IP 路由技術與RIP 協議探析

楊航宇

（杭州師范大學錢江學院電器機械工程系 計算機科學與技術專業，浙江 杭州 310012）

1 IP 路由算法

IP 路由算法可分為以下幾種：靜態和動態、單路和多路、平等和分級、源路由和透明路由、域內和域間、鏈路狀態和距離向量。

鏈路狀態算法發送路由信息到互聯網上所有的結點，然而對于每個路由器，僅發送它的路由表中描述了其自身鏈路狀態的那一部分。距離向量算法則要求每個路由器發送其路由表全部或部分信息，但僅發送到鄰近結點上。從本質上來說，鏈路狀態算法將少量更新信息發送至網絡各處，而距離向量算法發送大量更新信息至鄰接路由器。

由于鏈路狀態算法收斂更快，因此它在一定程度上比距離向量算法更不易產生路由循環。但另一方面，鏈路狀態算法要求比距離向量算法有更強的CPU 能力和更多的內存空間，因此鏈路狀態算法將會在實現時顯得更昂貴一些。除了這些區別，兩種算法在大多數環境下都能很好地運行。路由算法使用了許多種不同的度量標準去決定最佳路徑。復雜的路由算法可能采用多種度量來選擇路由，通過一定的加權運算，將它們合并為單個的復合度量、再填入路由表中，作為尋徑的標準。

2 RIP 路由協議的原理分析

RIP 是基于距離矢量的路由協議。運行RIP 的路由器維持一個到網絡中可能目的地的路由表，路由表包含目的地址和開銷等信息。具體的說，RIP 協議主要包括以下幾個方面的內容。

2.1 計算距離矢量

距離矢量路由協議利用度量來跟蹤它和所有已知目的地間的距離。這種距離信息使路由器可以找出到位于非近鄰獨立系統中的目的地最有效的下一跳。在RFC-1058 中，有一個唯一的距離矢量單位，即跳數。在RIP 中默認的跳數度量被置為1，這些距離度量用來構造路由表。路由表識別出數據包，以最小開銷到達目的地所要采取的下一跳。

2.2 更新路由表

RIP只記錄每個目的地址的一條路由，這一事實要求RIP 經常保持其路由表的完整性。它通過要求所有活躍的RIP 路由器周期性的向相鄰RIP 路由器廣播它們路由表的內容。通常，RIP 依賴3 個計時器來維護路由表：即更新計時器、路由暫休計時器、路由清楚計時器。更新計時器用來激發節點路由表的更新。每個RIP節點只有一個更新計時器。然而，路由暫休和路由清除計時器則是每條路由都有一個。因此，每個路由表條目中都有一個不同的暫休和路由清除計時器。總之，這些計時器使RIP 節點能維護它們路由的完善性，并根據所用的時間進行激活，從而恢復網絡故障。

2.3 激活路由更新

大約每30s 激活一次路由更新。更新路由器用來跟蹤這個時間量。當這個時間量結束時，RIP 發送一系列幀來維護整個路由表。這些幀廣播到每個鄰節點。因此，每個RIP 路由器大約每30s 就要接收來自鄰RIP 節點的更新。

2.4 識別無效路由

路由變得無效的兩種情況：其一，路由到期；其二，路由器可能通知某個路由器某條路由是不可用的。在這兩種情況下，RIP 路由器都需要改變它的路由表，來反映給定路由的不可用性。假如路由器在給定的時間內沒有接收到更新某路由的信息，該路由可能到期。路由暫休定時器常設成180s，當路由激活或更新時，該定時器初始化。假如180s 過去了，路由器還沒有接到更新那條路由的信息，RIP 路由器就認為目的IP 地址不再可達。因此路由器把表中那條路由項標成無效。收到路由新近無效通知的鄰節點利用該信息來更新它們的路由表。這是路由表中路由變得無效的第2 種方法。無效路由表項不會自動的從路由表中清除;相反，那條無效項繼續在路由表中保留很短一段時間。下面將討論無效路由真正從路由表中清除的過程。

2.5 清除無效路由

當路由器認識到某條路由無效時，就初始化一個秒計時器，負責路由清除倒計時，這一計時稱為路由清除計時器。當路由清除計時器結束時，路由仍未被收到，這一路由就從路由表中清除。這些計時器是RIP 恢復網絡故障能力中絕對重要的。

2.6 編址方案

IETF 保證RIP 能夠完全向后兼容所有已知的RIP 和ROUTED 異體。即使這些異體專用程度很高，開放標準RIP 仍有必要支持多種地址類型。

2.7 路由到網關

很多實際網絡中，并不要計算到每個單個主機的路由。特別是在大型網絡中，這會使路由表膨脹，從而使整個網絡的路由工作繁重。因此在實際網絡中，幾乎總是概括路由，而不是指出每個可能目的地。假如一個給定的網絡（或子網）上，每個主機都能通過網關到達的話，這時路由表只需定義那個網關為下一條IP 地址就可以了。所有發往那個網絡或子網上的數據包將發送給那個網關，這時網關就承擔了把它發送到最終目的地的任務。

總之，RIP 的特點是路由器間定時地交換網絡的整體知識，并且只和相鄰路由器交換這種知識。換句話說，路由器只和相鄰路由器共享網絡信息。路由器一旦從相鄰路由器獲取了新的知識，就將其追加到自己的數據庫中，并將該信息傳遞給所有的相鄰的路由器。相鄰路由器做同樣的操作，經過若干次傳遞，使自治系統內的所有路由器都能獲得完整的路由信息。

3 RIP 協議處理過程

RIP 協議的運行過程就是路由器軟件對消息輸入和輸出處理過程，其輸入和輸出處理大致如下所描述。

輸入處理：主要是指路由器協議軟件對在520 號UDP 端口收到的數據報進行的處理。對于輸入處理，首先必須先作一定格式檢查，檢查通過后，再分別對幾種輸入消息做相應的處理。

請求報文：路由器在開始運行時，為了從鄰機處獲取路由表的初始值，通常會發一個請求。報文的Command 字段為。對所有或部分路由表的請求，一般以廣播形式從520 號UDP 端口發送。實際中，這種請求有兩種格式：請求獲取路由表的全部和請求獲取路由表的某些特定路由項。路由軟件先逐個路由項地處理請求，如果沒有任何路由項，也就沒有響應；如果請求中恰好只有一個路由項，并且addressfamilyidentifier為0，metric 為16，則表示需要接收方發送所有路由表的請求；除此之外，則是要求部分路由，處理很簡單，沿著請求路由項表一個一個看，對于每個路由項，在主機路由數據庫中查找，如果找到，則將該路由的metric 值填入數據報的metric 字段，如果沒有，則向其中填16。一旦所有路由項均已處理，將command 字段設為響應，并將該數據報發回其來自的端口。根據請求是否關于指定的一批目的地，還是關于整個路由表，處理有所不同。如果關于整個路由表，輸出作普通的處理即可，包括水平分割和子網隱藏，因此來自路由表的某些路由項將被隱藏；如果是指定路由項，則將查找結果返回，不作水平分割，如果需要還要返回子網信息。

響應報文：因為指定查詢、路由修改等原因而收到響應。不論收到什么樣的響應，RIP 處理程序就開始更新它的路由表。

輸出處理：用于產生包含全部或部分路由表的響應信息的處理，可能由于輸入進程發現請求或路由修改而觸發。響應請求產生的輸出可以直接按需工作，而觸發的修改因為兩個方面需要處理。

首先，觸發的修改在容量有限或有許多路由器的網絡上可能導致格外大的負載，因此協議要求實現方在限制觸發式修改出現的頻率上采取一定的措施，觸發式修改發送后，需要隨機地將一個定時器設置成1 到5 秒，如果在定時器超時前發生其它修改，需要到定時器超時才觸發其中之一，然后定時器再隨機地設置成1到5 秒，觸發式修改可能被一般修改所禁止；另外，觸發式修改可能不必包括整個路由表，原則上說，只有改變過的路由才需要包括，作為觸發式修改一部分的信息至少包括設置了路由修改標志的路由，也可以包括附加路由和全部路由。如果完整的修改需要多個數據報，則發送全部路由極有可能被打斷；而觸發式修改處理時，需要產生每個直連網絡的信息。產生觸發式修改或一般修改時，都需要進行水平分割操作。

[1]蘇傳蓉.幾種常見路由協議的應用.湖北郵電技術,2002.

[2]張宏科,張思東,劉文紅.路由器原理與技術.北京：國防工業出版社，2003.

[3]劉心松，李亞為，羅浩.RIP 路由器的開發.電子學報.2002.