常用動態(tài)路由協(xié)議的分析及比較

摘要:在Internet中，路由協(xié)議的選擇直接影響到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。該文主要介紹了幾種常用動態(tài)路由協(xié)議的工作原理，并對動態(tài)協(xié)議的特點(diǎn)進(jìn)行了分析、比較，并對選擇何種路由協(xié)議進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞:路由協(xié)議;動態(tài)路由

中圖分類號:TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)25-7108-02

The Analysis and Analogy of Common Principal Dynamic Routing Protocols

ZHANG Hai-ting

(Hydrological and Water Resources Survey Bureau of Jining， Jining 272019， China)

Abstract: The choice of routing protocols is very essential in internet network. This article deals with the working principle of different dynamic routing protocols and expounds how to select routing through analysis and analogy the feature of dynamic protocols.

Key words: routing protocol; dynamic routing

路由選擇協(xié)議[1]是管理路由器之間交換路由信息，建立和維護(hù)路由表，從而使路由器知道往何處轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的規(guī)則。根據(jù)路由選擇方式的不同， 路由分為靜態(tài)路由和動態(tài)路由。靜態(tài)路由是由網(wǎng)絡(luò)管理員采用手工方法在路由器中配置的路由表，除非管理員改動，否則靜態(tài)路由就不會發(fā)生變化。由于靜態(tài)路由不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化，所以一般用于規(guī)模較小，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭^穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)中。靜態(tài)路由簡單、可靠，可以精確控制路由選擇，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能，減少路由器的開銷。在所有路由中，靜態(tài)路由的優(yōu)先級最高，即當(dāng)動態(tài)路由與靜態(tài)路由沖突時(shí)，以靜態(tài)路由為準(zhǔn)[2-3] 。

動態(tài)路由是網(wǎng)絡(luò)中的路由器之間相互交換路由信息來更新路由表的過程。它能靈活地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化，自動更新路由信息，其適用于規(guī)模較大、拓?fù)漭^復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，但會不同程度地占用網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU資源。在實(shí)際應(yīng)用中，動態(tài)路由通常作為靜態(tài)路由的補(bǔ)充。當(dāng)一個(gè)分組在路由器中尋徑時(shí)，首先查找靜態(tài)路由，若存在則根據(jù)靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)分組，若靜態(tài)路由不存在再查找動態(tài)路由。

動態(tài)路由的種類很多，根據(jù)自治系統(tǒng)的內(nèi)外，動態(tài)路由選擇協(xié)議可以分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)，內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要用于區(qū)域內(nèi)部的路由選擇，常用的是RIP、IGRP、EIGRP、OSPF等;外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要用于多個(gè)自治區(qū)域之間的路由選擇，常用的是BGP和BGP-4 。

根據(jù)協(xié)議的運(yùn)行方式，動態(tài)路由協(xié)議進(jìn)一步可分為距離向量路由協(xié)議、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議和混合型路由選擇協(xié)議。另外還可以把路由協(xié)議分為有類別和無類別路由選擇協(xié)議。有類別路由選擇協(xié)議在路由器之間交換路由更新，不帶子網(wǎng)掩碼;無類別路由選擇協(xié)議恰恰相反。下面本文詳細(xì)闡述幾種常見動態(tài)路由協(xié)議的分析與比較。

1 常用動態(tài)路由協(xié)議的分析

1.1 RIP協(xié)議

RIP(路由信息協(xié)議)是路由器生產(chǎn)商之間使用的第一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，是最廣泛的路由協(xié)議，在所有IP路由平臺上都可以得到。當(dāng)使用RIP時(shí)，一臺Cisco路由器可以與其它廠商的路由器相連接。RIP有兩個(gè)版本:RIPv1和RIPv2，它們均基于經(jīng)典的距離向量路由算法，最大跳數(shù)為15跳。RIPv1是族類路由協(xié)議，因路由上不包括掩碼信息，所以網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備必須使用相同的子網(wǎng)掩碼，不支持VLSM(Variable Length Subnet Mask，可變長子網(wǎng)掩碼)。RIPv2 可發(fā)送子網(wǎng)掩碼信息， 是非族類路由協(xié)議，支持VLSM 。

RIP使用UDP數(shù)據(jù)包更新路由信息。路由器每隔30s更新一次路由信息，如果在180s 內(nèi)沒有收到相鄰路由器的回應(yīng)，則認(rèn)為去往該路由器的路由不可用，該路由器不可到達(dá)[3]。如果在240s 后仍未收到該路由器的應(yīng)答，則把有關(guān)該路由器的路由信息從路由表中刪除。這樣要占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，而且網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢，容易形成路由環(huán)路。

為提高性能，防止產(chǎn)生路由環(huán)路，RIP支持水平分割、毒性逆轉(zhuǎn)、路由保持以及出發(fā)更新等機(jī)制，并支持將其它路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)的路由信息引入到路由表中[4]。

由于RIP協(xié)議算法簡單，最大跳數(shù)為15，加上收斂時(shí)間較長，因此其只適合于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對簡單且數(shù)據(jù)鏈路故障率極低的小型網(wǎng)絡(luò)中。

1.2 IGRP協(xié)議

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議(IGRP)是Cisco公司20世紀(jì)80年代開發(fā)的一種距離向量協(xié)議，是一種動態(tài)的、長跨度(最大可支持255跳)的路由協(xié)議，使用度量(向量)來確定到達(dá)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最佳路由，由延時(shí)、帶寬、可靠性和負(fù)載等來計(jì)算最優(yōu)路由。Cisco IOS允許路由器管理員對IGRP的網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時(shí)、可靠性和負(fù)載進(jìn)行權(quán)重設(shè)置，以影響度量的計(jì)算。

像RIP一樣，IGRP使用UDP發(fā)送路由表項(xiàng)。每個(gè)路由器每隔90s更新一次路由信息，如果270s內(nèi)沒有收到某路由器的回應(yīng)，則認(rèn)為該路由器不可到達(dá);如果630s內(nèi)仍未收到應(yīng)答，則IGRP進(jìn)程將從路由表中刪除該路由[3-4]。

與RIP相比，IGRP的收斂時(shí)間更長，因而傳輸路由信息所需的帶寬將更少。此外，IGRP的分組格式中無空白字節(jié)，從而有效提高了IGRP的報(bào)文效率。但I(xiàn)GRP為Cisco公司專有，僅限于Cisco產(chǎn)品。

1.3 EIGRP協(xié)議

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶需求的增長，原來的IGRP已顯得力不從心，于是，Cisco公司又開發(fā)了增強(qiáng)的IGRP，即EIGRP 。EIGRP [5]支持IP、IPX、AppleTalk 等多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。EIGRP使用與IGRP相同的路由算法，但它集成了鏈路狀態(tài)路由協(xié)議和距離向量路由協(xié)議的長處，同時(shí)加入散播更新算法(Distributed UpdateAlgorithm)，適用于大中型網(wǎng)絡(luò)。EIGRP的實(shí)現(xiàn)比IGRP已經(jīng)有了很大改進(jìn)，其收斂特性和操作效率比IGRP有了顯著提高。

EIGRP的收斂特性基于DUAL ( Distributed Update Algorithm ) 算法 [6]，DUAL算法使得路徑在路由計(jì)算中無法形成環(huán)路。它的收斂時(shí)間可以與已存在的其它任何路由協(xié)議相匹敵。核心算法DUAL能保證路由總是無環(huán)的，DUAL算法分為本地計(jì)算和擴(kuò)散計(jì)算兩部分，分別對應(yīng)兩個(gè)狀態(tài):被動狀態(tài)和主動狀態(tài)[7]。

本地計(jì)算是在被動狀態(tài)下，對新輸入的事件做出的反應(yīng)，對路由進(jìn)行評估，尋找最佳后繼，確定可行條件和可行后繼。它可以啟動擴(kuò)散計(jì)算，在擴(kuò)散計(jì)算完成后又開始本地計(jì)算，它可以改變后繼、切換到可行后繼。這是在路由器本地進(jìn)行的，路由保持被動狀態(tài)。擴(kuò)散計(jì)算是在輸入事件后，EIGRP 路由器找不到替換路由時(shí)，進(jìn)行擴(kuò)散計(jì)算。擴(kuò)散計(jì)算實(shí)際上是一個(gè)路由信息查詢過程，在路由表中將該路由設(shè)置為活動狀態(tài)，根據(jù)鄰居表發(fā)送查詢信息建立應(yīng)答狀態(tài)表，啟動定時(shí)器，跟蹤?quán)従拥膽?yīng)答。在收到所有鄰居的應(yīng)答后，將路由狀態(tài)設(shè)置為被動狀態(tài)，重新進(jìn)入本地計(jì)算。

1.4OSPF協(xié)議

20世紀(jì)80年代中期， RIP不能服務(wù)于大型、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的缺陷愈發(fā)明顯。為了解決這個(gè)問題，IETF成立了IGP工作組，專門設(shè)計(jì)用于因特網(wǎng)的基于最短路徑優(yōu)先( SPF) 算法的IGP (內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，Interior Gateway Protocol) ，OSPF作為SPF類路由協(xié)議中的開放式版本，由于它較好地解決了網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性及快速收斂的問題， 使得OSPF協(xié)議迅速成為目前Internet 廣域網(wǎng)和Intranet 企業(yè)網(wǎng)采用最多、應(yīng)用最廣泛的動態(tài)路由技術(shù) [8]。

OSPF協(xié)議由三個(gè)子協(xié)議組成:Hello協(xié)議、交換協(xié)議和擴(kuò)散協(xié)議。其中Hello協(xié)議負(fù)責(zé)檢查鏈路是否可用，并完成指定路由器及備份指定路由器; 交換協(xié)議完成“主”、“從”路由器的指定并交換各自的路由數(shù)據(jù)庫信息;擴(kuò)散協(xié)議完成各路由器中路由數(shù)據(jù)庫的同步維護(hù)。

OSPF基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議[9]，它克服了RIP的許多缺陷: 第一、OSPF不再采用跳數(shù)的概念，而是根據(jù)接口的吞吐率、擁塞狀況、往返時(shí)間、可靠性等實(shí)際鏈路的負(fù)載能力定出路由的代價(jià)，同時(shí)選擇最短、最優(yōu)路由并允許保持到達(dá)同一目標(biāo)地址的多條路由，從而平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷;第二、OSPF 支持不同服務(wù)類型的不同代價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)不同QoS(服務(wù)質(zhì)量)的路由服務(wù);第三、OSPF 路由器不再交換路由表，而是同步各路由器對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的認(rèn)識，即鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，然后通過Dijkstra 最短路徑算法計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)中各目的地址的最優(yōu)路由。這樣OSPF路由器間不需要定期地交換大量數(shù)據(jù)，而只是保持著一種連接，一旦有鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，才通過組播方式對這一變化做出反應(yīng)，這樣不但減輕了不參與系統(tǒng)的負(fù)荷而且達(dá)到了對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖偈諗俊?/p>

1.5 BGP協(xié)議

BGP(邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)是一種外部的路由協(xié)議，其可認(rèn)為是一種高級的距離向量路由協(xié)議。在BGP網(wǎng)絡(luò)中，可以將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)自治系統(tǒng)。自治系統(tǒng)間使用eBGP廣播路由，自治系統(tǒng)內(nèi)使用iBGP在自己的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播路由。Internet由多個(gè)互相連接的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成。每個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或ISP必須定義一個(gè)自治系統(tǒng)號(ASN)。這些自治系統(tǒng)號由IANA(InternetAssignedNumbers Authority )分配。共有65535個(gè)可用的自治系統(tǒng)號， 其中65512——65535為私用保留。當(dāng)共享路由信息時(shí)，這個(gè)號碼也允許以層的方式進(jìn)行維護(hù)。

BGP運(yùn)行于可靠的傳輸協(xié)議之上，采用傳輸控制協(xié)議(TCP)作為其底層協(xié)議，這樣便無需顯式地進(jìn)行分片、重傳、確認(rèn)和排序。

由于BGP使用了TCP的傳輸方式，它就會使 BGP引起不少關(guān)于TCP方面的問題，如普遍的SYN Flood 攻擊，序列號預(yù)測，一般拒絕服務(wù)攻擊等。BGP沒有使用它們自身的序列而依靠TCP的序列號來代替。因此，如果設(shè)備采用了可預(yù)測序列號方案的話，就存在這種類型的攻擊[10]。

2 幾種常見動態(tài)路由協(xié)議的比較

幾種常見動態(tài)路由協(xié)議的比較如表1所示。

組建網(wǎng)絡(luò)要考慮的一個(gè)決策是如何在路由器之間共享信息，這個(gè)問題取決于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模以及網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定度。由表1可知，如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很小，如只有15個(gè)或者更少的路由器，手工配置路由器就可以了;否則，可以考慮RIP或IGRP。對中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，或者需更好的提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，使用IGRP 會更好些。對大型網(wǎng)絡(luò)，則需要考慮OSPF。

3 結(jié)束語

該文對當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)常用的動態(tài)路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議的選擇至關(guān)重要，它直接影響到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，同時(shí)路由協(xié)議的選擇又比較復(fù)雜。因此，深入理解各個(gè)路由協(xié)議的工作原理和特點(diǎn)，對構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有較好的指導(dǎo)意義。

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