RIP路由協議的防環機制

高楓

關鍵詞：華為路由器；RIP協議；網絡技術

0 引言

RIP路由協議是一種較為簡單、基于距離矢量算法的內部網關協議，其功能設計簡單，學習和部署成本較低，適合在小規模網絡中使用[3]。RIP路由協議使用多播而不是廣播進行路由更新，不僅減少了帶寬占用量，也減少了網絡擁塞的風險。盡管RIP路由協議存在一些性能瓶頸和潛在的安全隱患，但它仍然是一款值得使用的路由協議，特別是在小型網絡中，RIP路由協議的優點可以發揮更好的作用。RIP路由協議面臨最大的問題就是路由環路，其協議本身的算法并不具備解決環路的能力，但RIP協議中提供了3種機制來解決：水平分割、毒性逆轉、觸發更新。

1 RIP 協議簡介

RIP包括RIP v1和RIP v2兩個版本，兩個版本均使用基于跳數的距離度量，最大跳數為 15。在計算路徑時，使用基于距離的最短路徑算法。RIP v1采用基于UDP的面向無連接通信協議，其基本思想是Router 將本節點的路由信息發送給周圍節點，接收到其他節點發來的路由信息后，將其加入自身的路由表中，然后更新周圍節點的路由表。路由更新的間隔時間默認為30秒，路由失效時間默認為180秒。因為 RIP v1 性能較差，安全性也不高（沒有身份驗證和加密），所以常常會被攻擊和利用。RIP v2行在TCP/IP 應用層，能夠與協議棧的其他部分通信，并在RIP v1的基礎上增加了路由間的子網和掩碼信息，因此可以支持VLSM（可變長度子網掩碼）。RIP v2還在協議中增加了身份驗證和加密功能，提高了安全性，并且使用多播而不是廣播進行路由更新，節約了帶寬資源。總體來說，RIP是一種簡單且易于實現和維護的協議，可以用于小型網絡，但由于其性能和安全性問題，它不適合大型企業級網絡。

2 路由環路

2.1 產生環路的原因

RIP（Routing Information Protocol） 產生環路的主要原因是采用距離向量算法，即以跳數作為衡量路徑優劣的標準[4]。當網絡中存在多條路徑時，若RIP算法沒有足夠的能力區分出這些路徑的優先級，就有可能會產生環路。在產生環路的情況下，數據包可能會一直在這個環路中循環，造成網絡擁塞和延遲。假設，路由器R1和R2運行了RIP協議，R1通過RIP協議將目的網絡A的路由信息傳遞給了R2。在這種情況下，在R1的路由表中，到達網絡A的跳數為1，而在R2的路由表中，到達網絡A的跳數為2。現在假設R1與網絡A之間的連接斷了，此時對于R1來說，就把網絡A 的路由設為不可達。但是如果沒有防環機制，可能會出現以下問題。在R1沒有把到達網絡A的路由不可達消息傳遞給R2的時候，R2向R1傳遞了一條到達網絡A跳數為2的路由。這樣一來，R1認為雖然自己可能無法到達網絡A，但是通過R2可以到達網絡A，因此R1會在自己的路由表中加入到達網絡A的路由，并且其下一跳是R2。這樣，路由環路就產生了，因為在這種情況下，R1把發往網絡A的數據包發給了R2，而R2又把該數據包回傳給R1，數據包在R1和R2之間來回傳遞。

2.2 RIP 的防環機制

距離矢量路由協議面臨最大的問題就是路由環路，而RIP 協議本身的算法并不具備解決環路的能力。因此為了避免RIP路由在網絡中被無休止地轉發，RIP定義了路由的最大跳數15跳。也就是說，RIP 路由的最大可用跳數為15跳[5]，當一條路由的度量值達到16跳時，該路由被視為不可用，路由所指向的網段被視為不可達。除此之外，RIP協議中還提供了3 種機制來解決路由環路問題：1） 水平分割。工作原理為：RIP路由器從某個接口收到的路由不會再從該接口通告回去，這樣既可以減少鏈路帶寬的浪費，也可以避免環路的產生；2） 毒性逆轉。工作原理為：RIP路由器從某個接口收到的路由后，毒性逆轉仍然會將路由發送出去，但是此條路由將會是一條帶“ 毒”的路由，該路由被設置為16跳，是一條不可達的路由，目的是告訴對方，該路由從本設備發出無法到達目的地址；3） 觸發更新。工作原理為：RIP設備路由表中的某條路由發生變化時，路由器會立刻發送更新報文，不等RIP定時器超時。這樣雖然不能直接解決路由環路問題，但是可以有效避免路由環路的產生，而且當網絡拓撲發生變化后，還可以加快網絡的收斂速度，從而減少處理時間對網絡帶寬的影響。

3 仿真實驗

3.1 網絡拓撲及基本配置

本次仿真實驗中，利用ENSP華為網絡模擬器搭建了一個小型網絡，該網絡由三臺華為AR2220路由器（R1、R2、R3） 和兩臺PC組成。整個網絡涵蓋了四個不同的網段（192.168.0.0/24 - 192.168.3.0/24） 。路由器之間采用RIP路由協議（RIPv1） 進行動態路由，并且彼此之間相互連接。網絡拓撲示意圖如圖1所示，同時路由器間的接口互聯和IP地址分配情況如圖1所示。路由器R1的核心配置如下（R2、R3的相關配置與其類似，故省略）：

根據圖2所示的路由表，可以觀察到R1路由器的路由表配置成功，并且不同的網段之間已經通過RIP 路由協議實現了互聯互通。在R1的路由表中，可以發現除了存在直連路由的Direct類型，同時還存在兩條RIP類型的網絡路由。這兩條RIP路由的下一跳地址都指向了IP地址為192.168.1.2的RIP路由（可以明顯看出，這兩條RIP路由來自路由器R3） 。通過這些配置，R1路由器能夠根據路由表中的信息正確地轉發數據，保證不同網段之間的通信。

3.2 水平分割

RIP水平分割（Split Horizon） 是一種避免產生環路的機制，主要作用是禁止將某個路由信息發送到該信息源所連接的網絡中。RIP水平分割采用以下策略：1） 當RIP協議收到一條新路由信息時，它首先會檢查該信息的來源，如果該信息源是它要更新的網絡，就會拒絕該信息；否則，它會將該信息添加到自己的路由表中；2） 當該路由信息被轉發到其他鄰居節點時，如果該鄰居節點和該信息源在同一個網絡中，就會拒絕該路由信息。這樣，就避免了在同一個網絡中產生環路的情況。采用水平分割機制，可以有效防止產生環路，提高RIP協議的網絡性能。

為能清楚地向讀者展現RIP的水平分割防環機制（華為設備默認開啟）的工作過程與防環效果，在用戶視圖對路由器R1的0/0/1端口進行監聽，查看RIP 路由協議的工作過程。由圖3可以看到，路由器R1只會把192.168.0.0的路由信息發送出去，因為其他的網段都是它從這個接口學到的，它不會把學到的東西再發出去，路由器R1的端口信息由圖3所示。

3.3 毒性逆轉

RIP毒性逆轉（Poison Reverse） 是一種防止產生環路的機制。毒性逆轉機制是通過把一個路由的距離設置為無限大（16） ，來表示該路由不可達，從而避免產生環路。具體實現步驟如下：1） 當一個路由項變得不可達時，該路由的RIP協議會向其鄰居發送一個包含該路由信息的“毒性逆轉”包；2） 毒性逆轉包中將該路由的距離設置為無限大（16） ，表示該路由不可達；3） 接收到毒性逆轉包的鄰居節點，會將他們的路由表中該路由的距離設置為無限大，從而防止該路由被再次使用。毒性逆轉機制可以避免以下兩種情況：1） 當一條路由由于網絡故障或其他原因，變得不可達時，不會在網絡中形成回路，以保證網絡的穩定性；2） 當一條路由由于某種原因變得不可信時，不會影響整個網絡的距離計算，以保證網絡的可靠性。綜上所述，毒性逆轉機制是一個有效防止RIP協議產生環路的機制。

為能更清楚地向讀者展現RIP毒性逆轉防環機制的工作過程，直接在R1的0/0/1口開啟毒性逆轉（華為設備在水平分割和毒性逆轉都開啟的情況下會執行毒性逆轉），會發現192.168.2.0和192.168.3.0網段它也會轉發出去，但是這兩個網段的cost值都為16，路由器R1的端口信息由圖4所示：

3.4 觸發更新

RIP觸發更新防環機制是一種通過及時更新路由信息，避免產生環路的機制。這個機制的實現步驟如下：1） 當網絡中的某個節點的某個路由信息發生變化時，比如出現鏈路故障或拓撲結構更新等情況，該節點會向其鄰居發送路由更新請求；2） 隨著更新請求的發送，每個鄰居節點都會更新其路由表中的相關信息，并重新計算到目的地的跳數，從而保證路由信息的最新性；3） 當一個節點的路由表發生變化時，它會向其鄰居發送更新信息，這個更新信息包含了它更新后的路由表。鄰居節點會把這個更新的路由表集成到自己的路由表中，從而實現整個網絡路由的動態更新。觸發更新防環機制可以及時更新路由表信息，防止出現不必要的數據包重復發送和環路形成。它可以提高網絡的穩定性和性能，避免RIP協議因為路由表信息不準確而導致的數據包異常傳輸和丟失問題。

為能更清楚地向讀者展現RIP觸發更新防環機制的工作過程，通過關閉R3的g0/0/1端口來觀察R1 的路由表信息。可以發現，關掉R3的g0/0/1端口后，R1 路由表中192.168.2.0 和192.168.3.0 網段直接消失，實現觸發更新，路由器R1 的路由表信息如下所示：

1） 正常情況下，R1的路由表：

2） 關閉R3的g0/0/1端口后，R1的路由表：

4 結束語

防止環路的機制是RIP（Routing Information Proto?col） 協議中非常重要的一種機制，它可以有效地提高協議的可靠性和穩定性。通過采用這些機制，特別是結合使用，可以確保RIP協議快速、準確地選擇出最佳路徑，防止產生網絡環路，最終提高整個網絡的性能、可靠性和穩定性。在實際部署中能夠提供快速、準確的路由選擇，并通過動態路由協議的自適應特性，將優化過的最佳路徑信息傳遞給相鄰路由器。這種交互式的路由信息交換進程使網絡能夠及時適應鏈路狀態的變化，有效避免了環路的形成。RIP協議中的防環機制對于網絡拓撲的可靠性和穩定性至關重要，通過采用水平分割、毒性逆轉和觸發更新等防環策略，能夠避免數據包在網絡中形成環路，確保正常的數據傳輸。