计算机网络--网络层3

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路由算法

路由算法分类

• 静态路由：

  • 手工配置
  • 路由更新慢
  • 优先级高

• 动态路由：

  • 路由更新快
  • 定期更新
  • 及时响应链路费用或网络拓扑变化

• 全局信息：

  • 所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息
  • E.g. 链路状态(LS) 路由算法

• 分散(decentralized)信息：

  • 路由器只掌握物理相连的邻居以及链路费用
  • 邻居间信息交换、运算的迭代过程
  • E.g. 距离向量(DV) 路由算法

链路状态路由算法

Dijkstra 算法

• 所有结点(路由器)掌握网络拓扑和链路费用
  • 通过“链路状态广播”
  • 所有结点拥有相同信息
• 计算从一个结点(“源”)到达所有其他结点的最短路径
  • 获得该结点的转发表
• 迭代: k次迭代后，得到到达k个目的结点的最短路径

符号:

• c(x,y): 结点x到结点y链路费用；如果x和y不直接相连，则=∞
• D(v): 从源到目的v的当前路径费用值
• p(v): 沿从源到v的当前路径，v的前序结点
• N’: 已经找到最小费用路径的结点集合

Dijkstra 算法:讨论

• 算法复杂性: n个结点
  • 每次迭代: 需要检测所有不在集合N’中的结点w
  • n(n+1)/2次比较: O(n 2 )
  • 更高效的实现: O(nlogn)
• 存在震荡(oscillations)可能:
  • e.g., 假设链路费用是该链路承载的通信量:
    
    

距离向量路由算法

重点 ：结点获得最短路径的 下跳 一跳, 该信息用于转发表中

• 异步迭代:
  • 引发每次局部迭代的因素
  • 局部链路费用改变
  • 来自邻居的DV更新
• 分布式:
  • 每个结点只当DV变化时才通告给邻居
  • 邻居在必要时（其DV更新后发生改变）再通告它们的邻居
    
    
    
    
    
    

链路费用变化:

• 结点检测本地链路费用变化
• 更新路由信息，重新计算距离向量
• 如果DV 改变，通告所有邻居
  • t 0 : y 检测到链路费用改变 ，更新DV ，通告其邻居.
  • t 1 : z 收到y的 的DV 更新，更新其距离向量表，计算到达x 的最新其 最小费用，更新其DV ，并发送给其所有邻居.
  • t 2 : y 收到z的 的DV 更新， 更新其距离向量 表，重新计算y的 的DV， ，未发生改变，不再向z 发送DV.

好消息传播快！

毒性逆转(poisoned reverse)

• 如果一个结点(e.g. Z)到达某目的(e.g.X)的最小费用路径是通过某个邻居(e.g.Y)，则：
• 通告给该邻居结点到达该目的的距离为无穷大
  
  

无穷计数问题

层次路由

将任意规模网络抽象为一个图计算路由- 过于理想化

• 标识所有路由器
• “扁平”网络
• 在实际网络（尤其是大规模网络）中， 不可行！
  网络规模：考虑6亿目的结点的网络
  
• 路由表几乎无法存储！
• 路由计算过程的信息（e.g. 链路状态分组、DV）交换量巨大，会淹没链路！
• 管理自治：
  • 每个网络的管理可能都期望自主控制其网内的路由
  • 互联网(internet) = 网络之网络(network of networks)

聚合路由器为一个区域：自治系统AS(autonomous systems)，同一AS内的路由器运行相同的路由协议(算法)，自治系统内部路由协议(“intra-AS” routingprotocol)
不同自治系统内的路由器可以运行不同的AS内部路由协议

网关路由器(gatewayrouter): 位于AS“边缘”， 通过链路连接其他AS的网关路由器

互连的AS

自治系统间(Inter-AS)

RIP协议简介

AS 内部路由

RIP: 链路失效、恢复

如果180秒没有收到通告→邻居/链路失效

• 经过该邻居的路由不可用
• 重新计算路由
• 向邻居发送新的通告
• 邻居再依次向外发送通告（如果转发表改变）
• 链路失效信息能否快速传播到全网？
• 可能发生无穷计数问题
• 毒性逆转技术用于预防乒乓(ping-pong)环路(另外：无穷大距离 = 16 hops)

RIP 路由表的处理

• RIP路由表是利用一个称作route-d (daemon)的应用层进程进行管理
  • 应用进程实现
  • 通告报文周期性地通过UDP数据报发送
    
    

OSPF协议简介

• ”开放”: 公众可用
• 采用链路状态路由算法
• LS分组扩散（通告）
• 每个路由器构造完整的网络(AS)拓扑图
• 利用Dijkstra算法计算路由
• OSPF通告中每个入口对应一个邻居
• OSPF通告在整个AS范围泛洪
• OSPF报文直接封装到IP数据报中
• 与OSPF极其相似的一个路由协议:IS-IS 路由协议

OSPF 优点(RIP 不具备)

• 安全(security): 所有OSPF报文可以被认证(预防恶意入侵)
• 允许使用多条相同费用的路径 (RIP只能选一条)
• 对于每条链路，可以针对不同的TOS设置多个不同的费用度量 (e.g., 卫星链路可以针对“尽力”(best effort) ToS设置“低”费用；针对实时ToS设置“高”费用)
• 集成单播路由与多播路由
• 多播OSPF协议(MOSPF) 与OSPF利用相同的网络拓扑数据
• OSPF支持对大规模AS分层(hierarchical)

分层的OSPF

BGP 协议简介

Internet AS 间路由协议

• 边界网关协议BGP (Border GatewayProtocol): 事实上的标准域间路由协议

  • 将Internet “粘合”为一个整体的关键

• BGP为每个AS提供了一种手段:

  • eBGP: 从邻居AS获取子网可达性信息.
  • iBGP: 向所有AS内部路由器传播子网可达性信息.
  • 基于可达性信息与策略，确定到达其他网络的 “好”路径

• 容许子网向Internet其余部分通告它的存在：“ 我在这儿！”

• BGP会话(session):

  • 两个BGP路由器 (“Peers”)

• 交换BGP报文:

  • 通告去往不同目的前缀（prefix）的路径 (“路径向量(path vector)”协议)
  • 报文交换基于半永久的TCP连接

• BGP报文:

  • OPEN: 与peer建立TCP连接，并认证发送方
  • UPDATE: 通告新路径 (或撤销原路径)
  • KEEPALIVE: 在无UPDATE时，保活连接；也用于对OPEN请求的确认
  • NOTIFICATION: 报告先前报文的差错；也被用于关闭连接
    
    
    
    
    
    

BGP路由选择

• 网关路由器收到路由通告后，利用其输入策略(import policy)决策接受/拒绝该路由
  • e.g., 从不将流量路由到AS x
  • 基于策略(policy-based) 路由
• 路由器可能获知到达某目的AS的多条路由，基于以下准则选择：

1. 本地偏好(preference)值属性: 策略决策(policy
   decision)
   
2. 最短AS-PATH
3. 最近NEXT-HOP路由器: 热土豆路由(hot potato
   routing)
   
4. 附加准则

为什么采用不同的AS 内与AS 间路由协议

• 策略(policy):
  • inter-AS: 期望能够管理控制流量如何被路由，谁路由经过其网络等.
  • intra-AS: 单一管理，无需策略决策
• 规模(scale):
  • 层次路由节省路由表大小，减少路由更新流量
  • 适应大规模互联网
• 性能(performance):
  • intra-AS: 侧重性能
  • inter-AS: 策略主导

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/4400801/blog/3233551