【TCP/IP详解 卷一：协议】第十章 动态选路协议

更为详细的RIP博客解析：

RIP理论

距离向量算法的简介：

RIP协议V-D算法的介绍

10.1 引言

静态选路修改路由表的三种方法

• (1)主机设置时，默认的路由表项
• (2)ICMP重定向报文(默认路由错误)
• (3)route命令

在上述方法都不成功的情况下，使用动态选路。

10.2 动态选路

当相邻路由器之间进行通信，以告知对方每个路由器当前所连接的网络，这时就出现了动态选路。

要点

• 动态选路 用 选路策略(由路由守护程序执行) 影响路由表的表项。
• 路由守护程序 决定了 把哪些路由 增添到路由表中 或者 删除。
• 路由器之间通信的方法：动态选路协议。
• 动态选路协议 运行在 路由守护程序。

在 路由守护程序 上运行的 动态选路协议 中，最重要的是 IGP协议(Interior Gateway Protocol)，即内部网关协议。

动态选路协议 有很多种，比如 IGP 和 EGP。

Internet 是以一组自治系统(AS)的方式组织的。每个自治系统可以选择 在该自治系统下(即 同一自治系统下) 各个路由器之间的 动态选路协议。这种协议(自治系统选择的，在其内部执行的) 称为 内部网关协议(IGP) 或者叫做 域内选路协议。

• 最常使用的 IGP 是 选路信息协议 RIP。 一种新的 IGP 是 开放最短路径优先 OSPF协议，它正在逐步取代 RIP。还有一种比较老的，以及被取代的 IGP：HELLO。

在 不同自治系统之间 路由器上 运行的 动态选路协议 是 外部网关协议(EGP) 或者是 域内选路协议 中的 分隔选路协议。

• 边界网关协议(BGP) 意在取代 EGP。

10.3 Unix选路守护程序

Unix系统上常常运行名为 routed 路由守护程序。另一个程序是 gated，动态路由协议 IGP 和 EGP，都支持它。

10.4 RIP：选路信息协议 用于路由器之间的通信

摘：RIP(Routing Information Protocol 路由信息协议)是一种简单的IGP。RIP是一个国际标准协议，所有的路由器厂商都支持它。RIP是 应用层协议 工作在 UDP的520端口 上，所有的 RIP数据包的源端口 和 目的端口的端口号 都是520。RIP 使用 距离矢量算法，当数据包通过一个路由器是一跳。RIP初始化时会从每个参与工作的接口上发送请求报文，该数据包向所有的RIP路由器请求一份对方完整的路由表，该请求以广播或点到点的形式发送到直连路由器。

10.4.1 RIP报文格式

命令字段：1 为请求，表示要求其他系统发送全部或部分路由表。2为应答，包含发送者全部或部分路由表。3和4舍弃不用。5 为轮询，6为轮询表项。
版本字段：通常为1，第二版 RIP为2。
度量：RIP的度量以跳计算。

RIP 报文最多可以通告25条路由。上限25 保证总长度为 25 × 20 + 4 = 504 < 512 bit。因此，发送整个路由表，需要多个RIP报文。

10.4.3 度量

RIP 所使用的度量是以跳(hop)来计数的。
如果相邻路由器通告它与其他网络路由的跳数为1，那么我们与那个网络的度量就是2。
所有直接相连接口的跳数为1。
最大的跳数为15。这意味着 RIP 只能在 主机间最大跳数值为15的AS 内使用。
跳数为16，代表无穷大，意味着没有到达的路由。

10.4.2 正常运行

(1)初始化：启动一个路由守护程序的时候，它先判断启动了哪些接口，并在接口上发送一个请求报文，要求其他路由器发送完整路由表。

• 如果是点对点链路 那么该请求 就是发送给其他终点的。
• 如果网络支持广播的话，那么这种请求就是以广播形式发送的。
• 之前有提到，目的UDP端口号为520，这是其他路由器的路由守护程序端口号。

(2)接收到请求：
如果是刚才提到的特殊请求(要求发送路由表)，那么路由器就将完整的路由表发送给请求者。
如果不是，处理请求中的每一个表项：

• 如果在自己的路由表中发现 某一个表项指明的路由，那么就将度量指定为我们的值。
• 如果没有发现，指定为16。

通常来说，在主机设置的过程中，就已经计算好各个路由的度量了。

(3)接收到响应：使响应生效，根据响应报文中的度量，可能会更新路由表。

(4)定期路由更新：每过30s，所有或者部分路由器 会把 它的完整路由表 发送给相邻路由器。可以是广播形式的(比如在以太网上面)。或者是发送给点对点链路的其他终点的。

10.4.4 问题

(1)RIP无法区分非0部分是一个子网号，还是一个主机地址。
(2)在链路或者路由器发送故障的时候，需要很长的一段时间才能稳定下来。
(3)采用跳数作为度量，最大跳数为15，限制了可以使用RIP的网络的大小。

包括RIP在内的V－D算法路径刷新协议，都有一个严重的缺陷，即“慢收敛”（slow convergence）问题，又叫“计数到无穷”(count to infinity)。如果出现环路，直到路径长度达到16，也就是说要经过7番来回（至少30×7秒），路径回路才能被解除，这就是所谓的慢收敛问题。

解决方法：

主要的解决方法有水平分割（split horizon）法和带触发更新的毒性逆转 (Posion Reverse with Triggered updates) 法。水平分割法的原理是：当网关从某个网络接口发送RIP路径刷新报文时，其中不能包含从该接口获得的路径信息。毒性逆转法的原理是：某路径崩溃后，最早广播此路径的网关将原路径继续保存在若干刷新报文中，但是指明路径为无限长。为了加强毒性逆转的效果，最好同时使用触发更新技术：一旦检测到路径崩溃，立即广播路径刷新报文，而不必等待下一个广播周期。

路由环路：百度百科

10.5 RIP 版本2

RIP-2 对 RIP 的定义进行了扩充，这些扩充并不改变协议本身，而是利用上面RIP报文格式中的 标注为“必须为0” 的协议来传递一些额外的东西。如果RIP协议 忽略这些必须为0的字段，那么RIP 和 RIP-2 可以互相操作。

• 版本号为2。
• 选路域：是一个选路守护程序的标识符，它指出了这个数据报的所有者。
• 选路标记：支持外部网关协议。
• 每个表项的子网掩码 应用于相应的IP地址上。
• 下一站IP地址指明发往目的IP地址的报文应该发往哪里，该字段为0 说明 发往目的地址的报文 应该 发送给 发送RIP报文的系统。
• RIP-2 提供了一种简单的认证机制。指定一个明文口令。
• RIP-2 除了广播，还支持多播。

关于RIP-2和RIP的区别，RIP的防环机制，RIPv1 RIPv2 的接收及发送机制，可以参考本篇随笔开头给出的《RIP理论》。

10.6 OSPF 开放最短路径优先

OSPF 是另外的一种 内部网关协议(IGP)。克服了RIP的所有限制。
RIP：采用距离向量法，而 OSPF 采用链路状态协议：路由器不与邻站交换距离信息。每个路由器主动的测试和邻站相连链路的状态，并将这些信息发送给它的其他邻站，而邻站将这些信息传播出去。每个路由器接收这些信息，建立起完整的路由表。>
链路状态协议 相比 距离向量协议 收敛的更快。收敛的意思是，在路由发生变化的时候，比如路由器关闭或者链路故障的时候，可以稳定下来。RIP处理 路由环路 的速度有点慢，也侧面说明了这一点。
OSPF 直接使用 IP，并不使用 TCP 或者 UDP。

其他还有一些优点，参见教材P103。其实根据 RIP的缺点就能够大致的推出 OSPF 的优点。

附：RIP的缺点

RIP的缺点：
1.仅以跳数作为度量值，常常不能计算出最优路径。
2.度量值以16跳为上限，不适合于大的网络。
3.安全性差，接受来自任何设备的路由更新，容易受到恶意的RIP欺骗。(单指RIPv1，RIPv2有密码验证机制)
4.不支持VLSM。(RIP采用子网掩码恢复机制，并不能解决这个问题)
5.收敛慢，RIP采用周期性的更新而不是触发更新。(如抑制计时器也增加了收敛时间)
6.带宽消耗大。RIP需要大量的信息交换：一方面，每个更新报文就每一条路由都包含一个条目，更新报文的大
  小相当于一个路由表(其条目数与网间网络数成正比)，而且其中的许多条目都是与当前路径刷新无关的；另一
  方面，所有网络都参与定期交换信息，要交换的信息量极大。

10.7 BGP 边界网关协议

是一种 外部网关协议，意在取代老的 EGP。
BGP 与其他BGP系统之间交换网络可到达信息(包括数据到达网络所必须经过的 自治系统AS 中的 所有路径)。根据这些信息，构成一幅自治系统连接图。然后根据连接图删除选路环，制定选路策略。
章节还介绍了一些其他的内容：本地流量(信宿IP地址 或者 信源IP地址 所指定的主机在该自治系统中) 和 通过流量。三种自治系统。
BGP 允许使用基于策略的选路。由 自治系统管理员 制订策略，并且 通过配置文件 将策略指定给 BGP。
BGP 与 RIP 和 OSPF 不同的地方在于：选择 TCP 作为传输层协议。
BGP 是一个 距离向量协议。

10.8 CIDR 无类型域间选路

CIDR 是一个防止 Internet 路由表膨胀 的方法，它也称为超网。
基本观点是，采用一种 分配多个IP地址 的方法，使他能够将路由表中的许多表项 总和 成更少的数目。

选路决策 基于 32 bit 的 IP地址和 32 bit 的掩码操作，不管 IP地址 是 A类 还是 B类 还是其他类。
即 路由表 和 路由算法 必须拓展成为 根据 32bit IP地址 和 32 bit 掩码 做出路由选择。

"IP地址有“类”的概念，/8掩码是A类，/16掩码是B类，/24掩码是C类等等。但是/12，/18，/25呢？这就是无类的概念了，CIDR的作用就是支持IP地址的无类规划，把IP的网段规划成更细的方式来表示，这样可以有效的节约IP地址的使用和方便管理。"

2016/8/1

这一块的内容较为晦涩，大概写了一个树形图在外面，归纳一下这几个协议的关系。

目的：改变路由表项

(1)分成静态路由(三种) 和 动态路由

(2)动态路由：路由守护程序 将 选路策略 添加到 路由表项。
* 路由守护程序 运行 动态选路协议(用于路由器之间交流)，动态选路协议 反馈信息(度量)到 路由守护程序。

(3)动态选路协议：内部 IGP，外部 EGP，外部 BGP(取代 EGP)，新 CIDR。

(4)内部IGP：最主要的 RIP，老的被淘汰的 HELLO，新的 OSPF(取代 RIP)。