RIP和OSPF协议工作原理分析

('宽带通信网论文题目：RIP和OSPF协议工作原理分析班级：4班学号：105508姓名：郭晋杰RIP和OSPF协议工作原理分析郭晋杰105508摘要：本文主要分析了内部网关协议中的路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先协议（OSPF）这两种网络协议的工作原理，并从各个方面分析了这两种路由选择协议的区别，总结出了其分别适用的网络。关键词：路由信息协议；开放式最短路径优先协议；自治系统引言在如今的计算机网络中，当两台非直接连接的计算机需要经过几个网络通信时，通常就需要路由器。路由器提供一种方法来开辟通过一个网状联结的路径那么路径是怎么建立的呢？路由选择协议的任务是，为路由器提供他们建立通过网状网络最佳路径所需要的相互共享的路由信息。路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先协议（OSPF）作为基于TCP/IP的计算机网络中广泛应用的内部网关协议，深入理解其工作原理对研究计算机网络有着很好的促进作用。1.路由信息协议1.1路由信息协议简介路由信息协议（RoutingInformationProtocol）是内部网关协议IGP中最先得到广泛应用的协议。这个网络协议最初由加利弗尼亚大学的BerKeley所提出，其目的在于通过物理层网络的广播信号实现路由信息的交换，从而提供本地网络的路由信息。RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的标准协议，其最大的优点就是简单。1.2路由信息协议的工作原理路由信息协议功能的实现是基于距离矢量的运算法则，这种运算法则在早期的网络运算中就被采用。简单来说，距离矢量的运算引入跳数值作为一个路由量度。每当路径中通过一个路由，路径中的跳数值就会加1。这就意味着跳数值越大，路径中经过的路由器就有多，路径也就越长。而路由信息协议就是通过路由间的信息交换，找到两个目的路由之间跳数值最小的路径。具体来说，在起始阶段，每个路由器只含有相邻路由的信息，相邻的路由器之间会发送路由信息协议请求包以得到路由信息。以此方式，路由器得到了其所知的所有路由器的网络信息。之后，每个路由器都会检查，比较这些信息，并且把到达每一个不同路由器的路由量度———跳数值最小的路径信息储存在路由表中。最终，所有的路由器与其他路由器之间路径的量度值都会是最小的，即路径最短。为了避免在起始路由器和目的路由器之间的路径中出现回路，路由信息协议设定了每条路径中跳数的极限值。在路由信息协议中，每条路经中跳数的最大值设定为15。当跳数的值达到16时，路径将被认定为无限远，同时目的路由器也将被认定为无法达到。跳数极限值的引入避免了路径中出现无限循环的回路，但同时，这也限制了路由信息协议所能支持的网络的大小。一般情况下，路由信息协议中的路由器以30s为一个周期，每经过一个周期或者当网络的拓扑结构发生改变时，路由器会发送路由更新信息。当其他路由器受到了路由更新信息时，路由器会检测信息中的改变，并且更新自身的路由数据库。在路由器更新其路由数据库的工程中，路由器只会保存到达目的路由器的最佳路径，即路径中跳数值最小的路径，以此来完成路由信息的更新。当一个路由器完成了路由信息的更新后，他将会把更新后的路由信息以广播的形式发送给相邻路由器，以此类推以完成整个网络中所有路由器中路由信息的更新。需要注意的是，RIP不能再两个网络之间同时使用多条路由。RIP选择一条最少路由器的路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速（低时延）但路由器较多的路由。同时，为了规范路由器的性能，在路由器资讯协议中还定义了路由更新计时器，路由超时计时器，以及路由更新计时器。1.3RIP协议的特点由RIP协议的工作原理可以得到，其有如下3个特点：(1)仅和相邻路由器交换信息。如果两个路由器之间的通信不需要经过另一个路由器，那么这两个路由器就是相邻的。RIP协议规定，不相邻的路由器不交换信息。(2)路由器交换的信息时当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。也就是说，交换的信息时：“我到本自治系统中所有网络的最短距离，以及到每个网络应经过的下一跳路由”。(3)按固定的时间间隔交换路由信息，然后路由器根据收到的路由信息跟新路由表。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息。1.4路由信息协议的局限虽然路由器资讯协议是具有简单，直接等特点。但是，由于本身的不足，路由器资讯协议在使用中也受到一些限制：(1)由于跳数极限值的限制，路由器资讯协议不适用于大型网络。如果网络过大，跳数值将超过其极限，路径即被认定无效，从而使得网络无法正常工作。(2)由于任意一个网络设备都可以发送陆游更新信息，路由器资讯协议的可靠性和安全性无法得到保证。(3)路由器资讯协议所使用的均算法则是距离矢量运算，这仅仅考虑了路径中跳数值的大小。然而在实际应用中，网络时延以及网络的可靠性将成为影响网络传输质量的重要指标。因此跳数值无法正确反映出网络的真实情况，从而使得路由器在路径选择上出现差错。(4)路由信息的更新时间过长，同时由于在更新时路由器发送全部的路由表信息占用了更多的网络资源，因此路由器资讯协议对于网络带宽要求更高，增加网络开销。2.开放式最短路径优先协议2.1开放式最短路径优先协议简介开放式最短路径优先（OpenSourcePathFirst）协议，也是一种内部网关协议。它是为克服RIP的缺点在1989年开发出来的。开放式最短路径优先协议主要用于在自主系统中的路由器之间传输路由信息。相较于路由信息协议，开放式最短路径优先协议适用网络的规模更大，范围更广。此外，开放式最短路径优先协议也摆脱了距离矢量的运算法则，而是基于另外一种运算，由Dijkstra提出的最短路径算法。同时，该协议也能够支持分层网络，这使得开放式最短路径优先协议的应用更加具有灵活性，广泛性。OSPF的第二个版本OSPF2已成为因特网标准协议。这里需要注意的是，OSPF只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。实际上，所有的在自治系统内部使用的路由选择协议都是要寻找一条最短的路径。2.2开放式最短路径优先协议的工作原理开放式最短路径协议是一种内向型自治系统的路由协议，但是，该协议同样能够完成在不同自治系统内收发信息的功能。为了便于管理，开放式最短路径优先协议将一个自治系统划分为多个区域。在自治系统所划分出的各个区域中，区域0作为开放式最短路径优先协议工作下的骨干网，该区域负责在不同的区域之间传输路由信息。而在不同区域交接出的路由器也被称作区域边界路由器（AreaBoarderRouters），如果两个区域边界路由器彼此不相邻，虚链路可以假设这两个路由器共享同一个非主干区域，从而使这两个路由器看起来是相连的。此外，对于这些话分出的区域来说，各个区域自身的网络拓扑结构是相互不可见的，这样就使得路由信息在网络中的传播大大减少，从而提高了网络性能。在开放式最短路径优先协议中引入了链路状态的概念。所谓链路状态，其包含了链路中附属端口以及量度信息。链路状态公告（Link-StateAdvertise-ments）在更新路由器的网络拓扑结构信息库时被广泛应用。路由器中的网络拓扑结构数据库就是对于同一区域中所有路由器所发布的链路状态公告的收集，整理，从而形成以整个网络的拓扑结构图。链路状态公告将会在自治系统的所有区域中传播，而同一区域中的全部路由器所广播的链路状态公告是相同的。但是，对于区域边界路由器来说，这些路由器则负责为不同的区域维持其相应的拓扑结构数据库。开放式最短路径协议定义了两种路由通路，分别为区域内路由通路和区域间路由通路。如果起始点和目的终点在同一区域中，数据分组将会直接从起始点传到目的终点，这叫做区域内路由通路。同理，当起始点和目的终点不在同一区域中的信息传输，叫做区域间陆游通路。而区域间路由通路则要更加复杂。由于起始点和目的终点不在同一区域中，数据分组将首先会从起始点传到其所在区域的区域边界路由器。之后，通过骨干区域中的陆游数据库，数据分组将会被传输送到目的终点所在区域的区域边界路由器上，进而通过该路由器最终传输到目的终点。在开放式最短路径优先协议工作的起始阶段，路由器将会向所有端口发送问候信息分组。问候信息分组是开放式最短路径协议的另一重要组成部分，其作用是发现，维持邻居路由器并选择指派路由器和备份指派路由器。此外，问候信息分组还保证了邻居路由器之间的双工传输方式。当两个共享同一数据链路的路由器对问候信息分组中的数据达成一致时，这两个路由器被称为邻居，即为邻居路由器。这个过程被称为开放式最短路径优先协议的探索机制。在邻居路由器确定之后，他们之间以双工方式进行传输，并且周期性发送问候信息分组以确认邻居路由器是否有效。在一些邻居路由器之间，通过问候信息分组的交换，由于路由器类型和网络类型的设置，这些邻居路由器将会成为邻接路由器，即虚拟的点对点连接。邻接路由器之间的关系较邻居路由器更高一层，而这些邻接路由器之间链路状态数据库也是同步的。完成了邻接路由器的确定之后，每个路由器都会向其所有邻接路由器发送链路状态公告。链路状态公告记录了路由器的连接和端口信息，并且描述了链路的状态。这些链路分别通向子网，其他路由器，自治系统的其他区域或者外部网络。由于这些链路状态所含有信息的类型不同，开放式最短路径优先协议也定义了多种不同类型的链路状态公告。当路由器从其邻接路由器处收到链路状态公告后，路由器将会把这些链路状态公告将被储存在其链路状态数据库中，并且将这些链路状态公告的拷贝发送给与其相邻接的路由器。通过上述方式，链路状态公告在区域中传递，而同一区域中的所有路由器也实现了链路数据库信息的同步。链路状态信息库的信息收集过程完成之后，路由器会根据最短路径优先运算法则，生成一个无循环回路的路由通路图。该图描述了以该路由器自身为基点，到达所有已知目的路由器的最短路径，即开销最小的路径。这个路由通路图被称为最短路径优先树。以这种方式，所有路由器最终产生自身的最短路径优先树，从而完成对整个自治系统的路由配置。开放式最短路径优先协议采用的是触发更新机制，即当网络的拓扑结构发生改变时，发生改变部分的链路状态公告将会以广播的形式在网络中传播，而不是整个路由通路表，从而提高了网络的工作效率。同时，路由器收到更新信息后，将会使用最短路径优先运算产生新的最短路径优先树，以此完成数据的更新过程。2.3OSPF的五中分组类型OSPF共有以下五种分组类型：(1)类型1，问候分组（Hello）,用来发现和维持邻接站的可达性。(2)类型2，数据库描述分株（DatabaseDescription）,向临站给自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息。(3)类型3，链路状态请求分组（LinkStateRequest），想对方请求发送某些链路状态项目的详细信息。(4)类型4，链路状态更新分组（LinkStateUpdate），用洪泛法对全网更新链路状态。这种分组是最复杂的，也是OSPF协议最核心的部分。路由使用这种分组将其链路状态通知给临站。(5)类型5，链路状态确认分组（LinkStateAcknowledge），对链路更新分组的确认。OSPF规定，每两个邻接路由每隔一段时间要交换一次问候分组。这样就能却只哪些邻站是可达的。其他的四种分组都是用来进行链路状态数据库的同步。所谓同步就是指不同路由器的链路状态数据库的内容是一样的。两个同步的路由器叫做完全邻接的路由器。不是完全邻接的路由器表明它们虽然在物理上是相邻的，但是其链路状态数据库并没有达到一致。2.4OSPF协议的特点OSPF协议最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议（linkstateprotocol）,而不是像RIP协议那样的距离向量协议。OSPF协议有3个主要的特点：(1)向本自治系统中所有路由器发送信息。这里使用的方法就是洪泛法，这就是路由器通过所有输出端口向所有相邻的路由器发送信息。而每个相邻路由器又再将此信息发往其所有的相邻路由器。这样，最终整个区域中所有的路由器都得到了这个信息的一个副本。(2)发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。所谓链路状态其实就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”。OSPF将这个“度量”用来表示费用、距离、时延、带宽，等等。(3)只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息，而不是向RIP那样，不管网络拓扑有无发生变化，路由器之间都要定期交换路由表信息。2.5开放式最短路径优先协议的局限对于开放式最短路径优先协议来说，其更加适应于大型网络，保证可传输的可靠性和安全性，较路由器资讯协议有更短的收敛时间等特点是路由器资讯协议等其他网络协议所不具备的。但是，开放式最短路径优先协议本身也不可避免的存在一些缺陷：(1)相较于其他网络协议来说，开放式最短路径优先协议的工作方式更为复杂，对于网络配置和操作人员的要求更高，需要操作人员对于网络进行前期规划和设计。(2)开放式最短路径优先协议的工作基于最短路径优先运算法则，而该运算法则较为复杂，需要更多的CPU和内存资源，对于路由器性能要求更高，增加了组网时的开销。4．RIP协议和OSPF协议的比较下面将从复杂度、算法、可靠性等几个方面对这两种路由选择协议进行一个详细的比较。就复杂度而言，SIP协议相对较简单，也便于设置；OSPF协议则复杂度较高，配置要求也高，并且需要进行网络规划和设计。由于跳数的限制，SIP协议更适用于小型网络；而OSPF协议更适用于复杂网络，分层网络，其引入边缘概念，将自治系统划分为多个区域对于系统没有特殊限制。SIP协议使用距离矢量运算法则，而OSPF协议使用最短路径优先法则。SIP协议的分组结构是基于UDP协议的，而OSPF协议是基于IP协议的。就两者的收敛时间而言，SIP协议的更新时间更长一些。由于SIP更新信息需要在网络中传递，所以其网络带宽占用多，周期性传输这个路由表，对带宽要求高；而OSPF协议发送链路状态信息而不是整个路由表，更新信息只在毗邻路由器间传输，同时区域的划分使得对于网络带宽的要求降低———在同一区域中其他区域的信息将不会被处理。在工作方式方面，SIP协议每30s发送一次完整的路由表，路由器如果180s没有发送更新路由表，那该路由器将被标记为失效，120s之后该路由器将被标记为不存在；而OSPF协议每10s发送一次Hello分组，超过40s不发送Hello分组，路由器将会被认定为无效，每30min更新一次路由数据库。5．结论本文主要分析了路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先协议（OSPF）的工作原理。并详细阐述了其各自的特点及其局限性，接着对这两种协议的各个方面进行了详细地比较。综上所述，路由信息协议（RIP）主要适用于小型的简单网络结构；而开放式最短路径优先协议（OSPF）更适合于在较复杂的大型网络中应用。同样，开放式最短路径优先协议也更加符合未来的网络向大型、高速和可靠的方向的发展的需求。',)