资源简介

(共20张PPT)
计算机网络技术基础
第6章
06
网络互连技术
章节导读
随着计算机技术、通信技术和计算机网络技术的飞速发展，以及计算机网络的广泛应用，单一的网络的环境已经不能满足社会对信息的需求，往往还需要将多个相同或不同类型的计算机网络相互连接在一起，组成规模更大、功能更强的网络，以实现更广泛的资源共享和信息交流。本章主要讲解计算机网络互连的概念、常用网络互连介质的特性及其用途、网络互连设备的工作原理及其使用方法，以及常用的路由协议。
学
习
目
标
理解网络互连的概念，掌握网络互连的类型和基本要求。
了解常用网络互连介质的特性和用途。
掌握各层次网络互连设备的工作原理、特点与用途。
掌握常用路由协议RIP、OSPF、BGP的工作原理和应用。
6.4 路由协议
路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据报寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。为了找出最佳传输路径，需要使用路由选择算法来实现。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中，并通过不断更新和维护路由表使之正确反映网络拓扑结构，最终根据路由表中的度量值来确定最佳路径。路由协议就是指这些实现路由选择算法的协议。
6.4 路由协议
路由器获取路由信息的方式有两种：静态路由和动态路由。
动态路由是基于某种协议实现的，常见的路由协议有内部网关协议（IGP）和边界网关协议（BGP）。其中，内部网关协议又分为路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先（OSPF）协议。
6.4 路由协议
6.4.1 RIP（路由信息协议）
路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）是最先得到广泛应用的内部网关路由协议。RIP采用距离向量算法，即路由器根据距离选择最佳路径，所以也称为距离向量协议。
RIP的工作原理
1
RIP使用跳数来衡量到达目的地的距离，即使用跳数作为路由度量值。跳数是指数据从源地址到达目的地址之间经过的路由器个数。从路由器到直接连接的网络的跳数定义为1，每经过一个路由器则数值加1。RIP允许的跳数最大为15跳，超过15跳的网络将无法到达，因此RIP一般适用于规模较小的同构网络。
6.4 路由协议
RIP协议中的路由更新是通过定时广播实现的。默认情况下，使用RIP协议的路由器每隔30秒就向与其相连的网络广播自己的路由表，收到广播的路由器会将收到的信息与自己路由表进行比较，判断是否将其中的路由条目加入自己的路由表。
（1）如果收到的路由表中的路由条目是自己的路由表中不存在的，路由器会将该路由条目添加到自己的路由表中。
（2）如果路由表中的路由条目已经存在于自己的路由表中，则比较两条路由条目，当新的路由条目拥有更小的跳数时，用来替换原有路由条目。
（3）如果路由表中的路由条目已经存在于自己的路由表中，并且新的路由条目的跳数大于或等于原路由条目时，则判断两条路由条目是否来自同一路由器，如果是，则使用新路由条目替换原有路由条目并重置自己的更新计时。否则，不更新原有路由条目。
RIP使用一些计时器来保证它所维持的路由表的有效性与及时性，这些计时器包括路由更新计时、路由无效计时、保持计时器和路由清理时间。
6.4 路由协议
RIP的分类
2
目前，RIP共有3个版本：RIPv1、RIPv2和RIPng。其中RIPng应用于IPv6的网络环境中，而RIPv1和RIPv2则用于IPv4的网络环境中。RIPv1是有类路由协议，由于限制较多而逐渐被淘汰。RIPv2是在RIPv1的基础上进行改进的，是无类路由协议。RIPv1与RIPv2两个版本的主要区别如表6-3所示。
表6-3 RIPv1和RIPv2的区别
功能描述 RIPv1 RIPv2
路由器之间的认证 不支持 支持
IP类别 有类路由协议 无类路由协议
更新中携带子网掩码，支持VLSM 不支持 支持
更新方式 广播 组播
6.4 路由协议
RIP的缺点
3
RIP虽然简单易行，目前已被大多数路由器厂商广泛使用，但也存在一些缺点，列举如下：
（1）以跳数作为度量值，得到的路径有时并非最佳路径。
（2）允许的跳数最大仅为15跳，不适合大型网络。
（3）路由器接其他收任何设备的路由更新，导致可靠性差。
（4）路由器之间的信息交互占了很多网络带宽。
（5）每隔30秒一次的路由信息广播是造成网络广播风暴的重要原因之一。
6.4 路由协议
6.4.2 OSPF（开放最短路径优先）协议
开放最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）是一种基于链路状态的路由协议，因此也可称为链路状态协议。
OSPF的工作原理
1
OSPF需要每个路由器向其同一管理域的所有其他路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包括所有接口信息、所有的量度和其他一些变量。使用OSPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息，并根据一定的算法计算出到达每个节点的最短路径。
6.4 路由协议
OSPF协议采用的算法是SPF算法（又称Dijkstra算法）。SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的路由器的距离，每个路由器根据一个统一的数据库（LSDB，Link State DataBase）计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中被称为最短路径树。在OSPF路由协议中，最短路径树的树干长度，即OSPF路由器至每一个目的路由器的距离，称为OSPF的开销（Cost）。
配置OSPF路由协议的路由器组建自己路由表的过程如下。
（1）路由器通过组播发送Hello包，以此来发现邻居并与其建立邻接关系。这些邻接关系构成的邻居表，是路由器之间进行路由信息交换的前提。
（2）建立好基本邻居表后，路由器比较收到的Hello包的优先级，优先级最高的被选举为指定路由器（DR，Designated Router），次高的为备份指定路由器（BDR，Backup Designated Router）。比较后，网络中所有非指定路由器只能和DR和BDR形成邻接关系。此时，网络的邻接关系将大大简化。
6.4 路由协议
例如，4台路由器在选举指定路由器DR和备份指定路由器BDR之前，两两之间都具有邻接关系，即总共有6个邻接关系，整个网络就形成网状的邻接关系，如图6-19（a）所示。假设选举Router1为指定路由器DR，Router2为备份指定路由器BDR，则邻接关系简化为图6-19（b）所示。
（a） （b）
图6-19 选举DR和BDR前后的邻接关系对比
6.4 路由协议
提 示
完成DR和BDR选举后，如果又有优先级更高的路由器加入到网络中，DR和BDR不变，即不会重新选举。除非DR出现故障，则BDR随即生成为DR，并且重新选举BDR；如果BDR出现故障，则重新选举BDR。
（3）建立了邻居表后，路由器将使用链路状态广播（LSA，Link-State Advertisement）与其他路由器交换自己的网络拓扑信息，建立统一的链路状态数据库（LSDB），从而形成网络拓扑表。在同一个区域里，所有的路由器形成的网络拓扑表都是相同的。
（4）完整的网络拓扑表建立完成后，路由器将使用SPF算法从网络拓扑表中计算出最佳路由，并将其添加到自身的路由表中。至此，配置OSPF路由协议的路由器完成自己路由表的组建。
OSPF的优点
2
6.4 路由协议
与RIP相比，OSPF路由协议具有如下优点：
（1）OSPF协议虽然也用跳数做为度量值，但其路径开销与链路的带宽相关，不受物理跳数的限制。
（2）OSPF协议中，只有当网络链路状态发生变化时，路由器才会以组播的形式发送更新的链路状态信息，减少了对网络带宽的占用，提高了系统效率。
（3）OSPF将一个自治系统（AS）再划分为区，相应地有两种类型的路由选择方式：当源和目的地在同一区时，采用区内路由选择；当源和目的地在不同区时，则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销，并增加了网络的稳定性。当某个区内的路由器出现故障时，也不会影响其他区路由器的正常工作，这给网络的管理、维护带来了方便。
（4）OSPF采用的SPF算法避免了路由环路的产生。
6.4 路由协议
知识库
在互联网中，一个自治系统（Autonomous System，AS）是一个有权自主决定在本系统中应采用何种路由协议的小型单位。这个网络单位可以是一个简单的网络，也可以是由一个或多个普通的网络管理员来控制的网络群体。也就是说，AS是一个单独的可管理的网络单元，如一所大学、一个企业或者一个公司个体。
一个自治系统有时也被称为是一个路由选择域（Routing domain）。一个自治系统将会分配一个全局的唯一的16位号码，有时我们把这个号码叫做自治系统号（ASN）。
6.4 路由协议
6.4.3 BGP（边界网关协议）
边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）是为TCP/IP互联网设计的外部网关协议，用于多个自治系统之间。目前使用最多的版本是BGP-4，简写为BGP。BGP既不是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其他自治系统的BGP交换网络可达信息。各个自治系统可以运行不同的内部网关协议。
两个运行BGP的自治系统之间首先建立一条会话连接，然后彼此初始化交换所有BGP路由，即整个BGP路由表。初始化交换完成后，只有当路由表发生变化时，才会发出BGP更新信息，这样有利于节省网络带宽和减少路由器的开销。
内部网关协议（IGP）的功能是完成数据在AS内部的路由选择，只作用于本地AS内部；而外部网关协议（BGP）是完成数据在AS之间的路由选择，只了解AS的整体结构，而不了解每个AS内部的拓扑结构。
网络互连技术
小结
本章主要内容是介绍如何将多个独立的局域网互连为一个规模更大、网络覆盖面积更广的互联网，以实现更大范围的资源共享和信息交流。文中讨论了网络互连的主要原因、互连形式、基本要求，常用的互连介质和互连设备，以及路由协议。
网络互连的核心是网络之间的硬件连接和网间互连协议。网络的物理连接是使用网络互连设备通过传输线路实现的，旨在为局域网之间提供一条用于传输数据的物理通道。网络互连设备极其重要，它直接影响着互联网的性能。所以本章着重介绍了工作在不同层次的网络互连设备的功能特性和应用场合，以及各种设备的差异。网络互连设备包括：工作在物理层的中继器和集线器；工作在数据链路层的网桥和第二层交换机；工作在网络层的路由器和三层交换机，以及工作在传输层以上的网关。
网络互连技术
小结
路由选择算法是用于判定数据到达目的地的最佳路径的方法，而路由协议则是实现路由算法的一系列规则和约定。常见的路由协议有内部网关协议（IGP）和边界网关协议（BGP）。其中，内部网关协议又分为路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先（OSPF）协议。
THANKS

展开更多......

收起↑