协议与协议工作原理分析及应用场景分析

　　【摘要】本文主要分析了RIP和OSPF这两种类型的网络通信协议的工作原理，并从不同角度分析了这两种类型的路由协议的优缺点及区别，总结出了其各自的特点及适用场景。
　　【关键词】距离矢量协议；链路状态协议；RIP；OSPF
　　在現在的计算机通信网络中，当两台非直接相连的计算机需要通信时，通常就需要使用到路由器。路由器为我们提供了一种方法来开辟一个网状联结的路径。那么这个路径是怎么建立的呢？这时候就用到了路由选择协议。RIP和OSPF作为基于TCPIP的计算机网络中广泛使用的路由协议，理解其工作原理对深入研究计算机网络有着很好的帮助作用。
　　一、路由协议分类
　　每种路由协议都有自己的算法，路由协议在共享和传递路由更新信息时，乃至收敛都因为算法的不同而不同。路由协议根据算法可以分为两大类：距离矢量（DistanceVector）和链路状态（LinkState）。
　　距离矢量协议直接传送各自的路由表信息。网络中的路由器从自己的邻居路由器得到路由信息，并将这些路由信息连同自己的本地路由信息发送给其他邻居，这样一级一级的传递下去从而达到全网同步。每个路由器都不了解整个网络拓扑，它们只知道与自己直接相连的网络情况，并根据从邻居得到的路由信息来更新自己的路由。
　　链路状态路由协议并不向邻居传递路由项，而是通告给邻居一些链路的状态。与距离矢量路由协议相比，链路状态协议对路由的计算方法有本质的差别。运行该路由协议的路由器不是简单地从相邻的路由器学习路由，而是收集所有的路由器的链路状态信息，根据状态信息生成网络拓扑结构，然后每一个路由器再根据拓扑结构计算出路由。
　　二、距离矢量协议的代表：RIP
　　路由信息协议（RoutingInformationProtocol）简称RIP，是使用最为广泛的一种距离矢量协议，它是由施乐（Xerox）在70年代开发的。TCPIP版本的RIP是施乐协议的改进版。
　　1。RIP的工作原理
　　RIP的实现是基于距离矢量的算法。简单来说，距离矢量的运算引入跳数值作为一个度量值。当路径中每通过一个路由，路径中的跳数值就会增加1。这就意味着跳数值越大，路径中经过的路由器就越多，相对的路径也就越长。而RIP就是通过路由间的信息交换，找到两个目的路由器之间跳数值最小的路径。
　　2。RIP的特点
　　（1）仅和相邻路由器交换信息。RIP协议规定，不相邻的路由器不交换信息。
　　（2）路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。
　　（3）按固定的时间间隔交换路由信息，然后路由器根据收到的路由信息更新路由表。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息。
　　3。RIP的局限
　　（1）由于跳数最大值的限制，RIP不适用于较大型的网络。因为如果网络过大，跳数将超过其极限，路径被认定为无效，从而使得网络无法正常工作。
　　（2）由于任何一个网络设备都可以发送路由更新信息，RIP的可靠性与安全性将无法得到保证。
　　（3）RIP所使用的算法，即距离矢量算法，仅仅考虑了路径中跳数值的大小。然而在实际环境中，网络延时以及网络的可靠性将成为影响网络传输质量的重要指标。因此跳数值无法完全反映出网络的实际情况，从而有可能使得路由器在路径的选择上出现次优。
　　（4）路由信息的更新时间较长，而且由于在更新时，路由器发送全部的路由表信息占用了相对较多的网络资源，所以RIP对于网络带宽的要求更高，将会增加网络开销。
　　三、链路状态协议的代表：OSPF
　　开放式最短路径优先（OpenSourcePathFirst）协议，是链路状态路由协议的代表。它是为了克服RIP的缺点于1989年开发出来的。相较于RIP，OSPF适用网络的规模更大且范围更广。此外，OSPF也摆脱了距离矢量协议的算法，而是基于由Dijkstra提出的最短路径算法。同时，该协议也能够支持分层网络，这使得OSPF的应用更加具有灵活性，广泛性。这里需要注意的是，OSPF只是一个协议的名字，它并不代表其他的路由选择协议不是最短的路径。事实上，所有的在自治系统内部使用的路由协议的目标都是要寻找一条最短的路径。
　　1。OSPF的工作原理
　　在OSPF中引入了链路状态的概念。所谓链路状态，其因为其包含了链路中附属端口以及其他量度信息。链路状态公告（LinkStateAdvertisement）在更新路由器的网络拓扑信息库时被广泛的使用。路由器中的网络拓扑数据库就是对于同一区域中所有路由器发布的链路状态公告的收集和整理，从而形成的整个网络的拓扑结构图。链路状态信息库信息收集过程完成之后，路由器会根据最短路径优先算法，生成一个无环路的路径图。该图描述了以每个路由器自身为起始点，到达所有已知目标路由器的最短路径，即最优的路径。这个路径图被称为最短路径优先树。
　　2。OSPF的特点
　　（1）向本自治系统中所有路由器发送信息。这种方式称为洪泛，这就是路由器通过所有输出端口向所有相邻的路由器发送链路状态信息。而每个路由器又再次将此信息发往其所有的相邻路由器。这样，最终整个区域中所有的路由器都得到了这个信息的一个副本。
　　（2）发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。所谓链路状态其实就是说明本路由器都和哪些路由器相连接，以及该链路的度量值。OSPF将这个度量值用来表示费用、距离、时延、带宽，等等。
　　（3）只有当链路状态发生变化时，路由器才向其他路由器洪泛发送信息，而不是向RIP那样，不管网络拓扑是否发生变化，都要周期的交换路由表信息。
　　3。OSPF的局限
　　（1）相较于其他的网络协议来说，OSPF的工作方式较为复杂，对于网络配置和维护人员的要求更高，需要相关人员在前期对网络有较好的规划和设计。
　　（2）OSPF的工作基于最短路径优先算法，而算法较为复杂，需要使用较多的CPU和内存资源，对于路由器性能有着更高的要求，增加了组网时的成本。
　　四、两种路由协议的比较及结论
　　就复杂程度而言，RIP相对比较简单，也便于配置；OSPF则复杂度较高，配置要求也高，而且需要对网络进行规划及设计。由于跳数的限制，RIP更加适用于较小型的网络；而OSPF更加适用于复杂网络、分层网络。RIP基于距离矢量算法，而OSPF基于最短路径优先算法。就两者的收敛时间而言，RIP的更新时间相对更长一些。由于RIP更新信息需要在网络中传递，所以其网络带宽占用较多，周期性传输路由信息，对带宽要求较高；而OSPF发送链路状态信息，且更新信息只在相邻路由器间传输。在工作方式方面，RIP每30秒发送一次完整的路由表，路由器如果超过180秒没有发送更新路由表，那么该路由器将被标记为失效，120秒之后该路由器将被标记为不存在；而OSPF每10秒发送一次Hello包，如果超过40秒不发送Hello包，路由器将会被认定为无效，每30分钟更新一次路由数据库。
　　综上所述，RIP主要适用于小型且机构简单的网络，利于维护；而OSPF更适合于在较复杂的大型网络中应用。
　　【参考文献】
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