路由與交換

7.1第三層交換7.1.1第三層交換技術(shù)簡(jiǎn)介 第三層交換技術(shù)也稱為IP交換技術(shù)、高速路由技術(shù)等。這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來(lái)加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。路由的基本功能是：?路由處理（路徑確定、路由表的維護(hù)）。?數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)（地址解析、計(jì)數(shù)器維護(hù)、報(bào)文頭重寫等）。路由器與交換機(jī)的區(qū)別如下：?交換機(jī)提供交換功能，并提供一些特別服務(wù)（如報(bào)文過(guò)濾）。?路由器提供路由功能、交換功能以及特別服務(wù)。7.1.2第三層交換技術(shù)三層設(shè)備具備以下特征：?轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文流。?完成數(shù)據(jù)包交換功能。?完成特殊服務(wù)，如報(bào)文過(guò)濾或認(rèn)證。?路由處理。1.報(bào)文到報(bào)文的第三層交換第三層報(bào)文到報(bào)文技術(shù)將路由每個(gè)報(bào)文，并在第三層地址轉(zhuǎn)發(fā)所有報(bào)文。2.報(bào)文到報(bào)文交換的處理方法在當(dāng)今的互連網(wǎng)絡(luò)中有很多設(shè)備在用報(bào)文到報(bào)文的交換方式。如傳統(tǒng)路由器、學(xué)習(xí)型網(wǎng)橋、路由交換機(jī)等。（1）傳統(tǒng)路由器傳統(tǒng)路由器是最老的第三層報(bào)文到報(bào)文交換設(shè)備，它們能夠完成交換、路由和特殊服務(wù)。傳統(tǒng)路由器運(yùn)行路由協(xié)議，如RIP(路由信息協(xié)議)或OSPF(公開最短路徑優(yōu)先)，以便交換拓?fù)?、擁塞等信息。在圖7-2中，路由表、訪問(wèn)列表、排隊(duì)優(yōu)先級(jí)、記帳數(shù)據(jù)、記帳任務(wù)、排隊(duì)任務(wù)、安全任務(wù)、交換任務(wù)，以及緩存?zhèn)鹘y(tǒng)路由器等軍備封裝為單個(gè)卡中，并將其插入到二層交換機(jī)的插槽中，以增加二層設(shè)備的路由功能。（2）學(xué)習(xí)型網(wǎng)橋第三層交換機(jī)不僅兼?zhèn)淞寺酚善鞯墓δ?，而且提高了第二層交換機(jī)的能力。學(xué)習(xí)型網(wǎng)橋監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中路由器發(fā)出的ARP(地址解析協(xié)議)廣播流，并建立自己的映射表保存第三層和第二層地址間的映射。學(xué)習(xí)型網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn)包括易于安裝(路由表是學(xué)來(lái)的，不是配置的)、兼容于現(xiàn)有路由器以及高性能但價(jià)格低于傳統(tǒng)路由器。（3）路由式交換機(jī)從交換的角度來(lái)開發(fā)第三層產(chǎn)品，這一方法從設(shè)計(jì)開始就強(qiáng)調(diào)組合路由和交換。其設(shè)計(jì)技術(shù)包括：?削減處理的協(xié)議數(shù)，包括第三層(常常只對(duì)IP)和第二層(例如，只對(duì)以太網(wǎng))。?限制第三層支持的特殊服務(wù)。?盡可能將其做到硬件內(nèi)(如ASIC)而不采用軟件實(shí)現(xiàn)。完成交換、路由處理和第三層報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的產(chǎn)品稱為路由式交換機(jī)，其目的是降低路由處理代價(jià)，提高路由性能以匹配第二層交換機(jī)。路由式交換機(jī)一般只支持有限的路由協(xié)議，即支持選定技術(shù)所需要的那些協(xié)議（4）現(xiàn)代因特網(wǎng)路由器現(xiàn)代因特網(wǎng)路由器。它完全不同于傳統(tǒng)路由器。并具有以下關(guān)鍵特征：?通常不支持多協(xié)議，而是只關(guān)注IP(因此才會(huì)加上“因特網(wǎng)”描述符)。?絕對(duì)不是基于軟件的，而是將能想到的、盡可能多的功能構(gòu)造到硬件中。?任何報(bào)文都不會(huì)退回到慢通路處理，即使查表失敗或是高速緩存不命中。?路由表足夠大，可處理因特網(wǎng)內(nèi)或邊緣操作所需要的目的數(shù)量(即數(shù)萬(wàn)而非通常的、局限于每個(gè)接口卡或端口緩存的幾千表項(xiàng))。3.流交換的第三層交換在流交換的報(bào)文傳輸中，分析第一個(gè)報(bào)文，并確定其是否標(biāo)識(shí)了一個(gè)“流”或者一組具有相同源地址和目的地址的報(bào)文。第一要點(diǎn)是要識(shí)別第一個(gè)報(bào)文的哪一個(gè)特征標(biāo)識(shí)一個(gè)流，這個(gè)流可使其余的報(bào)文直接通過(guò)，即在第二層路經(jīng)直接通過(guò)。第二要點(diǎn)是，一旦建立穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路徑，就讓報(bào)文流足夠長(zhǎng)以便利用已知的路徑。流交換方法又稱為“直通路由”技術(shù)，因?yàn)楹罄m(xù)報(bào)文無(wú)需路由選擇而直接交換?？傊谌龑恿鹘粨Q技術(shù)只需要分析流中的第一個(gè)報(bào)文，并對(duì)其進(jìn)行路由處理。流中的后續(xù)報(bào)文直接延續(xù)首個(gè)報(bào)文的路徑進(jìn)行傳輸。4.報(bào)文流交換的處理方法在基于幀和信元的網(wǎng)絡(luò)中，報(bào)文流交換比報(bào)文到報(bào)文的交換方式更具優(yōu)勢(shì)。報(bào)文流的交換方式有兩個(gè)主要類型：端到端驅(qū)動(dòng)的和網(wǎng)絡(luò)中心的驅(qū)動(dòng)模式。端到端驅(qū)動(dòng)一般不需要改變網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)施；而網(wǎng)絡(luò)中心的驅(qū)動(dòng)模式則必須由網(wǎng)絡(luò)中心交換機(jī)支持。流交換的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是由ATM論壇1997年7月發(fā)布的MPOA（MultiprotocolOverATM），MPOA是使各種協(xié)議能夠在ATM上運(yùn)行的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。（1）端到端驅(qū)動(dòng)的報(bào)文流交換在此類交換中，端系統(tǒng)檢查標(biāo)識(shí)流的報(bào)文特征，其優(yōu)點(diǎn)是后續(xù)報(bào)文可在第二層進(jìn)行交換。也就是說(shuō)報(bào)文流通常要足夠長(zhǎng)，這樣，第二層交換所節(jié)省的時(shí)間就會(huì)超過(guò)建立通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的流通路所花費(fèi)的時(shí)間。（2）網(wǎng)絡(luò)中心式流交換網(wǎng)絡(luò)中心式流交換要求全網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)協(xié)同工作，以便在路由第一個(gè)流，并知道目的后建立捷徑通路。如果流標(biāo)識(shí)和路由是中心化的，不屬于已建立的流的報(bào)文就會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)路由服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中心式報(bào)文流交換模式中，出現(xiàn)了單一故障點(diǎn)（RS），如果引入分布式的機(jī)制，會(huì)使其變得更加強(qiáng)壯。分布式路由服務(wù)器需要一種機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)或同步各個(gè)分布的路由服務(wù)器的活動(dòng)。例如，MPOA定義了在冗余路由服務(wù)器之間進(jìn)行錯(cuò)誤恢復(fù)的方法。7.1.3第三層交換技術(shù)應(yīng)用第三層交換的目標(biāo)是，在數(shù)據(jù)通信源地址和目的地址之間建立一條直接的第二層通路，且無(wú)需經(jīng)過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。目前主要的第三層交換技術(shù)有：IpsilonIP交換Cisco標(biāo)簽交換3ComFastIPIBMARIS(AggregateRoute－basedIPSwitching)MPOA(MultiProtocolOverATM)7.2多層交換技術(shù)第三層交換技術(shù)具有速度快、可靠性高等特點(diǎn)，并可以通過(guò)智能化帶寬控制技術(shù)來(lái)滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。網(wǎng)絡(luò)的第三層交換技術(shù)充分考慮到以太網(wǎng)和因特網(wǎng)各自的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合第三層的線速交換，能夠使企業(yè)迅速部署網(wǎng)絡(luò)，開展各種服務(wù)。下一代網(wǎng)絡(luò)將更加智能化。引入第四到第七層交換，網(wǎng)絡(luò)就可識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)數(shù)據(jù)包所屬的應(yīng)用和服務(wù)，然后應(yīng)用這種信息把數(shù)據(jù)包傳送到正確的路徑。7.2.1第四層交換第四層交換機(jī)是第二層交換和第三層交換的擴(kuò)展，支持通信流的優(yōu)先權(quán)劃分。第四層交換機(jī)術(shù)是一種基于策略的路由。它可以針對(duì)傳輸層的端口進(jìn)行交換。四層交換可以根據(jù)不同應(yīng)用程序劃分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)。1.第四層交換的工作機(jī)制端到端性能和服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載進(jìn)行細(xì)致的均衡，以保證客戶機(jī)與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)平滑地流動(dòng)。第四層交換技術(shù)利用第三層和第四層包頭中的信息來(lái)識(shí)別應(yīng)用數(shù)據(jù)流會(huì)話，這些信息包括TCP／UDP協(xié)議端口號(hào)、標(biāo)記應(yīng)用會(huì)話開始與結(jié)束的“SYN/FIN”位以及IP源／目的地址。2.第四層交換技術(shù)的應(yīng)用具有第四層功能的交換機(jī)能夠起到與服務(wù)器相連接的“虛擬IP”(VIP)前端的作用。每臺(tái)服務(wù)器和支持單一或通用應(yīng)用的服務(wù)器組都配置一個(gè)VIP地址。這個(gè)VIP地址被發(fā)送出去并在域名系統(tǒng)上注冊(cè)。在發(fā)出一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，第四層交換機(jī)通過(guò)判定TCP開始，來(lái)識(shí)別一次會(huì)話的開始。然后它利用復(fù)雜的算法來(lái)確定處理這個(gè)請(qǐng)求的最佳服務(wù)器。一旦做出這種決定，交換機(jī)就將會(huì)話與一個(gè)具體的IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務(wù)器真正的IP地址來(lái)代替服務(wù)器上的VIP地址。7.2.2第七層交換用戶不僅能驗(yàn)證是否在發(fā)送正確的內(nèi)容，而且還能打開網(wǎng)絡(luò)上傳送的數(shù)據(jù)包(不用考慮IP地址或端口)，并根據(jù)包中的信息做出負(fù)載均衡決定。1.第七層交換的工作機(jī)制對(duì)于負(fù)載均衡設(shè)備來(lái)說(shuō)，需要知道流過(guò)此端口的數(shù)據(jù)是流媒體還是一些簡(jiǎn)單請(qǐng)求應(yīng)用。也就是說(shuō)第七層交換不僅能夠根據(jù)URL做出全面的負(fù)載均衡決策，還能根據(jù)用戶使用的應(yīng)用類型做出決策。2.第七層交換的應(yīng)用目前，第七層功能的標(biāo)準(zhǔn)還沒有出臺(tái)。人們總需要在智能性與速度之間進(jìn)行權(quán)衡。在采用第七層認(rèn)知技術(shù)的情況下，可以以線速度做出更智能性的傳輸數(shù)據(jù)流決策。7.3標(biāo)記交換標(biāo)記交換是針對(duì)這些應(yīng)用而提供的一種有效解決方案。標(biāo)記交換可以將網(wǎng)絡(luò)層路由的靈活性與標(biāo)簽交換轉(zhuǎn)發(fā)的簡(jiǎn)易性緊密融合在一起。7.3.1標(biāo)記交換的概念具體來(lái)說(shuō)，分配標(biāo)簽的動(dòng)作以及把數(shù)據(jù)流映射到虛電路的交換過(guò)程都是獨(dú)立于單個(gè)IP數(shù)據(jù)流而進(jìn)行的。上述方法保持了在網(wǎng)絡(luò)層按照逐級(jí)跳方式對(duì)所有報(bào)文流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并把IP數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)移到端到端的直通路徑上。標(biāo)記交換在標(biāo)記交換機(jī)路由器內(nèi)進(jìn)行。標(biāo)記交換的基本目標(biāo)是提高骨干路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能，它使用了簡(jiǎn)單的按照標(biāo)記的標(biāo)簽替換轉(zhuǎn)發(fā)功能，并把不同的網(wǎng)絡(luò)層選路服務(wù)（例如，單播、組播、服務(wù)類別COS等等。）與這種標(biāo)簽替換轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制聯(lián)系起來(lái)，并保持與介質(zhì)無(wú)關(guān)的特性。7.3.2標(biāo)記交換的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)記交換的體系結(jié)構(gòu)可以從幾個(gè)不同的層面來(lái)看。一種簡(jiǎn)單的提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的技術(shù)是把標(biāo)記分配給所有的路由器，以便加速所有通過(guò)選路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。1.標(biāo)記交換的體系結(jié)構(gòu)典型的路由器要執(zhí)行基于目的地址的路由表查詢，以及TTL遞減、分組頭校驗(yàn)和介質(zhì)轉(zhuǎn)換。有效的轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流不僅依賴于路由器自身的能力，而且依賴于選路協(xié)議計(jì)算的通往目的地的最佳的下一跳。標(biāo)記交換簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)發(fā)功能，它按照每個(gè)分組中固定長(zhǎng)度的標(biāo)記的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的查表和標(biāo)簽替換操作，從而替代了標(biāo)準(zhǔn)的路由表查詢。標(biāo)記交換的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)特征是把標(biāo)記交換轉(zhuǎn)發(fā)操作從網(wǎng)絡(luò)層的控制功能中分離出來(lái)。標(biāo)記交換由兩個(gè)基本組件組成：控制和轉(zhuǎn)發(fā)?？刂平M件負(fù)責(zé)在標(biāo)記交換機(jī)設(shè)備中創(chuàng)建和維護(hù)一組正確的標(biāo)記，標(biāo)記的分發(fā)是通過(guò)標(biāo)簽分布協(xié)議（如TDP）或者經(jīng)過(guò)修改的能在TSR設(shè)備之間傳送標(biāo)記的控制協(xié)議（如資源預(yù)留協(xié)議RSVP和多點(diǎn)發(fā)送路由協(xié)議PIM等）來(lái)完成。轉(zhuǎn)發(fā)組件使用分組內(nèi)部的標(biāo)記信息和標(biāo)記交換機(jī)設(shè)備中存儲(chǔ)的標(biāo)記信息執(zhí)行分組轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。2.標(biāo)記交換的組件標(biāo)記交換模型包含若干個(gè)組件。下面將一一說(shuō)明：控制組件：控制組件負(fù)責(zé)在一組TSR設(shè)備之間產(chǎn)生和維護(hù)標(biāo)記的一致性。創(chuàng)建標(biāo)記涉及分配標(biāo)記然后把它與特定目的地關(guān)聯(lián)。目的地可以是主機(jī)地址、地址前綴、組播組地址或者只是任何關(guān)于網(wǎng)絡(luò)層的信息。標(biāo)記關(guān)聯(lián)的分配可以使用標(biāo)簽分布協(xié)議或者在現(xiàn)有控制協(xié)議，如，資源預(yù)留協(xié)議RSVP或者多點(diǎn)發(fā)送路由協(xié)議PIM上通過(guò)“攜帶”來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)發(fā)組件：轉(zhuǎn)發(fā)組件利用分組中的標(biāo)記以及每個(gè)TSR設(shè)備中的標(biāo)記信息庫(kù)（TIB）來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)TSR接收到包含標(biāo)記的分組后，按照標(biāo)記來(lái)檢索TIB的表項(xiàng)。TIB的表項(xiàng)包含輸入標(biāo)記、輸出標(biāo)記、輸出接口以及一些輸出數(shù)據(jù)鏈路的信息或者封裝信息。如果分組中的標(biāo)記與TIB中的一個(gè)輸入標(biāo)記匹配，則對(duì)每個(gè)相應(yīng)的輸出表項(xiàng)，進(jìn)行標(biāo)記替換，并應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈路層的信息，在輸出鏈路上發(fā)送分組。標(biāo)記交換：把網(wǎng)絡(luò)層的信息與標(biāo)記關(guān)聯(lián)在一起并使用標(biāo)簽（標(biāo)記）替換機(jī)制進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)的體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議和過(guò)程。TSR：TSR是轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，它運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的單播和組播選路協(xié)議，可能具有第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組的能力和硬件或者軟件驅(qū)動(dòng)的標(biāo)簽替換轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。TSR能夠在相鄰或者互聯(lián)的TSR設(shè)備之間分發(fā)標(biāo)記關(guān)聯(lián)。TSR實(shí)現(xiàn)的實(shí)例包括傳統(tǒng)路由器、ATM交換機(jī)、以及混合式交換機(jī)/路由器。標(biāo)記邊緣路由器（TagEdgeRouters－TER）：TER設(shè)置在基于TSR的網(wǎng)絡(luò)的入口和出口。它能夠在輸入或者輸出端口上分配標(biāo)記、執(zhí)行第三層的轉(zhuǎn)發(fā)、運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的單播和組播選路協(xié)議。TER在入口把未打標(biāo)記的分組打上標(biāo)記，并在網(wǎng)絡(luò)出口刪除分組的標(biāo)記。標(biāo)記：標(biāo)記是分組包含的一個(gè)固定長(zhǎng)度的分組頭字段。標(biāo)記典型例子是ATM信元的VPI/VCI、幀中繼PDU的DLCI頭。它是分組中第二層和第三層尋址信息之間標(biāo)志。圖7-10所示為在通用PPP或者以太幀中設(shè)置的標(biāo)記頭，它的總長(zhǎng)度為32比特，其中前20比特分配給標(biāo)記，3比特分配給COS，1比特作為堆棧標(biāo)志，8比特作為TTL。標(biāo)記交換要求每個(gè)分組包含標(biāo)記，因此如果介質(zhì)封裝信息不能提供一個(gè)類似ATM和幀中繼的“專門的標(biāo)記”，薄墊片標(biāo)記能作為TSR設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分組標(biāo)簽交換的依據(jù)。TIB：TIB是標(biāo)簽替換表，由標(biāo)記交換設(shè)備創(chuàng)建和維護(hù)。指示網(wǎng)絡(luò)中分組的轉(zhuǎn)發(fā)是依靠TIB而不是路由表（FIB）。圖7-9所示為TIB的例子。一旦接收到TDP或者其他控制協(xié)議中的標(biāo)記，TIB的表項(xiàng)將被更新。TDP：TDP是基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的控制協(xié)議，TSR設(shè)備用它分發(fā)標(biāo)記關(guān)聯(lián)。在標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中TDP消息的交換只發(fā)生在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)或者相鄰節(jié)點(diǎn)之間。標(biāo)記堆棧：有些類似對(duì)IP分組進(jìn)行第二次IP封裝，以使一個(gè)分組能夠攜帶多個(gè)標(biāo)記。通過(guò)在已標(biāo)記的分組上面“壓入”一個(gè)新標(biāo)記，網(wǎng)絡(luò)中分組的轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)最新的標(biāo)記，首先彈出后“壓入”的標(biāo)記，然后實(shí)施其下面的標(biāo)記交換操作。圖7-11是一個(gè)標(biāo)記在堆棧中的工作實(shí)例。圖中分組到達(dá)TSR1，TSR1在已有的層次1的標(biāo)記（X）之上壓入一個(gè)層次2的標(biāo)記（A）。分組在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)到TSR4，在這里層次2的標(biāo)記（C）被彈出，分組按照層次1的標(biāo)記（X）轉(zhuǎn)發(fā)。標(biāo)記堆棧使得標(biāo)記交換適用于分層選路。例如，層次1的標(biāo)記可以與域間BGP選路相聯(lián)系，而層次2的標(biāo)記可以支持域內(nèi)OSPF選路。轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（ForwardingEquivalenceClass，F(xiàn)EC）。FEC是具有一組共同特性的分組的流，他們以相似的方式在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)。為了標(biāo)記交換的目的，一個(gè)FEC映射到沿路由通路的一組標(biāo)簽。例如，所有具有相同目的地址前綴的分組可看作一個(gè)FEC，并且能關(guān)聯(lián)到標(biāo)記關(guān)聯(lián)中的一個(gè)標(biāo)簽。FEC也可以細(xì)化為主機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)流。標(biāo)記交換通路：它是通過(guò)把FEC與一組標(biāo)記聯(lián)系起來(lái)形成的，跨越了一系列TSR設(shè)備，是入口到出口的交換通路。攜帶：標(biāo)記交換允許用現(xiàn)有的類似RSVP和PIM的控制協(xié)議進(jìn)行標(biāo)記分發(fā)。這種分發(fā)標(biāo)記的方式稱為捎帶。3.標(biāo)記分配方法標(biāo)記交換操作的一個(gè)重要組成部分是標(biāo)記和標(biāo)記關(guān)聯(lián)的分配和分發(fā)。利用TDP或者在現(xiàn)有的控制協(xié)議上攜帶進(jìn)行標(biāo)記的分發(fā)。目前定義了三種分配標(biāo)記的方法：由下層TSR分配標(biāo)記、由下層TSR按需分配標(biāo)記和由輸出TSR分配標(biāo)記。7.3.2MPLS與標(biāo)記交換MPLS是一種將IP引入ATM或幀中繼等通信網(wǎng)絡(luò)上，利用標(biāo)記實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)。MPLS綜合利用網(wǎng)絡(luò)核心的交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)邊緣的IP路由技術(shù)，將路由移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，網(wǎng)絡(luò)核心實(shí)施標(biāo)簽交換。即邊緣的路由，核心的交換。MPLS技術(shù)中包含了相當(dāng)多的組件，下面介紹一些主要組件：標(biāo)簽交換路由器（LSR）：LSR類似一個(gè)通用IP交換機(jī)，它是MPLS中負(fù)責(zé)第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組和第二層標(biāo)簽交換分組的設(shè)備。標(biāo)簽邊緣路由器（LER）：LER是從一個(gè)MPLS域轉(zhuǎn)發(fā)分組的傳統(tǒng)路由器。它的作用是分析IP分組頭，用于決定相應(yīng)的傳送級(jí)別和標(biāo)簽交換路徑（LSP）。標(biāo)簽（Label）：標(biāo)簽是一個(gè)包含在每個(gè)分組中的短固定的數(shù)值，用于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)分組。一對(duì)LSR在標(biāo)簽的數(shù)值和意義上一致。標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）：LDP是MPLS的控制協(xié)議，用于在LSR之間交換FEC/標(biāo)簽綁定信息。標(biāo)簽交換路徑（LSP）：LSP是指具有一個(gè)特定的FEC的分組，在傳輸經(jīng)過(guò)的標(biāo)簽交換路由器集合構(gòu)成的傳輸通路。它由MPLS節(jié)點(diǎn)建立，目的是采用一個(gè)標(biāo)簽交換轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)特定的FEC分組。標(biāo)簽信息庫(kù)（LIB）：LIB是保存在一個(gè)LSR（LER）中的連接表，在LSR中包含有FEC/標(biāo)簽綁定信息和關(guān)聯(lián)端口以及媒體的封裝信息。LIB通常包括下面內(nèi)容：入、出口端口；入、出口標(biāo)簽；FEC標(biāo)識(shí)符；下一跳LSR；出口鏈路層封裝等。轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類（FEC）：MPLS采用FEC作為標(biāo)簽來(lái)處理IP分組。FEC在相同路徑上轉(zhuǎn)發(fā)，以相同方式處理并因此被一個(gè)LSR映射到一個(gè)單一標(biāo)簽的一組IP分組。流（Stream）：屬于同一個(gè)FEC的一組分組流，它們流經(jīng)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從相同的通道傳輸，并以相同方式轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，它們?cè)贛PLS里被稱為“流“。7.3.3MPLS標(biāo)記交換體系結(jié)構(gòu)MPLS的核心技術(shù)包括：1.標(biāo)簽交換路由器標(biāo)簽交換路由器類似一個(gè)通用IP交換機(jī)，它具有第三層轉(zhuǎn)發(fā)分組和第二層交換分組的功能。它也能運(yùn)行傳統(tǒng)IP選路協(xié)議并可能執(zhí)行一個(gè)特殊控制協(xié)議以與鄰接LSR協(xié)調(diào)FEC/標(biāo)簽的綁定信息。一個(gè)LSR可以是一個(gè)傳統(tǒng)的交換機(jī)（如ATM）擴(kuò)充IP選路，或者升級(jí)為支持MPLS的一個(gè)傳統(tǒng)路由器。LSR是MPLS系統(tǒng)中的核心部件，MPLS中LSR的選路過(guò)程如下：執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)路由傳播協(xié)議，以獲得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌粸槊總€(gè)FEC分配一個(gè)標(biāo)簽；執(zhí)行LDP，并根據(jù)從其他節(jié)點(diǎn)獲得的標(biāo)簽信息建立標(biāo)簽信息庫(kù)（LIB）；后續(xù)分組獲得LIB中相應(yīng)的標(biāo)簽，并按照指定動(dòng)作處理，沿相應(yīng)的LSP傳輸。2.標(biāo)簽3.標(biāo)簽交換4.標(biāo)簽分發(fā)5.MPLS的協(xié)議棧6.MPLS的核心網(wǎng)絡(luò)7.4IP路由傳統(tǒng)路由器只有一個(gè)CPU，它既負(fù)責(zé)完成包轉(zhuǎn)發(fā)等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),也負(fù)責(zé)路由計(jì)算、路由表的建立和修改、管理網(wǎng)絡(luò)界面以及支持網(wǎng)絡(luò)管理等系統(tǒng)功能，這些功能全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著Internet規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，路由節(jié)點(diǎn)數(shù)目的持續(xù)大量增加，流量每半年翻一番，ATM網(wǎng)的性能同樣不能滿足網(wǎng)絡(luò)流量日益增長(zhǎng)的需求。其原因有幾個(gè)方面：ATM網(wǎng)內(nèi)部開銷比較大，IP數(shù)據(jù)包裝在ATM信元中，傳輸能力損失大約20%；N個(gè)節(jié)點(diǎn)可以構(gòu)成N平方條PVC，當(dāng)N很大時(shí)，PVC數(shù)目過(guò)多造成管理困難；無(wú)法事先設(shè)置備份PVC，出現(xiàn)故障后恢復(fù)能力差；需要管理ATM基礎(chǔ)網(wǎng)和IP邏輯網(wǎng)。因此，1997年吉位線速路由交換機(jī)面世，人們又開始以吉位線速路由交換機(jī)取代骨干網(wǎng)上的ATM交換機(jī)，架構(gòu)以路由器為核心的骨干網(wǎng)。校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)和城域網(wǎng)的建設(shè)為了克服路由器速度慢、時(shí)延長(zhǎng)等問(wèn)題，使用在ATM上運(yùn)行IP的方法，出現(xiàn)了“直通”式第三層交換機(jī)，具體方法有MPOA、IP交換、標(biāo)記交換(MPLS)等。在傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)能夠保證QoS的方法通稱為IPoverATM。7.4.1線速路由交換機(jī)解決傳統(tǒng)路由器速度問(wèn)題的根本方法是改變路由器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將路由計(jì)算、控制和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)分開，由不同部分來(lái)完成。前者由CPU運(yùn)行軟件來(lái)完成，后者由ASIC硬件來(lái)完成。包轉(zhuǎn)發(fā)器負(fù)責(zé)全部包轉(zhuǎn)發(fā)功能，其數(shù)據(jù)流量占整個(gè)系統(tǒng)的99%以上。它由輸入、輸出模塊和硬件交換機(jī)構(gòu)等部分組成。輸入模塊中的地址決定邏輯ASIC電路檢驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)包的包頭，提取終點(diǎn)地址和其他控制信息，將地址與路由轉(zhuǎn)發(fā)表比較，經(jīng)過(guò)交換機(jī)構(gòu)將數(shù)據(jù)包送到相應(yīng)的輸出模塊。在輸出模塊中，硬件排隊(duì)器用于排列輸出順序以保證QoS。這種路由器用硬件實(shí)現(xiàn)逐個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。為了區(qū)別于“直通”型路由交換機(jī)，將此類路由器稱之為線速路由交換機(jī)。線速路由器支持各種路由協(xié)議，包括:RIP、RIPV2、OSPF、IGRP、EIGRP、PIM和BGP4等。7.4.2現(xiàn)代路由交換技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今路由交換技術(shù)快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的概念、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)分類方法也發(fā)生了變化。如：二層、三層和四層交換一體化，LAN/MAN/WAN路由交換技術(shù)具有向一體化等。1.二層、三層和四層交換一體化傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)工作在OSI模型的第二層。路由器工作在第三層上，三層交換機(jī)本質(zhì)上就是具有路由器的功能。線速路由交換機(jī)具有集二層、三層和四層交換于一體的功能。數(shù)據(jù)包進(jìn)入路由交換機(jī)以后，順序提取二層（地址、幀類型、VLAN及優(yōu)先級(jí)等）、三層（地址、協(xié)議及TOS等）和L4（QoS、安全等）信息。屬于二層的信息按照MAC地址進(jìn)行交換,屬于三層的信息按照終點(diǎn)地址進(jìn)行包轉(zhuǎn)發(fā)，然后按照四層信息決定實(shí)施何種QoS和安全授權(quán)策略。2.LAN/MAN/WAN路由交換技術(shù)具有向一體化發(fā)展的趨勢(shì)線速路由交換機(jī)既可以用于LAN和MAN也可以用于WAN，差別只是交換速度、端口密度和路由處理能力不同。在LAN和WAN之間必須設(shè)置路由器，其作用是在它們之間進(jìn)行速度匹配和網(wǎng)絡(luò)類型的匹配。然而，采用線速路由交換機(jī)就無(wú)需再設(shè)置路由器，ISP可以將廣域網(wǎng)的邊緣路由交換機(jī)和城域網(wǎng)的中心路由交換機(jī)合二為一。3.線速路由交換機(jī)與MPLS技術(shù)的結(jié)合是今后的發(fā)展趨勢(shì)將線速路由交換機(jī)用于Internet骨干網(wǎng)，構(gòu)成以路由器為核心的的網(wǎng)絡(luò)，它替代ATM網(wǎng)免除了ATM信元開銷過(guò)大和N平方問(wèn)題，但是又出現(xiàn)了控制均衡流量困難和監(jiān)視流量困難的問(wèn)題。理想的辦法是能夠綜合以路由器為核心的和以ATM為核心的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠有效地控制流量，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，在出現(xiàn)擁塞和故障時(shí)有良好的穩(wěn)定性和恢復(fù)能力，并且能夠?yàn)镮SP提供增值服務(wù)能力。4.以約束為基礎(chǔ)的路由以約束為基礎(chǔ)的路由是讓網(wǎng)絡(luò)管理員為兩個(gè)路由器之間流量變化設(shè)置約束，并由網(wǎng)絡(luò)本身決定如何選擇路徑滿足這些約束。7.5靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由在IP網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)任務(wù)是路由。路由是發(fā)現(xiàn)、選擇到達(dá)任一目的網(wǎng)絡(luò)路徑的過(guò)程。路由是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它實(shí)現(xiàn)的功能包括：?共享網(wǎng)內(nèi)相連主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的信息。?比較冗余路徑。?聚合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。路由器有兩種基本的路由方式。一是靜態(tài)路由，二是通過(guò)一種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算路由。路由器使用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)路由后，路由器通過(guò)這些路由來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文(或數(shù)據(jù)報(bào))。靜態(tài)路由不能發(fā)現(xiàn)路由，它們?nèi)鄙倥c其他路由器交換路由信息的機(jī)制。靜態(tài)路由只能使用網(wǎng)絡(luò)管理員定義的路由來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。7.5.1靜態(tài)路由靜態(tài)路由是最簡(jiǎn)單的路由形式。它由管理員負(fù)責(zé)完成發(fā)現(xiàn)路由和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播路由的任務(wù)。在已經(jīng)配置了靜態(tài)路由的路由器上把報(bào)文直接轉(zhuǎn)發(fā)至預(yù)定的端口。靜態(tài)路由優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)路由可以使網(wǎng)絡(luò)更安全，因?yàn)橹挥幸粭l流進(jìn)和流出網(wǎng)絡(luò)的路由（這里不排除設(shè)置多條靜態(tài)路由的情況）。此外，靜態(tài)路由可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬。無(wú)需路由器的CPU來(lái)計(jì)算路由，并且需要更少的存儲(chǔ)器。1.靜態(tài)路由的缺點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生問(wèn)題或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員負(fù)責(zé)手動(dòng)適應(yīng)這種變化。2.靜態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)靜態(tài)路由適用于小型網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)?shù)竭_(dá)任一目的地只有一條路徑時(shí)，使用靜態(tài)路由是最有效的路由機(jī)制，因?yàn)樗幌娜魏螏挕?.5.2動(dòng)態(tài)路由動(dòng)態(tài)路由是指按照一定的算法，發(fā)現(xiàn)、選擇和更新路由的過(guò)程。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中路由信息的方法之一，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議可以動(dòng)態(tài)地隨著網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的變化，并在較短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)更新路由表，使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到收斂狀態(tài)。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的按照區(qū)域劃分，可分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（InteriorGatewayProtocol）和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP（ExteriorGatewayProtocol），按照?qǐng)?zhí)行的算法分類，又可分為距離矢量路由協(xié)議（DistanceVector）和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（LinkState）。1距離-矢量路由基于距離-矢量算法將周期性地將路由表發(fā)送給與其直連的網(wǎng)絡(luò)鄰居。每個(gè)接收者加上一個(gè)距離矢量，或它自己的距離“值”到表中，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給直接鄰居。這個(gè)過(guò)程發(fā)生在直接相連的路由器之間，并使得每個(gè)路由器得到了其他路由器的信息，最終形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)“距離”的匯集視圖。（1）距離-矢量路由的缺點(diǎn)距離-矢量路由，在一定環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生路由問(wèn)題。比如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)失敗或發(fā)生其他變化時(shí)，（2）距離-矢量路由的優(yōu)點(diǎn)距離-矢量協(xié)議是非常簡(jiǎn)單的協(xié)議，容易配置、維護(hù)和使用。因此，它對(duì)于非常小的、幾乎沒有冗余路徑且無(wú)嚴(yán)格性能要求的網(wǎng)絡(luò)非常適用。距離-矢量路由協(xié)議集中體現(xiàn)在路由信息協(xié)議(RIP)中。RIP使用單一的距離標(biāo)準(zhǔn)耗費(fèi)來(lái)決定一個(gè)報(bào)文要選擇的最好路徑。2鏈路-狀態(tài)路由（1）鏈路-狀態(tài)路由的不足盡管前述了鏈路-狀態(tài)路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)和靈活性，但也會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：在初始發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，鏈路-狀態(tài)路由協(xié)議會(huì)在網(wǎng)絡(luò)傳輸線路上進(jìn)行洪泛(flood是指網(wǎng)絡(luò)上會(huì)產(chǎn)生大量的路由廣播信息)，將大大削弱網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的能力。盡管性能降低只是暫時(shí)的，但對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)影響非常顯著。然而，洪泛過(guò)程是否會(huì)明顯影響網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅苋Q于于兩點(diǎn)：①實(shí)際的帶寬和進(jìn)行路由信息交換的路由器數(shù)目；②在帶寬較小的大型網(wǎng)絡(luò)中。?鏈路-狀態(tài)路由對(duì)存儲(chǔ)器和處理器要求較高。因此，使得鏈路-狀態(tài)路由的路由器價(jià)格上漲。（2）鏈路-狀態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)鏈路-狀態(tài)路由作為動(dòng)態(tài)路由可以適合任何大小的網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，鏈路-狀態(tài)路由協(xié)議能夠適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。距離-矢量路由協(xié)議中經(jīng)常性的、以時(shí)間驅(qū)動(dòng)的更新所造成的開銷在這里也被避免了。7.5.3IP網(wǎng)絡(luò)中的收斂路由中最最重要的特征是“收斂”。一旦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠蛐螤畎l(fā)生變化，在網(wǎng)絡(luò)中的路由器必須最終獨(dú)立地識(shí)別新的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，并計(jì)算出新的路由表的過(guò)程稱為收斂。1.適應(yīng)拓?fù)渥兓坏┚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，路由器之間的“無(wú)關(guān)”特性會(huì)成為“收斂”的障礙。圖7-18的特是繪出了一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單、具有一些冗余路由的四節(jié)點(diǎn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。2.收斂時(shí)間網(wǎng)絡(luò)中的所有路由器幾乎不可能同時(shí)檢測(cè)到拓?fù)渥兓?。?shí)際上，依賴于所使用的路由協(xié)議，及其他一些因素，會(huì)有很長(zhǎng)的延時(shí)才能使網(wǎng)絡(luò)中的所有路由器對(duì)新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)達(dá)成一致的看法。這個(gè)延時(shí)稱為收斂時(shí)間。收斂不是瞬時(shí)的，收斂的時(shí)間也是不可預(yù)知的。7.5.4計(jì)算IP網(wǎng)絡(luò)中的路由評(píng)價(jià)一個(gè)路由協(xié)議的最好方法是評(píng)價(jià)其相對(duì)于其他路由協(xié)議計(jì)算路由和收斂的能力。從前面列舉的因素應(yīng)該清楚地看到：在任何情況下計(jì)算收斂時(shí)間都是困難的。一個(gè)路由協(xié)議的路由計(jì)算效率依賴于幾個(gè)因素：?協(xié)議是否為每個(gè)目的地計(jì)算、存儲(chǔ)多條路由。?路由更新開始的方式。?計(jì)算路由距離的或費(fèi)用的度量標(biāo)準(zhǔn)。下面逐一闡述：1.存儲(chǔ)多條路由許多路由協(xié)議都是通過(guò)只記錄一條到達(dá)每個(gè)已知目的地的路由來(lái)提高計(jì)算效率。而這種方法的缺陷是，當(dāng)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，每個(gè)路由器必須為受影響的目的地計(jì)算一條新的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路由。2初始化更新路由更新依據(jù)路由協(xié)議的不同而不同。一些路由協(xié)議使用時(shí)間來(lái)初始化路由更新，也有一些路由協(xié)議以事件驅(qū)動(dòng)來(lái)觸發(fā)路由更新。（1）時(shí)間觸發(fā)更新（2）事件驅(qū)動(dòng)的更新3路由度量標(biāo)準(zhǔn)路由的另一個(gè)重要因素就是是度量標(biāo)準(zhǔn)。各種度量標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量和類型之間有很大的不同。7.6網(wǎng)關(guān)協(xié)議7.6.1基本概念網(wǎng)關(guān)是進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的設(shè)備。網(wǎng)關(guān)能在許多不同的協(xié)議之間進(jìn)行翻譯，網(wǎng)關(guān)也進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換或處理加密解密。7.6.2外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議用于在自治域之間傳輸信息。最常見的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP(ExternalGatewayProtocol)和邊緣網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP(BorderGatewayProtocol)，外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議最初采用的是EGP。IETF邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組制定了標(biāo)準(zhǔn)的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議--BGP。7.6.3內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)最流行的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是RIP，HELLO和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)，而RIP是最常見的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。7.7路由信息協(xié)議（RIP）7.7.1RIP概述路由信息協(xié)議RIP（RoutingInformationProtocol）。在RFC1058中描述了一個(gè)新的、真正開放的距離-向量形式的路由協(xié)議－開放式標(biāo)準(zhǔn)RIP。RIP是距離-矢量路由協(xié)議。7.7.2RIP的報(bào)文格式RIP使用特殊的報(bào)文來(lái)收集和共享至有關(guān)目的地的距離信息。圖7-21顯示了路由信息域中只帶一個(gè)目的地的RIP報(bào)文。RIP報(bào)文中至多可以出現(xiàn)25個(gè)AFI、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)地址和度量域。1.命令域命令域指出RIP報(bào)文的類型。即請(qǐng)求報(bào)文或應(yīng)答報(bào)文。二者使用相同的幀結(jié)構(gòu)：?請(qǐng)求報(bào)文請(qǐng)求路由器發(fā)送整個(gè)或部分路由表。?應(yīng)答報(bào)文包括和網(wǎng)絡(luò)中其他RIP節(jié)點(diǎn)共享的路由表項(xiàng)。應(yīng)答報(bào)文可以是對(duì)請(qǐng)求的應(yīng)答，也可以是主動(dòng)的更新。2.版本號(hào)域版本號(hào)域包括生成RIP報(bào)文時(shí)所使用的版本。RIP是一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議，它會(huì)隨時(shí)間而進(jìn)行更新，這些更新反映在版本號(hào)中。RIP1和RIP2。3.0域在RIP報(bào)文中的0域指出在RFC1058出現(xiàn)之前存在許多協(xié)議。多數(shù)0域是為了向下兼容低版本的RIP路由協(xié)議。RFC1058在報(bào)文中為保留此域，并將此域恒置為0。在收到此域非0的報(bào)文時(shí)就丟棄。不是所有的0域都是為了向后兼容。在上述的多個(gè)0域中至少有一個(gè)是為將來(lái)的擴(kuò)展而保留的。4.AFI域地址家族標(biāo)識(shí)(AddressFamilyIdentifier，AFI)域指出了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)地址域中所出現(xiàn)的地址家族。5.網(wǎng)絡(luò)地址域4字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址可以是主機(jī)地址，網(wǎng)絡(luò)地址，或者缺省網(wǎng)關(guān)的地址。此域的內(nèi)容包括：?在一個(gè)單一表項(xiàng)的路由請(qǐng)求報(bào)文中，為報(bào)文發(fā)送者的地址。?在一個(gè)多表項(xiàng)應(yīng)答報(bào)文中，為報(bào)文發(fā)送者路由表中存儲(chǔ)的IP地址。6.度量標(biāo)準(zhǔn)域RIP報(bào)文中的最后一個(gè)域是度量標(biāo)準(zhǔn)域，即報(bào)文的度量計(jì)數(shù)。此值每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器將遞減1。度量計(jì)數(shù)范圍是1～15之間。7.7.3RIP路由的工作機(jī)制1.路由表每個(gè)路由表項(xiàng)包括的內(nèi)容如下：?目的IP地址域?距離-矢量度量域?路由器下一跳IP地址域?路由變化標(biāo)志域?路由計(jì)時(shí)器域2.計(jì)算距離矢量距離-向量路由協(xié)議使用度量來(lái)記錄路由器與所有知道的目的地之間的距離。此距離信息使得路由器到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)目的地的最優(yōu)路徑的下一跳。7.7.5RIP路由協(xié)議的缺點(diǎn)對(duì)于RIP協(xié)議，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的路由器發(fā)現(xiàn)一條路徑不可用時(shí)，必須經(jīng)歷決定備份路徑的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程也稱收斂（Convergence）。RIP協(xié)議花費(fèi)大量的時(shí)間用于收斂是個(gè)主要的問(wèn)題。RIP協(xié)議的另一個(gè)基本問(wèn)題是，當(dāng)選擇路徑時(shí)它忽略了連接速度問(wèn)題。RIP的最大問(wèn)題涉及到具有多余路徑的較大網(wǎng)絡(luò)。RIP協(xié)議的原始版本不能應(yīng)用VLSM，因此不能分割地址空間以最大效率地應(yīng)用有限的IP地址。RIP2協(xié)議通過(guò)引入子網(wǎng)屏蔽與每一路由廣播信息一起使用實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能。7.7.6RIP2分組格式RIP2規(guī)范(RFC1723)允許RIP分組包含更多的信息，并提供了簡(jiǎn)單的認(rèn)證機(jī)制，如下圖。7.8開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）7.8.1OSPF概述OSPF是由Internet工程任務(wù)組（IETF）在1998年開發(fā)的，并且在最近的RFC2178中作了修改。OSPF能夠適應(yīng)大型IP網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。OSPF路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)（Link-state）的路由協(xié)議，一般用于一個(gè)自治系統(tǒng)（AutonomousSystem）內(nèi)。在自治域系統(tǒng)中，所有的OSPF路由器都維護(hù)一個(gè)相同的描述本自治域系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)。作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF將鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包LSA（LinkStateAdvertisement）傳送給在某一區(qū)域內(nèi)的所有路由器。而距離－矢量路由協(xié)議是將部分或全部的路由表傳遞給其相鄰的路由器。采用OSPF路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)具有以下顯著特點(diǎn)：路由表收斂速度快；能夠適應(yīng)大型網(wǎng)絡(luò)；能夠正確處理錯(cuò)誤路由信息；由于使用區(qū)域，能夠減少單個(gè)路由器的CPU負(fù)擔(dān)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；支持無(wú)類路由、路由匯聚、可變長(zhǎng)子網(wǎng)等特性；支持多條路徑負(fù)載均衡；使用組播地址來(lái)進(jìn)行信息互通，減少了非OSPF路由器的負(fù)載；使用路由標(biāo)簽表示來(lái)自外部區(qū)域的路由。7.8.2OSPF報(bào)文格式OSPF協(xié)議是相當(dāng)復(fù)雜的路由協(xié)議。因此，OSPF協(xié)議使用大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述路由的狀態(tài)信息。OSPF使用5種報(bào)文類型。每種類型用于支持不同的網(wǎng)絡(luò)功能。5種報(bào)文是：?HELLO報(bào)文(類型1)?數(shù)據(jù)庫(kù)描述報(bào)文(類型2)?鏈路-狀態(tài)請(qǐng)求報(bào)文(類型3)?鏈路-狀態(tài)更新報(bào)文(類型4)?鏈路-狀態(tài)應(yīng)答報(bào)文(類型5)以上報(bào)文使用相同的OSPF協(xié)議的報(bào)文頭。OSPF頭長(zhǎng)度為24字節(jié)1.HELLO報(bào)文HELLO報(bào)文用于建立和維護(hù)相鄰站點(diǎn)之間關(guān)系的協(xié)議。連接性是OSPF交換路由數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。HELLO報(bào)文的格式如下：2.數(shù)據(jù)庫(kù)描述報(bào)文（DD報(bào)文）當(dāng)OSPF中的兩個(gè)路由器初始化連接時(shí)要交換數(shù)據(jù)庫(kù)描述(DD)報(bào)文。這個(gè)報(bào)文類型用于描路由器的鏈路-狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。3.鏈路-狀態(tài)請(qǐng)求報(bào)文鏈路-狀態(tài)請(qǐng)求報(bào)文用于請(qǐng)求相鄰路由器鏈路-狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。4.鏈路-狀態(tài)更新報(bào)文鏈路-狀態(tài)更新報(bào)文負(fù)責(zé)把LSA發(fā)送給它的相鄰節(jié)點(diǎn)。這些更新報(bào)文是用于對(duì)LSA請(qǐng)求的應(yīng)答。OSPF有5種LSA報(bào)文類型。報(bào)文類型標(biāo)識(shí)碼從類型1到類型5。?類型1：路由器(LSARauterLSA)?類型2：網(wǎng)絡(luò)LSA（NetworkLSA)?類型3：匯聚LSA-IP網(wǎng)絡(luò)（SummaryLSA-IPNetwork)?類型4：匯聚LSA-自治系統(tǒng)邊界路由器（SummaryLSA-AutonomousSystemBoundaryRouter)?類型5：自治系統(tǒng)外部LSA（AS-LSA）5.鏈路-狀態(tài)應(yīng)答報(bào)文OSPF路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)公告信息后，需要得到目的路由器的確認(rèn)。鏈路-狀態(tài)應(yīng)答報(bào)文由通告的接收方對(duì)于收到的LSA信息進(jìn)行應(yīng)答，否則，發(fā)送方無(wú)法知道LSA已到達(dá)目的端。7.8.3OSPF的工作機(jī)制在OSPF網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，所有路由器運(yùn)行相同的路由算法，并直接在相鄰的路由器之間傳送路由表更新報(bào)文。1.最短路徑優(yōu)算法（SPF）SPF算法是OSPF路由協(xié)議的基礎(chǔ)。SPF算法又被稱為Dijkstra算法，Dijkstra是最短路徑優(yōu)先算法（SPF）是發(fā)明人。SPF算法將每一個(gè)路由器作為根（ROOT）來(lái)計(jì)算其到每一個(gè)目的地路由器的距離，這個(gè)距離被稱為最短路徑樹。2OSPF工作機(jī)制在OSPF路由協(xié)議中，將一個(gè)路由域或者一個(gè)自治系統(tǒng)AS劃分為幾個(gè)區(qū)域。在OSPF中，由按照一定的OSPF路由算法組合在一起的一組網(wǎng)絡(luò)或路由器的集合稱為區(qū)域（AREA）。每一個(gè)區(qū)域中的路由器都按照該區(qū)域中定義的鏈路狀態(tài)算法來(lái)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這意味著每一個(gè)區(qū)域都有著該區(qū)域獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。每一個(gè)區(qū)域內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在區(qū)域外是不可見的，這樣做可以將域內(nèi)的路由更新限制在域內(nèi)，以便減少網(wǎng)絡(luò)中鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包在全網(wǎng)范圍內(nèi)的廣播。3.虛擬鏈路在OSPF路由協(xié)議中存在一個(gè)骨干區(qū)域（Backbone），該區(qū)域包括屬于這個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的路由器，骨干區(qū)域必須是連續(xù)的，同時(shí)也要求其余區(qū)域必須與骨干區(qū)域直接相連。骨干區(qū)域一般為區(qū)域0，其主要工作是在其余區(qū)域間傳遞路由信息。7.9無(wú)類域間路由（CIDR）與可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼CIDR（ClasslessInter-DomainRouting）是無(wú)類域間路由的英文縮寫。骨干路由器提供服務(wù)的地址會(huì)有成千上萬(wàn)個(gè)IP地址，使得路由表急劇膨脹，從而導(dǎo)致路由收斂的低效性。然而，采用無(wú)類域間路由協(xié)議可以支持路由的匯聚減少路由表中的表項(xiàng)。7.9.1無(wú)類域間路由CIDRCIDR支持13～27位可變網(wǎng)絡(luò)地址位，標(biāo)準(zhǔn)A/B/C類網(wǎng)絡(luò)地址位是7/14/21（同IP地址分類的首字節(jié)特征位有關(guān)）。CIDR采用聚合的的概念進(jìn)行地址分配。采用聚合的概念進(jìn)行分配，此時(shí)路由表為202.24202.204.0.0/20，從而減少了；路由表的表項(xiàng)7.9.2可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（VLSM）可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼VLSM是一種產(chǎn)生不同大小子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分配機(jī)制，結(jié)果是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以配置不同的掩碼?？勺冮L(zhǎng)子網(wǎng)掩碼應(yīng)用于子網(wǎng)時(shí)，有很大的靈活性。7.9.3使用VLSM進(jìn)行子網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例1.實(shí)例需求描述某公司總部在北京，并在上海、廣州、和成都有三個(gè)分公司，總公司的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)電信的10M光纖接入Internet。其中，總公司有兩個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)LAN1和LAN2，LAN1有20臺(tái)計(jì)算機(jī)，LAN2有10臺(tái)計(jì)算機(jī)。上海的分公司需要一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)LAN3，LAN3有10臺(tái)計(jì)算機(jī)。廣州的分公司需要兩個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，LAN4