發(fā)生變化，因而度量也會跟著變化。這時(shí)需要注意，如果度量變化過于頻繁，路由擺動（最優(yōu)路徑頻繁變化）可能經(jīng)常發(fā)生。路由擺動會對路由器的CPU、數(shù)據(jù)鏈路的帶寬和全網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。

• 時(shí)延：時(shí)延（Delay）度量數(shù)據(jù)包經(jīng)過一條路徑所花費(fèi)的時(shí)間。使用時(shí)延作為度量值的路由選擇協(xié)議時(shí)將會選擇使用最低時(shí)延的路徑作為最優(yōu)路徑。

• 可靠性：可靠性（Reliability）度量用來度量鏈路在某種情況下發(fā)生故障的可能性?？煽啃钥梢允亲兓幕蚬潭ǖ摹ｆ溌钒l(fā)生故障的次數(shù)或特定時(shí)間間隔內(nèi)收到錯誤的次數(shù)都是可變可靠性度量的例子。固定可靠性度量是基于管理員確定的一條鏈路的已知量?？煽啃宰罡叩穆窂綄⒈蛔顑?yōu)先選擇。

• 成本：成本（Cost）是用來描述路由優(yōu)劣的一個通用術(shù)語，最小成本（最高成本）或最短（最長）僅僅指的是路由協(xié)議基于自己特定的度量對路徑的一種看法。網(wǎng)絡(luò)管理員可以對Cost進(jìn)行手工定義。

1. 收斂

動態(tài)路由選擇協(xié)議必須包含一系列過程，這寫過程用于路由器向其他路由器通告本地直連網(wǎng)絡(luò)，接收并處理來自其他路由器的同類信息，中繼從其他路由器接收到的信息。此外，路由選擇協(xié)議還需要定義決定最優(yōu)路徑的度量。對路由選擇協(xié)議來說，另一個標(biāo)準(zhǔn)是互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上所有路由器的路由表中的可達(dá)信息必須是一致。使所有路由表都達(dá)到一致狀態(tài)的過程叫做收斂（Convergence）。全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享以及所有路由器計(jì)算最優(yōu)路徑所花費(fèi)的時(shí)間的總和就是收斂時(shí)間。

1. 靜態(tài)路由和動態(tài)路由

通過動態(tài)路由的學(xué)習(xí)，感覺動態(tài)路由協(xié)議比靜態(tài)路由協(xié)議要好。動態(tài)路由協(xié)議就是自動檢測并隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖儞Q更新路由表。靜態(tài)路由協(xié)議對于大中型網(wǎng)絡(luò)來說管理是困難的，但在小型網(wǎng)絡(luò)中配置靜態(tài)路由是十分方便的。

靜態(tài)路由和動態(tài)路由都有各自的特點(diǎn)和實(shí)用范圍，在網(wǎng)絡(luò)中靜態(tài)路由和動態(tài)路由互相補(bǔ)充。在所有的路由中，除直連路由外靜態(tài)路由的優(yōu)先級最高。當(dāng)一個包在路由器中進(jìn)行路徑選擇時(shí)，路由器首先查找靜態(tài)路由，如果查到則根據(jù)相應(yīng)的靜態(tài)路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)分組，否則再查找動態(tài)路由。當(dāng)靜態(tài)路由與動態(tài)路由發(fā)生沖突時(shí)，以靜態(tài)路由為準(zhǔn)。

• 動態(tài)路由協(xié)議分類

常見的路由協(xié)議可以分為距離矢量路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。其中距離矢量路由協(xié)議依據(jù)從源網(wǎng)絡(luò)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)所經(jīng)過的路由器的個數(shù)來選擇路由，典型的協(xié)議如RIP和IGRP。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議會綜合考慮從源網(wǎng)絡(luò)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的各種路徑的情況來選擇路由，典型的協(xié)議如OSPF和IS-IS。

1. 距離矢量路由協(xié)議

距離矢量名稱的由來是因?yàn)槁酚墒且允噶浚ň嚯x、方向）的方式被通告出去的，其中距離是根據(jù)度量定義的，方向是根據(jù)下一跳路由器定義的。例如，“朝下一跳路由器X的方向可以到達(dá)目標(biāo)A，距此5跳之遠(yuǎn)”，這個表述隱含著每個路由器向鄰接路由器學(xué)習(xí)它們所觀察到的路由信息，然后再向外通告自己觀察到的路由信息。因?yàn)槊總€路由器在信息上都依賴于鄰接路由器，而鄰接路由器又從它們的鄰接路由器那里學(xué)習(xí)路由，以此類推，所以距離矢量路由選擇有時(shí)又被認(rèn)為是“依據(jù)傳聞進(jìn)行路由選擇”。

1. 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議

距離矢量路由協(xié)議所使用的信息可以比喻為路標(biāo)提供的信息，而鏈路狀態(tài)路由協(xié)議像是一張公路線路圖。鏈路狀態(tài)路由器是不容易被欺騙而做出錯誤的路由決策的，因?yàn)樗幸粡埻暾木W(wǎng)絡(luò)圖。鏈路狀態(tài)不同于距離矢量依照傳聞進(jìn)行路由選擇的工作方式，原因是鏈路狀態(tài)路由器從對等路由器那里獲取第一手信息。每臺路由器會產(chǎn)生一些關(guān)于自己、本地直連網(wǎng)絡(luò)以及這些鏈路狀態(tài)的信息。這些信息從一臺路由器傳送到另一臺路由器，每臺路由器都做一份信息備份，但是絕不改動信息。最終目的是每臺路由器都有一個相同的有關(guān)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息，并且每臺路由器可以獨(dú)立的計(jì)算各目的最優(yōu)路徑。

• RIP路由協(xié)議工作原理

• 定期更新（Periodic Updates）：定期更新意味著每經(jīng)過特定時(shí)間周期就要發(fā)送更新信息。需要注意，如果更新信息的發(fā)送過于頻繁可能會引起擁塞，但如果更新信息發(fā)送不頻繁，網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間可能長得難以接受。

• 鄰居（Neighbors）：在路由器看來，鄰居通常意味著共享相同數(shù)據(jù)鏈路的路由器。距離矢量路由選擇協(xié)議向鄰居路由器發(fā)送更新信息，并依賴鄰居向它的鄰居傳遞更新信息。因此，距離矢量路由協(xié)議被說成是使用逐跳更新方式。

• 廣播更新（Broadcast Update）：當(dāng)路由器首次在網(wǎng)絡(luò)上被激活時(shí)，路由器怎樣尋找其他路由器呢？它又是怎樣宣布自己的存在呢？最簡單的方法是向廣播地址（在IP網(wǎng)絡(luò)中，廣播地址是255.255.255.255）發(fā)送更新信息。使用相同路由器選擇協(xié)議的鄰居路由器將會收到廣播數(shù)據(jù)包，并且采取相應(yīng)的動作。不關(guān)心路由更新信息的主機(jī)和其他設(shè)備會丟棄該數(shù)據(jù)包。

• 全路由表更新（Full Routing TableUpdate）：大多數(shù)距離矢量路由協(xié)議使用非常簡單的方法告訴鄰居它所知的一切，該方法就是廣播它的整個路由表。鄰居在收到這些更新信息之后，會收集自己需要的信息，其他則被丟棄。

1. 路由表的形成

在為路由器配置了接口的IP地址，并且在接口up的情況下，每個路由器的路由表中會出現(xiàn)直連路由的條目。如果為路由器配置了RIP路由協(xié)議，路由器之間就會互相發(fā)送自己的路由表信息。

路由器接收到相鄰路由器發(fā)送來的路由信息，會與自己路由表中的條目進(jìn)行比較，如果路由表中已經(jīng)有這條路由信息，路由器會比較新接收到的路由信息是否優(yōu)先于現(xiàn)有的條目。如果優(yōu)先于現(xiàn)有的條目，路由器會用新的路由信息替換原有的路由條目。反之，則路由器比較這條路由信息與原有的條目是否來自同一個源，如果來自同一個源，則更新，否則就忽略這條路由信息。

1. RIP的度量值與更新時(shí)間

2. RIP的度量值

RIP路由協(xié)議使用跳數(shù)作為唯一的度量值。

在RIP中規(guī)定了跳數(shù)的最大值為15, 16跳視為不可達(dá)。因此，RIP路由協(xié)議不適用與大型的廣域網(wǎng)。

1. RIP的更新時(shí)間

RIP使用UDP協(xié)議，端口號是520

路由器啟動后，平均每隔30s就從每個啟動RIP協(xié)議的接口不斷的發(fā)送出路由更新消息。

1. 水平分割（Split Horizon）

   網(wǎng)絡(luò)收斂后，路由器仍然在以30s的時(shí)間間隔向外發(fā)送整個路由表。

執(zhí)行水平分割可以阻止路由環(huán)路的發(fā)生，水平分割的規(guī)則是：從一個接口學(xué)習(xí)到路由信息，不再從這個接口發(fā)送出去。水平分割不僅能夠阻止路由環(huán)路的產(chǎn)生，同時(shí)也能減少路由更新信息占用的鏈路帶寬資源。

• RIP路由協(xié)議的配置和驗(yàn)證

1. 配置命令

   配置RIP路由協(xié)議，首先要在路由器上啟動RIP進(jìn)程。

   啟動RIP進(jìn)程的命令如下：

Router(config)#router  rip

Router(config-router)#                                             

   然后要將路由器上所有啟動RIP的接口的主網(wǎng)絡(luò)號宣告出去，命令如下：

Router(config-router)# network network-number                      

1. 驗(yàn)證配置的命令

• 查看路由表

使用查看路由表命令查看路由表是否通過RIP協(xié)議學(xué)習(xí)到了正確的路由條目，命令如下：

Router# show ip route                                           

在路由表中可以看到網(wǎng)絡(luò)中所有的網(wǎng)段，表明RIP的配置正確。在路由條目中前面有標(biāo)記C的為直連路由，標(biāo)記R的為通過RIP路由協(xié)議學(xué)習(xí)到的路由。在網(wǎng)段號后面的[120/1]表示管理距離（優(yōu)先級）和度量值（跳數(shù)）。

管理距離是一種優(yōu)先級度量，當(dāng)兩種路由方式到達(dá)同一網(wǎng)絡(luò)時(shí)，路由器會選擇管理距離較小的路由來到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)段。靜態(tài)路由的管理距離為1，而RIP協(xié)議的管理距離為120，因此，如果到達(dá)同一網(wǎng)段，同時(shí)配置了靜態(tài)路由和RIP，路由器會選擇靜態(tài)路由指向的路徑來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

RIP的優(yōu)先級：120，OSPF的優(yōu)先級：110

• 查看路由協(xié)議的配置

使用查看路由協(xié)議配置的命令，可以查看關(guān)于RIP計(jì)時(shí)器，使用的版本、宣告的網(wǎng)段等信息，命令如下：

Router#show ip protocols                                       

默認(rèn)情況下，RIP使用版本1發(fā)送路由更新，可以接受v1和v2兩個版本的路由的更新。

• RIP v1與TIP v2

RIP路由協(xié)議包含兩個版本，RIP v1和RIP v2。版本1和版本2主要的區(qū)別如下：

• RIP v1廣播發(fā)送路由更新，廣播地址為255.255.255.255；RIP v2組播發(fā)送路由更新，組播地址為224.0.0.9

• RIP v1是有類路由（Classful）協(xié)議，它們在宣告路由信息時(shí)不攜帶網(wǎng)絡(luò)掩碼；而RIP v2是無類路由（Classless）協(xié)議，它們在宣告路由信息時(shí)攜帶網(wǎng)絡(luò)掩碼。

  有類路由協(xié)議的另一個特點(diǎn)是在邊界路由器上自動進(jìn)行路由匯總。

• RIP v2的配置

  配置RIP協(xié)議，使用版本v2的命令如下：

Router(config)#router rip

Router(config-router)#version 2

RIP v2默認(rèn)情況下在主網(wǎng)絡(luò)邊界上進(jìn)行路由匯總，因此需要關(guān)閉路由匯總功能。

Router(config-router)#no auto-summary

    接著宣告主網(wǎng)絡(luò)號。

Router(config-router)#network network-number

• 驗(yàn)證RIP v1和RIP v2

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：

   按如圖所示的拓?fù)鋱D連接網(wǎng)絡(luò)，其中10.1.1.0/24和10.1.2.0/24分別使用Loopback接口。

需求描述：

   要求分別配置RIP v1和RIP v2，并驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)是否可以正常通信。

具體步驟：

1. 配置路由器的接口地址，實(shí)現(xiàn)路由器互通

2. 配置RIP v1協(xié)議，使用show ip route 查看路由表，在R2上pingR1或R3的Loopback接口地址，驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)通信是否正常。

1. 配置RIP v2協(xié)議，使用ping、showip route查看命令，驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)通信是否正常。

• RIP配置

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：

   按如圖所示的拓?fù)鋱D連接網(wǎng)絡(luò)，通過配置路由器實(shí)現(xiàn)公司內(nèi)部全網(wǎng)互通，具體規(guī)劃情況如下。

• R1和R2的互聯(lián)地址：192.168.0.0/24，R1和R3的互聯(lián)地址：192.168.1.0/24，R2和R3的互聯(lián)地址：192.168.2.0/24，R3和R4的互聯(lián)地址：192.168.3.0/24。

• 使用路由器的Loopback接口模擬公司內(nèi)部的客戶端主機(jī)，R1的Loopback0：192.168.10.0/24，R2的Loopback0:192.168.20.0/24，R2的Loopback0:192.168.30.0/24，R4的Loopback0:192.168.40.0/24。

需求描述：

   為了避免由于網(wǎng)段的變更導(dǎo)致頻繁的配置，要求使用RIP路由器協(xié)議。

具體步驟：

1. 配置路由器的接口地址，實(shí)現(xiàn)路由器互通。

2. 配置RIP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通。

1. 使用show ip route命令查看路由表

1. 使用ping命令驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)和RIP協(xié)議正常