计算机网络基础 (九)--- 网络层 - 内部网关路由协议

文章内容概览

内部网关路由协议之 RIP 协议

距离矢量（DV）算法

在介绍 RIP 协议之前，先了解一下 DV 算法，因为该协议是通过 DV 算法进行实现的

该算法是运行在图中的

• 每一个节点使用两个向量 Di 和 Si

• Di 描述的是当前节点到别的节点的距离

• Si 描述的是当前节点到别的节点的下一个节点

对于该算法，它是如何运行的？

1. 每一个节点和相邻的节点交换向量 Di 和 Si 的信息

2. 每一个节点根据交换的信息，更新自己的节点信息

• Di1 表示从节点 i 到节点 1 的*距离*

• Si1 表示从节点 i 到节点 1 的*下一个节点*

• n 表示节点的数量

对于 DV 算法，他其实就是计算 D 的距离的最小值。比如 Dij 的最小值就等于：min（Dix+Dxj）。通过一个例子来理解这个 DV 算法

图中有 A、B、C、D、E、F 这六个顶点和若干条边，对于这六个节点，就有右边这样的 Di 和 Si 的距离矢量信息。对于 Di，它有六个元素，分别是 Dia、Dib...到 Dif，他表示的是，i 这个节点到 A、B、C、D、E、F 这六个节点的距离。对于 Si，它也有六个元素，分别是 Sia、Sib...到 Sif，他表示的是，i 这个节点到 A、B、C、D、E、F 这六个节点的下一个节点是什么

下边会以 A 这个节点为例来展示 DV 算法是如何运行的，也就是求 Da 和 Sa 这两个向量。假设 A 的距离矢量信息（Da）如下

它表示的是 A 到其它的每个节点的距离分别为右侧列的值。在上边介绍 DV 算法时有提到，该算法会与相邻的节点交换 Da 和 Sa 的信息。假设 A 收到了来自 B、C、D、F 这四个相邻节点的信息，并且在接收到距离矢量信息的时候，知道了 A 到各个相邻节点的直线距离是多少

为了更加方便的了解 DV 的过程，将 A 的距离矢量信息和 A 到其它四个相邻节点的矢量信息合在一起

图中的每一列表示的是某一个节点到达 A、B、C、D、E、F 节点的距离是什么

可能大家对表中的数据有疑问，为什么 A 到 B 的距离是 11，而 B 到 A 的距离却是 9。这个是因为里边的距离矢量信息并不是最新的。比如说，A 到 B 的距离可能是通过 A->C->B 所得到的，因此这里 A 到 B 的距离可能是 11。而 B 到 A 的距离可能是通过 B->C->D->A 所得到的，所以这里 A 到 B 的距离矢量信息可以和 B 到 A 的距离矢量信息不一样

列出 A 的 S 向量，默认初始化为空，S 向量表示的是 A 到其它几个节点的下一个节点是什么

假设此时 A 在和 B 这个节点交换信息，A 就得到了 B 这个节点的信息，也就是得到了 B 到每一个节点的距离

A 得到这些信息之后，首先会进行运算。因为 A 和 B 是直接进行通信的，所以 A 知道 A 到 B 的距离是什么。然后会通过从 B 那里得到的 B 到其它节点的距离，来计算 A 到其它节点的距离

A->B = 6A->B->C = 6+11 = 17A->B->D = 6+7 = 13A->B->E = 6+17 = 23A->B->F = 6+11 = 17

以上就是 A 得到 B 的数据之后进行的运算，然后他会把得到的这些数据和自己的距离矢量进行比较，如果比自己到其它节点的距离更小，那么它就会把它填充到自己的距离矢量中。所以拿到 B 的数据，经过计算之后，发现 A 到 B 的距离 6，比自己原来的 11 小，所以把自己原来的 11，替换成 6；然后发现自己原来 A 到 F 的距离为 17，和计算之后 A 到 F 的距离 17 相等，那么 A 也会进行替换。替换为完之后，A 就会把相应的下一个节点设为 B。以上就是 A 获取到 B 的信息之后的整个过程，如下图

接下来 A 又接收到了节点 C 的信息，这其中就包括 C 到 A、B、C、D、E、F 的距离。A 接收到 C 的信息之后，也会进行和之前一样的运算

A->B->C = 9+9 = 18A->C = 9A->C->D = 9+8 =17A->C->E = 9+11 = 20A->C->F = 9+10 = 19

经过计算之后，也会和自己现有的距离矢量进行比较。比如 A->C 的距离为 9，要比 A 之前到 C 的距离 12 小，所以就会用 9 把原来的 12 替换掉，并且对应的 S 会填充为 C，后边的同理，如图：

A 和 D、F 交换信息的过程也是和上边一模一样的。当 A 和每一个相邻的节点交换完信息之后，得到如下的结果

以上就是 DV 算法的整个过程，回看前边介绍的 DV 算法，再来理解它的定义会好明白很多

• 每一个节点使用两个向量 Di 和 Si

• Di 描述的是当前节点到别的节点的距离

• Si 描述的是当前节点到别的节点的下一个节点

• 每一个节点和相邻的节点交换向量 Di 和 Si 的信息

• 每一个节点根据交换的信息，更新自己的节点信息

RIP 协议的过程

• RIP（Routing Information ProtoCol）协议

• RIP 协议是使用 DV 算法的一种路由协议

• RIP 协议把网络的跳数(hop)作为 DV 算法的距离（其实就是跳数越多，距离就越长）

• RIP 协议每隔 30s 交换一次路由信息（这里的路由信息就包含 Di 和 Si）

• RIP 协议认为跳数>15 的路由则为不可达路由

使用 RIP 协议的路由器

• 路由器会初始化路由信息（两个向量 Di 和 Si）

• 根据相邻路由器 X 发过来的信息，对信息的内容进行修改（下一跳地址设为 X，所有距离加 1。意思就是，通过 X，它可以到达 X 所发过来信息的每一个节点，只需要将距离加 1 就可以了）

• 修改了之后，首先检索本地路由，将信息中新的路由插入到路由表里边（因为有些目的地，本地路由表里边可能是没有的）

• 检索本地路由，对于下一跳为 X 的，更新为修改后的信息

• 检索本地路由，对比相同目的地的距离，如果新信息的距离更小，则更新本地路由表

• 如果 3 分钟没有收到相邻的路由信息，则把相邻的路由设置为不可达（也就是设置为 16 跳）

通过例子来理解上边的描述。假设路由中初始化的信息如下最左边部分：

第一步：检索本地路由，将信息中新的路由插入到路由表里边

初始化路由表中的信息，表示路由到 D 的距离为 2，并且其下一跳地址为 A。假设此时收到来自路由器 X 发来的信息。信息有到达 A 的距离 4，下一跳地址为 C。到达 B 的距离为 2，下一跳地址为 C。收到这些信息之后，路由器会对自身信息进行修改，将所有的距离都加一，并且将下一跳地址都设为 X。接下来就会检索本地的路由，发现 A、B 都是原来路由里边没有的，所以会把 A、B 的信息插入到路由表中。就得到了更新之后的路由表

第二步：检索本地路由，对于下一跳为 X 的，更新为修改后的信息

假设初始化的路由信息如下最左边部分：

当初始路由器，收到中间的路由信息，该路由信息首先会进行修改，修改之后，就会根据接收到的路由信息对自身进行修改，因为这是最新的信息，所以会把原来的覆盖掉

第三步：检索本地路由，对比相同目的地的距离，如果新信息的距离更小，则更新本地路由表

这一步其实就是前边介绍的 DV 算法过程，当初始路由收到另一个路由信息之后，另一个路由的信息先进行更新，然后和初始路由进行对比，如果新信息的距离更小，则更新本地路由表

以上便是 RIP 协议的完整过程

RIP 协议的缺点

通过一个例子来了解一下 RIP 协议的缺点。假设有 A、B、C 三个节点，并且他们是线性连接的。B、C 到达 A 的距离分别是 1 和 2，B 是直接到达 A，C 是通过 B 到达 A

假设在某一个时刻，路由器 A 宕掉了，即 A 不可达。此时，B 发现 A 不可达之后，就会询问 C，询问 C 之后发现，通过 C 可以到达 A，因此把下一跳设置为 C，并且距离加一（也就是 3）。C 在某一个时刻也发现 A 不可达了，那么 C 也会询问 B，发现 B 通过 3 跳之后可以到达 A，所以它也会更新自己的路由信息，将到达 A 的距离设为 4，并且下一跳设置为 B，此时就会死循环下去，一直到距离为 16（上边有介绍到，最多 16 跳，会认为目标不可达），才发现是不可达的

所以 RIP 协议最致命的缺点是：故障信息传递慢

RIP 为什么会有这个特点？

• 随便相信“隔壁老王”（不管是 B 还是 C，如果说 B 得到了 C 的路由信息，它将会无条件的相信 C。同样，如果是 C，他也会无条件相信 B，因此就会导致循环，直到跳数为 16，才发现不可达）

• “自己不思考”、“视野不够”（对于 RIP 协议，每一个路由器只看到相邻路由的信息，看不到更远的信息）

因为网络中经常出现故障，如果每一次故障，都需要这么多跳才能发现的话，会导致整个网络非常不可控，这就是 RIP 协议致命的缺点

在快速变化的技术中寻找不变，才是一个技术人的核心竞争力。知行合一，理论结合实践