RIP路由協(xié)議及工作原理

RIP（RoutinginformationProtocol，路由信息協(xié)議)是一種應(yīng)用較早、應(yīng)用較廣泛的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（InteriorGatewayProtocol，IGP），適用于小型同類網(wǎng)絡(luò)的自治系統(tǒng)（AS）內(nèi)部路由信息的傳遞。RIP基于距離矢量算法的協(xié)議（DistanceVectorAlgorithms，DVA）的。它使用“跳數(shù)”，即metric衡量到達(dá)目標(biāo)地址的路由距離。文檔見(jiàn)RFC1058、RFC1723。它是一種距離向量協(xié)議，用于路由器和主機(jī)之間交換路由信息。最新版本是v4，也就是RIPv4。

至于上面提到的“內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議”，我們可以這樣理解。由于歷史原因，現(xiàn)在INTERNET網(wǎng)絡(luò)由一系列自治系統(tǒng)組成，各自治系統(tǒng)通過(guò)核心路由器連接到主干網(wǎng)絡(luò)。自治系統(tǒng)通常對(duì)應(yīng)于組織實(shí)體（如公司或大學(xué)）內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)和路由器集合。每個(gè)自治系統(tǒng)都有自己的路由技術(shù)，不同的自治系統(tǒng)有不同的路由技術(shù)。用于自治系統(tǒng)間接口的路由協(xié)議稱為“外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議”，簡(jiǎn)稱EGP（ExteriorGatewayProtocol）；自治系統(tǒng)內(nèi)的路由協(xié)議稱為“內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議”，簡(jiǎn)稱IGP。與外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議不同，只有一個(gè)外部路由協(xié)議，而內(nèi)部路由協(xié)議是一個(gè)家庭。內(nèi)部路由器協(xié)議的區(qū)別在于距離標(biāo)準(zhǔn)（distancemetric,即距離測(cè)量標(biāo)準(zhǔn))不同，路由刷新算法不同。RIP協(xié)議應(yīng)用最廣泛IGP類協(xié)議之一，著名的路徑刷新程序Routed便是根據(jù)RIP實(shí)現(xiàn)的。RIP該協(xié)議設(shè)計(jì)用于使用相同技術(shù)的中型網(wǎng)絡(luò)，因此適用于大多數(shù)校園網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，使用速度變化不大。一般不使用更復(fù)雜的環(huán)境RIP協(xié)議。

1.RIP工作原理

RIP協(xié)議是基于Bellham-Ford該算法于1969年被用于計(jì)算機(jī)路由選擇(距離向量)算法Xerox于1970年開(kāi)發(fā)的，當(dāng)時(shí)是作為Xerox的“NetworkingServices（NXS）”協(xié)議族的一部分。由于RIP簡(jiǎn)單快速成為應(yīng)用最廣泛的路由協(xié)議。

路由器的關(guān)鍵作用是連接網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)路由器連接到兩個(gè)以上的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，并負(fù)責(zé)在這些網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)告。在討論IP在選擇路線和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)紙時(shí)，我們總是假設(shè)路由器包含正確的路由，路由器可以使用ICMP重定向機(jī)制要求相關(guān)主機(jī)更改路由。但在實(shí)際情況下，IP在選擇道路之前，必須通過(guò)某種方法獲得正確的路由表。在變化緩慢的小型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，管理者可以手動(dòng)建立和更改路由表。在大規(guī)模、快速變化的環(huán)境下，人工更新的方法太慢，無(wú)法接受。所謂動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，需要自動(dòng)更新路由表，RIP協(xié)議是最簡(jiǎn)單的協(xié)議之一。

實(shí)現(xiàn)路由時(shí)，RIP作為系統(tǒng)長(zhǎng)駐過(guò)程（daemon）存在于路由器中，負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的其他路由器接收路由信息IP層路由表的動(dòng)態(tài)維護(hù)保證IP在發(fā)送報(bào)紙時(shí)，選擇正確的路由。同時(shí)，負(fù)責(zé)廣播路由器的路由信息，并通知相鄰路由器進(jìn)行相應(yīng)的修改。RIP協(xié)議處于UDP協(xié)議的上層，RIP所收到的路由信息都包裝在封裝中UDP在協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)告中，RIP在520號(hào)UDP接收遠(yuǎn)程路由器的路由修改信息，并相應(yīng)修改當(dāng)?shù)芈酚杀恚⑼ㄖ渌酚善?。通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)全球路由的有效性。

RIP路由協(xié)議用“更新（UNPDATES）”和“請(qǐng)求（REQUESTS）”這兩種分組來(lái)傳輸信息的。每個(gè)具有RIP協(xié)議功能的路由器每30秒使用一次UDP機(jī)器廣播更新信息直接連接到520端口。更新信息反映了路由器的所有路由選擇信息數(shù)據(jù)庫(kù)。路由選擇信息數(shù)據(jù)庫(kù)的每個(gè)條目“可以在局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)IP地址”和“距離網(wǎng)絡(luò)”兩部分組成。搜索網(wǎng)絡(luò)上可以發(fā)出請(qǐng)求信息RIP其他報(bào)文設(shè)備。

RIP用“路程段數(shù)”（即“跳數(shù)”）作為網(wǎng)絡(luò)距離的尺度。當(dāng)每個(gè)路由器向相鄰的路由器發(fā)送路由信息時(shí)，每個(gè)路由器都會(huì)加內(nèi)部距離。路由器3直接連接到網(wǎng)絡(luò)C，如圖1所示。142.10.0.0路徑時(shí)，它會(huì)增加跳數(shù)1。類似地，路由器2將跳數(shù)增加到“2”，通知路徑給路由器1，路由器2和路由器1和路由器3的網(wǎng)絡(luò)142.10.0.0的距離分別是1跳和2跳。

如圖1、RIP工作原理示例

然而，網(wǎng)絡(luò)路由的實(shí)際選擇并不總是由跳數(shù)決定的，而是結(jié)合實(shí)際的路徑連接性能。從路由器1到網(wǎng)絡(luò)3，如圖2所示，RIP該協(xié)議將更傾向于路由器1，跳數(shù)為2->路由器2->路由器3的1.5Mbps鏈路，而不是選擇跳數(shù)為1的56Kbps，直接路由器1->路由器3路徑，因?yàn)樘鴶?shù)為1的56Kbps串行鏈路比跳數(shù)為2.5Mbps串行鏈路要慢得多。

如圖2所示，路由選擇不限于“跳數(shù)”考慮的示例

2.路由器的收斂機(jī)制

任何距離向量路由選擇協(xié)議RIP）有一個(gè)問(wèn)題。路由器不知道網(wǎng)絡(luò)的整體情況。路由器必須依靠相鄰的路由器來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)的可訪問(wèn)信息。由于路由選擇更新信息在網(wǎng)絡(luò)上傳播緩慢，距離向量路由選擇算法存在慢收斂問(wèn)題，這將導(dǎo)致不一致性。RIP協(xié)議采用以下機(jī)制，減少網(wǎng)絡(luò)不一致導(dǎo)致路由選擇環(huán)路的可能性。

記數(shù)到無(wú)限機(jī)制

RIP協(xié)議允許最大跳數(shù)為15。超過(guò)15的目的地被認(rèn)為是不可達(dá)的。這個(gè)數(shù)字限制了網(wǎng)絡(luò)的大小，防止了一個(gè)叫做“記數(shù)到無(wú)限大”的問(wèn)題。

無(wú)限機(jī)制的工作原理如下(如圖3所示):

如圖3所示，路由器收斂機(jī)制示例

（1）如果路由器1斷開(kāi)并與網(wǎng)絡(luò)A連接，則路由器1在與網(wǎng)絡(luò)A連接的以太網(wǎng)接口丟失后產(chǎn)生觸發(fā)更新并發(fā)送到路由器2和路由器3。更新信息還告訴路由器2和路由器3，路由器1不再有路徑到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A。假設(shè)這個(gè)更新信息傳輸?shù)铰酚善?被推遲了（CPU忙，鏈路擁堵等。)，但到達(dá)路由器3，所以路由器3會(huì)立即從路由表中刪除到網(wǎng)絡(luò)A的路徑。

（2）由于路由器2沒(méi)有收到路由器1的觸發(fā)更新信息，并發(fā)送常規(guī)路由選擇更新信息，通知網(wǎng)絡(luò)A可以達(dá)到2個(gè)跳躍距離。路由器3收到了通過(guò)路由器2到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A的新路徑。所以路由器3告訴路由器1，它可以在3個(gè)跳躍距離到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A。

（3）在收到路由器3的更新后，將此信息添加到路由器2和路由器3，并告訴他們路由器1可以跳到網(wǎng)絡(luò)A。

(4)收到路由器1的消息后，路由器2發(fā)現(xiàn)與原來(lái)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)A的路徑不一致，可以更新為4，跳躍距離的距離A。這個(gè)消息將再次發(fā)送到路由器3進(jìn)行循環(huán)，直到跳數(shù)超過(guò)RIP協(xié)議允許的最大值（在RIP它被定義為16)。一旦路由器達(dá)到此值，它將聲明該路徑不可用，并從路由表中刪除該路徑。

由于記數(shù)到無(wú)限大問(wèn)題，路由選擇信息將從一個(gè)路由器傳輸?shù)搅硪粋€(gè)路由器，每個(gè)段加1。除非達(dá)到一定限制，否則路由選擇環(huán)路問(wèn)題將無(wú)限期進(jìn)行。這個(gè)限制是RIP最大跳數(shù)。路徑跳數(shù)超過(guò)15時(shí)，路徑從路由表中刪除。

如圖4所示，水平分割法

水平分割規(guī)則如下：路由器不會(huì)將路徑返回到路徑的方向。打開(kāi)路由器接口時(shí)，路由器記錄路徑來(lái)自哪個(gè)接口，并且不會(huì)將路徑返回到此接口。

Cisco水平分割功能可以關(guān)閉每個(gè)接口。這個(gè)特點(diǎn)在“nonbroadcastmutilpleaccess”（NBMA，非廣播多路訪問(wèn))環(huán)境非常有用。如圖4所示，路由器2通過(guò)幀中繼連接路由器1和路由器3PVC都在路由器2的同一物理（S0）中止。若路由器2的水平分割功能未關(guān)閉，則路由器3將無(wú)法收到路由器1的路由選擇信息(反之亦然)。用“noipsplit-horizon”接口子命令可以關(guān)閉水平分割功能。

破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割法

水平分割是路由器用來(lái)防止一個(gè)接口從接口傳回的問(wèn)題。在更新過(guò)程中，水平分割方案忽略了從路由器獲得的路徑，并將其傳回路由器。破壞逆轉(zhuǎn)的水平分割方法包括更新信息中的這些回傳路徑，但這種處理方法將這些回傳路徑的跳數(shù)設(shè)置為16(無(wú)限)。將跳數(shù)設(shè)置為無(wú)限，并將路徑告知源路由器，有可能立即解決路由選擇環(huán)路。否則，不正確的路徑將在路由表中駐留到超時(shí)為止。破壞逆轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)是增加了路由更新的數(shù)據(jù)大小。

保持定時(shí)器法

保持定時(shí)器法可以防止路由器在路徑從路由表中刪除后一定時(shí)間內(nèi)(通常為180秒)接收新的路由信息。它的想法是確保每個(gè)路由器都收到路徑無(wú)法到達(dá)的信息，沒(méi)有路由器發(fā)送無(wú)效的路徑信息。例如，在所示網(wǎng)絡(luò)中，由于路由更新信息延遲，路由器2向路由器3發(fā)送錯(cuò)誤信息。但這種情況在使用保持計(jì)數(shù)器法后不會(huì)發(fā)生，因?yàn)槁酚善?將在180秒內(nèi)不接受通向網(wǎng)絡(luò)A的新路徑信息，路由器2將存儲(chǔ)正確的路由信息。

觸發(fā)更新法

任何兩個(gè)路由器組成的環(huán)路都會(huì)被破壞和逆轉(zhuǎn)的水平分割破壞，但三個(gè)或三個(gè)以上的路由器組成的環(huán)路仍然會(huì)發(fā)生，直到無(wú)限（16）。觸發(fā)式更新方法可以加速收斂時(shí)間。其工作原理是，當(dāng)某條路徑的跳數(shù)發(fā)生變化時(shí)，路由器會(huì)立即發(fā)送更新信息，無(wú)論路由器是否達(dá)到常規(guī)信息更新時(shí)間。

3.RIP報(bào)文格式

如圖5所示為RIP信息格式。各字段解釋如下：

Command：命令字段，8位，用于指定數(shù)據(jù)報(bào)告用途。有五種命令：Request（請(qǐng)求）、Response（響應(yīng)）、Traceon(自啟用跟蹤標(biāo)記v2版本已經(jīng)淘汰)，Traceoff(關(guān)閉跟蹤標(biāo)記，自我v2版淘汰)和Reserved（保留）。

Version：RIP版本號(hào)字段，16位。

AddressFamilyIdentifier：地址族標(biāo)識(shí)符字段，24位。它指出了入口的協(xié)議地址類型。RIP2版本可以使用幾種不同的協(xié)議來(lái)傳輸路由選擇信息，因此應(yīng)該使用這個(gè)字段。IP協(xié)議地址的AddressFamilyIdentifier為2。

如圖5、RIP協(xié)議信息格式

RouteTag：路由標(biāo)記字段，32位，僅在v2以上版本需要，第一版不需要，為0。用于路由器指定的屬性，必須通過(guò)路由器保存和重新廣告。路由標(biāo)志分為內(nèi)部和外部RIP一種常用的路由線路方法(路由選擇域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)傳輸線路)EGP或IGP都有應(yīng)用。

IPAddress：目標(biāo)IP地址字段，IPv4地址為32位。

SubnetMask：子網(wǎng)掩碼字段，IPv4子網(wǎng)掩碼地址為32位。IP地址，生成非主機(jī)地址部分。如果是0，則表示入口不包括子網(wǎng)掩碼。v2以上版本需要，在RIPv1中不需要，。

NextHop：下一個(gè)跳躍字段。指出下一個(gè)跳躍IP地址，由路由入口指定的通向目的地的數(shù)據(jù)包需要轉(zhuǎn)發(fā)到該地址。

Metric：跳數(shù)字段。表示從主機(jī)到目的地獲取數(shù)據(jù)報(bào)告的全部成本。