RIP與OSPF路由過程中的理論探討與研究

摘 要：在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代背景下，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)深入到社會(huì)的每一個(gè)角落?；ヂ?lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心在于路由，通過路由為相互連接的網(wǎng)絡(luò)尋找最佳路徑，使信息能夠從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)，最佳路徑是由路由協(xié)議來決定的。本文引入思科模擬器虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在搭建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了動(dòng)態(tài)路由協(xié)議RIP與OSPF在域間路由的原理及區(qū)別，為配置動(dòng)態(tài)路由協(xié)議打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；RIP；OSPF

基金項(xiàng)目：校級(jí)橫向科研項(xiàng)目（2016H19）

隨著互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的擴(kuò)展，互聯(lián)網(wǎng)中源節(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間一般有多條傳輸路徑供選擇，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)數(shù)據(jù)包后，通過路由選擇需要確定向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)穆窂?。路由選擇的關(guān)鍵在于路由協(xié)議，路由協(xié)議分為靜態(tài)路由協(xié)議和動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。靜態(tài)路由協(xié)議是由管理員在路由器中手動(dòng)配置，明確指出了數(shù)據(jù)分組到達(dá)目的地必須經(jīng)過的路徑，安全可靠，且不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變而更新已有的路由表信息，一旦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，需要進(jìn)行重新配置，常用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是路由器之間相互傳遞路由信息，利用收到的路由信息自動(dòng)更新路由表。一般都有相應(yīng)的路由算法，無需管理員手工維護(hù)，自動(dòng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化調(diào)整路由條目，常用于大規(guī)模和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)中。即使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，路由器也能很快的更新路由表，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)中起著至關(guān)重要的作用。

自治系統(tǒng)內(nèi)部采用的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分別是RIP和OSPF，RIP（路由信息協(xié)議）采用距離向量路由算法，配置比較簡(jiǎn)單，是一種分布式距離向量路由協(xié)議，在小型和同介質(zhì)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議中得到廣泛應(yīng)用；OSPF則采用鏈路狀態(tài)路由算法建立和計(jì)算到每個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的最短路徑，常用于中大型的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中。本文在講授動(dòng)態(tài)路由協(xié)議理論基礎(chǔ)的同時(shí)引入思科模擬器的虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以模仿真實(shí)設(shè)備環(huán)境，讓學(xué)生們?cè)诶斫釸IP和OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上結(jié)合網(wǎng)絡(luò)配置實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握RIP與OSPF在路由過程及實(shí)踐配置中的區(qū)別。真正意義上的做到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。

1.RIP路由協(xié)議

RIP路由協(xié)議是Routing Information Protocol的簡(jiǎn)稱，它是一種較為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。使用跳數(shù)來衡量到達(dá)目的地的距離。跳數(shù)是一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)目的地所必須經(jīng)過的路由器的個(gè)數(shù)，與該路由器直接連接的網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)定義為1（或0），每經(jīng)過一個(gè)路由器跳數(shù)加1，跳數(shù)越多，距離越長(zhǎng)。RIP允許一條路徑最多只能包含16個(gè)路由器，即“距離”等于15時(shí)相當(dāng)于目標(biāo)不可達(dá)。在啟動(dòng)RIP路由協(xié)議時(shí)，通過廣播UDP分組向相鄰路由器發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文信息；路由器收到響應(yīng)報(bào)文后更新路由表，并把更新的路由表發(fā)送給相鄰路由器；RIP每隔30s向相鄰路由器發(fā)送含有自己路由表信息的更新報(bào)文，接到更新報(bào)文的路由器根據(jù)收到的信息更新自身的路由表，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?/p>

路由表的內(nèi)容（路由表項(xiàng)，通常也稱為路由）主要包含目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址/掩碼字段、下一跳路由器端口地址、發(fā)送的端口號(hào)、管理距離等。每隔30s進(jìn)行路由更新時(shí)，主要更新3個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，即：目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的距離和下一跳路由器的名稱或地址。RIP雖然開銷小，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，但是在網(wǎng)絡(luò)上容易出現(xiàn)路由循環(huán)，造成收斂速度慢，而且它的最大使用距離是15，限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。

2.OSPF路由協(xié)議

開放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First）協(xié)議使用Dijkstra提出的最短路徑算法SPF，具有安全性高、收斂快、支持可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)[1]。OSPF協(xié)議支持分層路由結(jié)構(gòu)，一組運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器，組成一個(gè)OSPF路由域的自治系統(tǒng)，同時(shí)將OSPF路由域進(jìn)行區(qū)域分割。在單個(gè)區(qū)域內(nèi)，路由器與相鄰路由器之間通過發(fā)送含有自身ID信息的Hello分組建立鄰接關(guān)系，在建立好鄰接關(guān)系后，區(qū)域內(nèi)部路由器和它的鄰接路由器之間相互交換部分鏈路狀態(tài)信息，使每個(gè)路由器上均擁有整個(gè)區(qū)域的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。OSPF路由器依據(jù)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，通過最小生成樹算法（SPF），根據(jù)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的度量計(jì)算出到每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的路徑，并將路徑存入路由表中，從而最終實(shí)現(xiàn)本區(qū)域內(nèi)部的路由。具體步驟如下：（1）建立路由器的鄰居關(guān)系；（2）進(jìn)行必要的DR/BDR選舉；（3）保持鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步；（4）產(chǎn)生路由表；（5）維護(hù)路由信息。

OSPF由于是將一個(gè)自治系統(tǒng)劃分為若干個(gè)更小的區(qū)域范圍，更新過程收斂快，它利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限于每一個(gè)區(qū)域而不是整個(gè)的自治系統(tǒng)，從而減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的通信量。

3.RIP與OSPF路由協(xié)議的比較

RIP路由協(xié)議雖然比較簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)很多。（1）網(wǎng)絡(luò)路由信息是依次傳遞的，每到一點(diǎn)都必須等該點(diǎn)完成路由表更新后才能繼續(xù)下傳，工作速度慢；（2）路由信息的傳遞采用周期性的方式， 即每隔30s（按時(shí)間驅(qū)動(dòng)路由更新，同時(shí)無論何時(shí)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變也觸發(fā)更新）向UDP端口520發(fā)送一次路由信息廣播，廣播自己的全部路由表，每一個(gè)RIP數(shù)據(jù)包包含一個(gè)指令、一個(gè)版本號(hào)和一個(gè)路由域以及最多25條路由信息，從而容易造成網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載；（3）為防止網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)路由循環(huán)的問題， RIP規(guī)定當(dāng)跳數(shù)增加為15時(shí)， 路由器將丟棄這一信息， 因而RIP最多只能支持16臺(tái)路由器的網(wǎng)絡(luò)，只適用于小型網(wǎng)絡(luò)

相比之下， OSPF路由協(xié)議有明顯優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樗穆酚尚畔⒉皇且来蝹鬟f，而是每個(gè)路由器都會(huì)向全網(wǎng)廣播自己的第一手路由信息，提高了路由更新速度，收斂時(shí)間快。而且從根本上不會(huì)產(chǎn)生計(jì)算上的環(huán)路，不存在（如RIP那樣有15的）極限問題，也就是說它能支持更大的網(wǎng)絡(luò)（從理論上可達(dá)到65535臺(tái)路由器）。再有OSPF中每臺(tái)路由器不會(huì)周期性發(fā)路由信息， 而是只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，最先檢測(cè)到這一變化的路由器將此信息傳至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每臺(tái)路由器才做出相應(yīng)的修改，因此不占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很小[2]。RIP與OSPF路由協(xié)議的比較如表1所示：

從路由表對(duì)比來看，到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)192.168.3.0的下一跳IP地址都是192.168.2.2，但管理距離及度量值卻不同，RIP路由協(xié)議的管理距離是120，度量值是1（表示經(jīng)過一個(gè)路由器），而OSPF路由協(xié)議的管理距離是110，度量值是2。按照路由器的路由決策原則可知，管理距離越小，路由越優(yōu)先。所以配置OSPF路由協(xié)議的路由器選擇的路徑優(yōu)先于配置RIP路由協(xié)議所選擇的路徑。但是這兩種協(xié)議都能實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段的互聯(lián)互通，是目前互聯(lián)網(wǎng)常用的兩個(gè)協(xié)議。

4.結(jié)束語

本文通過介紹RIP及OSPF路由協(xié)議的工作原理，比較這兩種協(xié)議在路由過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，采用思科模擬仿真器分別對(duì)RIP及OSPF路由協(xié)議進(jìn)行配置分析。加深學(xué)生對(duì)RIP與OSPF路由協(xié)議概念的掌握和理解，培養(yǎng)學(xué)生配置RIP及OSPF路由協(xié)議的技能，達(dá)到通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)理論教學(xué)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 付承彪，田安紅. 兩種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分析及其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，7（33）：141.

[2] 韓瑾. Internet 路由技術(shù)的研究[J].天津理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，12（4）：54.

作者：伍保紅 女（1985.4--）貴州普安 助教 碩士 研究方向：嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)