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lec8 - 路由协议RIP与OSPF

lec8 - 路由协议RIP与OSPF

博客中的很多内容来自PPT和学长博客：
EagleBear2002 的博客
SpriCoder的博客

1. RIP

1.1. RIP 的历史

  • RIP v1 被认为是一种内部网关协议，IGP（interior gateway protocol）

    • RIP v1是基于距离矢量的，它与邻居路由器定时广播发送整个的路由表，默认的定期交换时间是30秒
    • RIP是基于跳数的，15 就是跳数的最大值

  • RIP v1 能够 （load balancing） 负载均衡，在6个等代价的路径上进行负载均衡

  • RIPv1是有下列的局限性：

    • 他不会在更新中添加子网掩码信息（有类路由）

    • 他会以255.255.255.255的形式进行广播，只能传播给 邻居 而不是 相邻的路由器（效率受限制）

    • 它不支持身份认证

    • 不可以支持VLSM（variable length subnet mask）或者CIDR（classles interdomain routing）无类域间路由

    • VLSM和CIDR之间有什么关系？？

      这里有一篇博客讲述了一些例子
      计算机网络：子网划分、子网掩码、CIDR 、路由聚合相关计算详解_ip地址子网掩码聚合-CSDN博客

      VLSM是将一个大型网络分配成多个不同掩码的子网的过程，对应了我们的子网划分题目；

      但是CIDR可以用来进行地址分配和路由聚合，对应了我们的路由聚合，使用最长前缀匹配方法减小路由表的条目数量

1.2. RIP的配置

  • router rip 命令选择 RIP 作为路由协议。
    network 命令分配基于 NIC 的网络地址，路由器将直接连接到该网络地址。

    如何理解基于NIC的网络地址？？
    可以这样理解，network可以用来确定，究竟是那些端口需要运行rip协议，他们要进行更新和发送，那么大概也是基于接口网络进行选择在那些接口上运行

1.3. RIP v2

  • RIP v2 是 v1的改进版本：
    • 使用 hop count，跳数指标，是距离矢量协议
    • 使用 holddown timers 抑制计时器来避免路由环路 - 默认时间是180s
    • 使用到水平分割来避免路由环路
    • 使用 16 跳及以上就是不可以达到

1.4. v1 对比 v2

  • v2支持无类路由，但是v1不支持
  • v2会再进行路由表更新的时候会发送子网掩码信息
  • v2支持 （prefix routing）前缀路由，同一个网络中的不同子网可以有不同的子网掩码（VLSM）
  • v2需要身份认证才确定是否继续进行接收
  • v1 广播 255.255.255.255， 但是v2采用 组播 地址224.0.0.9，只有RIP接收，可以提高效率

1.5. RIP v2的配置

  • router rip：表示启动某一个协议

  • network命令导致三个功能：

    在这里插入图片描述

    不得不说，这里的三个功能的说法很不清晰，因为不是考试重点这里暂时略过，后期可能补全

2. OSPF

2.1. 概述

  • OSPF是一种链路状态路由协议，open shortest path first
  • 网络工程任务组（IETF, Internet Engineering Task Force）的多个标准对此进行了描述
  • OSPF正在成为首选的IGP，内部网关协议，因为具有很好的可扩展性 scalable

2.2. 路由信息

  • 链路的状态 是对接口及其相邻路由器的关系的描述
  • 连接状态的集合形成了一个 link state database 链路状态数据库，也叫拓扑数据库
  • 路由器使用 SPF（dijkstra shortest path first）算法来构建SPF树，并且每个路由器把自己作为这棵树的 根（这也是显然的，dijkstra算法本来就是求出一个源点到其他点的最短路径）
  • 路由器通过 SPF 树计算最佳路径，然后选择最佳路径放在路由表中

2.3. OSPF 与 RIP 比较

在这里插入图片描述

  • OSPF：事件驱动，利用 带宽 等作为指标
  • subdivide a network into areas 可以把网络进一步分成区域，适合大型网络
  • 更快速的收敛
  • equal-cost multipath 支持同代价的多路

2.4. OSPF特征

  • 特点：更健壮，而且可扩展性

  • 在这里插入图片描述

    关于区域划分的问题：

    1. 将大的网络分成多个area，每一个area都只是与 area0 （backbone）相连接，保证area没有回路
    2. 最多只有两层，
    3. 链路database主要是在一个area内部同步

2.5. OSPF一些术语

  • 连接（Link）：两个设备之间的物理链路

  • 邻居（Neighbors）：相邻的路由器

  • 链路状态（Link-State）：物理链路的信息，包括路由器连接关系、通过什么接口、链路带宽、网络类型（点对点、多路复用）等，不同网络类型处理代价不同（两种网络类型：点对点，多路复用）

  • 代价/费用（Cost）：不同网络链路处理的时候的代价，和链路带宽相关，成反比关系，一般是固定值除以带宽（计算的时候切切看清）

  • 自治系统（Autonomous System，AS）：多个 Area 形成一个自治系统

  • Neighbours 必须在一个 Area 中，Neighbour 之间交换拓扑数据库（Topology Databases）当中存的是 link-state，也就是说，neighbor是相对于同一个area的概念，每个 area 都有自己的 拓扑数据库

  • 一个 Area 中获得全部 Link-State 后计算 Tree，生成表

  • 指定路由器（Designated Router，DR）：只有在 多路复用 的链路下使用，被选举出来

    为什么是多路复用？

    kimi：在这里插入图片描述

  • 备用指定路由器（Backup Designated Router，BDR）：如果 DR 坏了，再次选举会出现问题，如果 DR 损坏，BDR 立即成为 DR，目的是提高交换效率

2.6. OSPF域

在这里插入图片描述

  • 域 使用32位数进行标识，可以IP格式0.0.0.0，也可以是十进制数字0；
  • OSPF 不会多与 两层层次结构
  • 在多区域 OSPF 网络中，要求所有区域都连接到区域 0（主干）。
  • 注意，Area 是对端口的划分，即一个路由器的不同端口可以属于不同 area。（在图中可以看出，实际上ABR就是不同端口分给了不同区域，而且一定是会分给 area0 的）
  • ABR（Area Border Router）：区域边界路由器，有一定的约束，一个路由器最多连接3个路由器
  • 单个的Area中最多50个路由器，否则就会计算量太大

2.7.OSPF的五个步骤和七个状态

  • OSPF使用邻居的邻接关系来获取网络的全部信息

  • 五个步骤：（比较抽象，后面会进一步展开）

    1. 建立 adjacency relationships 邻接关系
    2. 选出 DR 和 BDR（如果需要，多路复用的时候才用到）
    3. 发现路由
    4. 选择合适的路由
    5. 维护路由信息

  • 七个状态：

    1. 关闭（Down）
    2. 初始化（Init）
    3. 双向操作（2Way）
    4. 预先启动（Ex Start）
    5. 交换（Exchange）
    6. 加载（Loading）
    7. 完成（Full）

    来自kimi:
    在这里插入图片描述

2.8. 串起OSPF的一些知识点

2.8.1. 选择DR BDR

OSPF的网络类型包括

  • 广播多路复用，比如以太网
  • 点对点
  • NBMA（non Broadcast Multi-access）非广播多路复用

在这里插入图片描述

2.8.2. DR 与 BDR
2.8.2.1. 为什么选出DR，BDR

在这里插入图片描述

  • 实际上可以理解成，把 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)的连接数量降低到 O ( n ) O(n) O(n)

  • 再次强调，只有多路复用的实现方式需要DR BDR

  • 连接方式：每个路由器都会与DR BDR 形成邻接关系

  • DR 使用 224.0.0.5 的 组播地址 发送给 所有运行OSPF的路由器

  • 为了确保DR/BDR看到所有路由器发送的链路状态，使用的是 224.0.0.6 组播地址

2.8.2.2. 多路复用中的OSPF
  1. Giga/Fast/Ethernet，FDDI，Token Ring
  2. 几个 Area 有几个 DR 和 BDR（是在不同 Area 上）
  3. DR 和 BDR 归属于区域
2.8.3. OSPF报文
FuctionName
Hello哈喽Hello
Database Description数据库描述DBD
Link-State Request链路请求LSR
Link-State Update链路更新LSU
Link-State Acknowledgement链路确认LSAck
2.8.3.1. hello协议
  • 当路由器在某个接口上启动OSPF协议之后，他会发送hello数据包并且每隔一段时间就发送数据包
  • govern（管理）hello报文交换的规则就叫 hello 协议
  • Hello 数据包一定在 224.0.0.5 的地址上
  • 默认情况下，广播多路访问和点对点网络上每 10 秒发送一次 Hello 报文
  • 在连接到 NBMA 网络的接口（例如帧中继）上，默认时间是 30 秒

Hello 报文的 Type 字段设置为 1

在这里插入图片描述

2.8.4. 怎么选举DR/BDR
  • 优先级 + router ID，最大的就是DR，其次是BDR
  • 优先级范围：1 - 255，默认是1
  • Router ID 怎么来：
    • 如果设置了环回IP地址，那么就用它
    • 如果没有，就是用 物理接口 的最高IP地址
    • 如果接口都故障，那么路由器必须重新建立邻接关系并重新转换LSA（re-establishing adjacency and readvertising LSA）

2.9. OSPF操作的完整步骤

在这里插入图片描述

  • 一开始的状态是 Down State
  • 然后发送 Hello 报文（Init State）
  • B 收到 A 的报文（收到报文一定是邻居）：Hello 报文的 TTL 是 1，所以不会跨路由器传播，收到即丢弃
  • 收到后，B 也会发送自己的 Hello，然后 A 收到后进入 Two Way 状态

在这里插入图片描述

  • 准备交换数据库（Exstart state）
  • 首先确认主方（发送方）、从方（接受方），保证数据有序，简单就是谁的 Router ID 高
  • Router ID 高的（主方）发送自己 DBD 报文，从方对主方发送的 DBD 接受处理并发送

在这里插入图片描述

  • 交换完成后，各自检查自己是不是有全部的信息
    • 如果有完整的信息，则发送 LSAck
    • 如果发现有没有的，则发送 LSR，等待 LSU（整个链路的详细信息，不是 LSA）来进行学习，之后收到完成后发送 LSAck

2.10. 回顾OSPF操作

2.10.1. 建立邻接关系
  1. 路由器每隔一段时间发送一次 hello 数据包，Hello 报文的 TTL 是 1，表明不会跨路由传播
  2. 如果邻居被发现了：将邻居添加到邻居数据库
  3. 发现网络类型
    1. 如果是多路复用网络，进入 DR/BDR 选举过程，然后进入步骤 2
    2. 如果是点对点或点对多点网络，则不会举行 DR/BDR 选举过程，并跳过步骤 2
    3. 如果 hello 数据包标头中的 DR/BDR 字段已被占用（即 DR/BDR 对已经存在），则不会进行 DR/BDR 选举，并跳过步骤 2
  4. 如果对方的 DP/BDP 优于我的 DP/BDP，则接受对方的。
2.10.2. 选举DR/BDR
  1. 如果没有其他路由器联机，则该路由器将成为 DR。下一个要“启动”的路由器将是 BDR
  2. 如果多个路由器（两个或更多）同时联机，则
    1. 优先级最高的路由器成为 DR：优先级为零表示“从不 DR”
    2. 如果存在平局，则具有最高 Router ID 的路由器将成为 DR： Router ID 是最高的环回或接口 IP 地址
    3. 具有第二高优先级或 Router ID 的路由器成为 BDR
  3. 如果 DR 无效，则 BDR 变为 DR
  4. 然而
    1. 如果新的 OSPF 路由器以更高的优先级或 Router ID 加入网络，则当前的 DR 和 BDR 不会更改
    2. 仅当当前 DR 失败时，它才成为新的 BDR
2.10.3. 发现路由
  1. 这一步从 Ex Start 状态转换到 Full 状态
  2. 路由器确定“主/从（master/slave）”关系
  3. 多路复用网络中的 DR/BDR 交换 LSA，并且所有其他 DR 将其 Type 2 DBD 发送给 DR/BDR
  4. 如有必要，路由器可以通过发送请求更多信息的 LSR 进入负载状态：所有路由器必须在“加载状态”中等待，直到完全更新请求的路由器
  5. 路由器现在进入Full状态
2.10.4. 选择适当路由
  1. 现在，将与网络上的所有其他路由器并行地计算 SPF 算法。
    1. 切记：在发生这种情况之前，所有路由器必须具有相同的链接状态数据库
    2. SPF 使用 Cost 作为指标
    3. SPF 将从其自身到目的地的每条路径的成本相加，并以路由器为根来构建树
    4. OSPF 然后在路由表中安装成本最低的路径：最多将安装 4 条等价路径以进行负载共享
2.10.5. 维护路由信息
  1. 常规的 Hello 交换是 OSPF 用于检测新邻居或故障（downed）邻居的机制
  2. 根据网络的类型，Hello 数据包以不同的默认间隔发送（确定对方是不是还好）
    1. 对于速度为 T1（1.544 Mbps） 或更高的链接，每 10 秒：广播多路访问和点对点链接
    2. 对于小于 T1 的链接，每 30 秒：非广播多路访问链接
    3. “死间隔” 是问候间隔的四倍。（如果在这样子对方还没有成功则对方死了）
2.10.6. 链路状态出现变化

在这里插入图片描述

  • Router A tells all OSPF DRs on 224.0.0.6（组播地址）

  • Event 触发交换：比如 A 连接的网段断掉了，否则不会有影响，只在有 event 发生时才会更新

  • A 使用 LSU（linkState update）告知DR
    在这里插入图片描述

  • DR tells others on 224.0.0.5

  • DR 通过 LSU 告知所有的路由器

在这里插入图片描述

  • 如果 B 连接了别的 Area，则继续进行交换

在这里插入图片描述

  • 所有的路由信息交换完毕后，同时更新路由表。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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