路由协议研究与实现

路由协议研究与实现

摘要：网络是信息的高速公路，它是靠作用于像立交桥一样的路由器将它连接并延伸的。路由器通过查找自己的路由表来获知该将信息往哪一条路上送，由此可知，路由器需要掌握网络的路由情况，而路由器又是通过路由协议来得到这一信息的，因此路由协议对路由器来说是非常重要的。路由协议的好坏会直接影响到路由器的性能。本文主要针对OSPF、RIP、静态路由三种路由器协议进行重点研究，主要说明三种协议的概念、基本原理以及三种协议之间的对比与实现，文章先对三种协议进行相应的阐述，然后分析对比各个协议使用的优缺点，对三种协议进行分析比较，研究三种协议的适用场景，最后利用目前主流的Packet Tracer软件对OSPF、RIP以及静态路由进行实现。

关键词：OSPF；RIP；静态路由

一、路由协议介绍 1

（一）路由协议的概念 1

（二）路由协议分类 2

（三）路由选择协议 2

1、 IP路由选择概述 2

二、 OSPF协议 3

（一） OSPF协议简介 3

（二） OSPF的特点及组件 3

（三）链路状态工作原理 5

（四）单区域和多区域OSPF 5

（五） OSPF的数据包类型 6

（六） OSPF工作原理 7

（七）多区域OSPF LSA工作原理 7

三、 RIP协议 9

（一） RIP概述 9

（二） RIP的特点 9

四、静态路由 10

（一）静态路由概述 10

（二）静态路由的类型 10

五、路由协议的对比 11

（一）三种协议之间的对比 11

1、 RIP和OSPF的比较 11

2、静态路由和OSPF的比较 12

3、静态路由和RIP的比较 12

（二）三种协议的适用场景 12

六、利用Packet Tracer实现 12

（一）网络拓扑图设计 13

（二）配置参数 13

（三）实现效果 25

七、结论 30

参考文献 31

一、路由协议介绍

（一）路由协议的概念

路由器给出了异构网互相连接的一个体制，为了能够将一个网络里面的数据包传递给另外一个网络。这其中路由便是指引IP数据包进行传达的路径信息。路由协议即是在导传达进程里预先拟定出来的规矩以及准则。

路由协议依靠各个设备之间分享路由的信息来对可路由协议进行支持。路由信息在邻居设备中间进行相互传达，要保证所有的设备都明确知晓到达别的设备的路径。总的来说，路由表是由路由协议进行创建的，对整个网络的拓扑进行相应的描述；各个路由协议之间积极协调配合工作，以此实现数据包的传递以及路由的选择两个目的。

为了明确每一个协议的抵达路径需要使用路由选择协议，这个协议包含了EIGRP、IGRP、OSPF、RIP等，主要担任寻找路径的引导功用。这个协议在传输层或是应用层上工作。

路由选择协议这个协议主要在路由设备上配置运行，这个协议大部分都是用作对路径选择。根据不同条件要求，能够划分成为两种：在一个AS(Autonomous System即自治系统，即一个互相连接的网络。简单来说就是将整个网络环境细分成很多小型的网络环境，同时让这些小型的网络自己决定所要使用哪种协议)里面的路由协议叫做内部网关协议(interior gateway protocol)，AS之间的路由协议叫做外部网关协议(exterior gateway protocol)。现如今相对来说经常配置运用的内部网关路由协议有下列几种，分别是：RIPv1、RIPv2、EIGRP、IGRP、OSPF以及IS-IS。这里面的写在前面的4个是使用距离向量算法的协议，IS-IS以及OSPF两个协议所使用的是链路状态的算法。相对小型的网络来讲，使用路由协议是采用距离向量算法的对于配置以及管理方面会更加方便，并且会有比较广泛的应用；但是相对于大型的网络来说，它原先就寻在的环路的问题会变得更加的棘手，同时需要占用的带宽也更加的大，这样会造成网络承受不了。因而相对于大型的网络来讲，使用IS-IS以及OSPF路由协议比较好，因为这两个路由协议使用的是链路状态算法，而且被广泛的应用在大型的网络环境里。质量跟性能方面IS-IS与OSPF区别并不是很大，然而OSPF相对来讲更加适合用于IP，因为OSPF相比于IS-IS更有活力。IETF团队一直在进行改进OSPF的工作，它的修改的速度要比IS-IS快上很多。导致OSPF成了配置并使用得非常的多的一个路由协议。

EGP这个协议是外部网关协议最早进行配置使用的路由协议。为了树形拓扑结构EGP被设计了出来，伴随着大量的用户以及网络加入Internet，让EGP有了很大的局限性。对于EGP，为了把它的局限性去除掉，IETF团队共同的拟定出了一个标准，即BGP。

（二）路由协议分类

根据数据流的类型，可分成单播路由协议Unicast Routing Protocol 和多播路由协议Multicast Routing Protocol。单播路由协议包括RIP、OSPF、IGRP、BGP、IS-IS等；多播路由协议包括DVMRP、PIM-SM、PIM-DM等。

按照各个网络的规模的具体大小，单播路由协议能够分成域内路由协议IGP 以及域外路由协议EGP，这里面的IGP协议包括有RIP、OSPF、IGRP、EIGRP、IS-IS 、EGP。通过IGP和EGP的基本概念就可以看出EGP比较适合应用在大型的网络自治区域和自治区域之间，IGP比较适合应用在小型的网络自治区域内部。

按照寻径算法，单播路由协议能细分成为链接状态协议Link-State以及距离矢量协议Distance-Vcetor两种。距离矢量协议一共有四种分别是：EIGRP、BGP、RIP、IGRP。这里面BGP是路径矢量协议，它是由距离矢量协议变化而来的，链接状态协议一共有两种分别是：OSPF以及IS-IS。链接状态协议和距离矢量协议的不同的地方是两个协议传递的内容，对于距离矢量协议是直接传递各自的路由表，每一个设备按照接收到的路由表对自身的路由表进行同步的更新，对于整个网络拓扑来说各个设备之间并不知晓，各个路由器知晓的仅仅是邻近的情况；而对于链接状态协议传递各个路由器中间的连接的状态.按照这样每一个路由器都能知晓整个网络的对应的网络拓扑结构路由。

（三）路由选择协议

1、 IP路由选择概述

路由器把分组信息传递给目地网络，所以，它需要知晓远程网络，同时需要确认去往那里的路径。路由器知晓跟它的接口直接连接的网络，它按照接口的配置地址以及子网掩码以确定接口的子网或网络号；但是相对于跟它的接口不是直接连接的网络，须要依靠外部的信息进行获取。路由器获取远程网络的两种方式分别是：静态和动态路由。静态路由必须依靠管理员手动进行配置相关的信息，当网络有了改变的时候，要通过管理员手动进行更新；动态路由是路由器从另一个相同的设备上获取信息，然而它须要占用网络的带宽以及路由器的资源。在确认选定应用动态路由协议的时候，管理员需要进行手动把各个路由器设备都进行相关的协议配置，路由器设备之间才能互换相关可达的网络信息跟其他网的网络的状态。只有配置运行着同一个协议的各个设备之间才能够进行互换。发生网络拓扑变化的时候，信息发生改变，新的信息会以动态的形式传达到整个的网络，各个路由器的路由表都会进行对应的更新，来对改变后的拓扑进行响应。

结论

本设计对路由协议的概念和分类作了介绍，对三路由协议的OSPF、RIP和静态路由进行了深入的研究，尤其研究了OSPF协议，为后文的模拟器实现提供理论对比。OSPF是一种分层次的链路状态协议，用于同一个自治系统内。为了节省网络资源和计算路由表的时间，并使路由协议的聚合速度更快，同时稳定性和灵活性更高，我们将一个自治系统又分为很多个区域。各个区域维护自己的连接状态。每个区域都与骨干区域连接。为了便于管理，可对OSPF区域进行汇总，汇总一般配置在ABR上。

完成论文的过程中遇到的最大的难点是三个路由协议的分析比较以及最后的模拟器实验部分。折腾了很长时间，在老师和同学的指导和帮助下才最终把理论部分的问题解决。接下来的问题就是适用模拟器进行实现，由于对软件核试验不熟悉，所以花费了很长时间才把实验基本做完，然后就是效果实现部分，刚做完的时候两台PC机根本无法ping通，之后找了同学帮忙才把实验做出来。

总之，本次通过完成本次毕业设计，本人对路由协议（尤其是OSPF协议）有了更深的认识和理解，也进一步熟练的使用了Packet Tracer这个模拟器。并成功用这个模拟器进行了模拟实现。在研究过程中，通过各种方式和方法把遇到的困难和难点一一解决，不断地学习和进步才最终完成了此次毕业设计。整个过程本人受益匪浅。

参考文献

[1] Mark A. Dye,Allan D. Reid.思科网络技术学院教程网络简介 [M].北京：人民邮电出版社，2014.12

[2] Scott Empson,Cheryl Schmidt.思科网络技术学院教程路由和交换基础 [M].北京：人民邮电出版社，2014.12

[3] Allan Johnson.思科网络技术学院教程扩展网络 [M].北京：人民邮电出版社，2015.3

[4] Rick Graziani,Bob Vachon.思科网络技术学院教程连接网络 [M].北京：人民邮电出版社，2015.2