第7章網路互連協議
根據考試大綱，本章要求考生掌握以下知識點：
（1）網路互連的概念。
（2）網路互連的方法。
（3）路由演算法：靜態路由演算法、自適應路由演算法、廣播路由演算法、分層路由演算法。
（4）路由協議：路由資訊協議、開放最短路徑優先協議、邊界閘道器協議。
7.1網路互連概述
網路互連的主要目的是將各種大小、型別的網路，從物理上連線起來，組成乙個覆蓋範圍更大、功能更強、方便資料交換的網路系統。同時，又可以將組網後的網路內機器按邏輯進行劃分，形成乙個個邏輯網路。
網路互連包含以下幾個方面：
（1）互連（interconnection）：是指網路在物理上的連線，兩個網路之間至少有一條在物理上連線的線路，它為兩個網路的資料交換提供了物資基礎和可能性，但並不能保證兩個網路一定能夠進行資料交換，這要取決於兩個網路的通訊協議是不是相互相容。
（2）互聯（inter***working）：是指網路在物理和邏輯上，尤其是邏輯上的連線。
（3）互通（inter***munication）：是指兩個網路之間可以交換資料。
（4）互操作（interoperability）：是指網路中不同計算機系統之間具有透明地訪問對方資源的能力。
網路互連技術優勢體現在以下方面：
（1）支援多種介質。
（2）支援多種網路規程。
（3）支援多種網路互連協議。
網路互連技術正在發生著根本性的變化，推動它發展的動力包括：商業需求、新的網路應用的不斷出現、技術進步、資訊高速公路的發展。可見，網路互連技術已成為當前網路技術研究與應用的乙個新的熱點問題。
網路互連的要求主要有以下幾點：
（1）需要在網路之間提供一條鏈路，至少需要一條物理和鏈路控制的鏈路。
（2）提供不同網路節點的路由選擇和資料傳送。
（3）提供網路記賬服務，記錄網路資源使用情況，提供各使用者使用網路的記錄及有關狀態資訊。
（4）在提供網路互連時，應盡量避免由於互連而降低網路的通訊效能。
（5）不修改互連在一起的各網路原有的結構和協議。
根據網路層次的結構模型，網路互連的層次如下：
（1）資料鏈路層互連。互連裝置是網橋，用網橋實現互連時，允許互連網路的資料鏈路層與物理層協議可以相同，也可以不同。
（2）網路層互連。互連裝置是路由器，用路由器實現互連時，允許互連網路的網路層及以下各層協議可以相同，也可以不同。
（3）高層互連。傳輸層及以上各層協議不同的網路之間的互連屬於高層互連，其互連裝置是閘道器。使用的閘道器中很多都是應用層閘道器，通常稱為應用閘道器。
用應用閘道器實現互連時，允許互連網路的應用層及以下各層協議可以相同，也可以不同。
網路互連的方法包括以下幾種：
（1）區域網-區域網互連，互連裝置一般是網橋。
（2）區域網-廣域網互連，互連裝置一般是路由器。
（3）區域網-廣域網-區域網互連，互連裝置一般是路由器或閘道器。
（4）廣域網-廣域網互連，互連裝置一般是路由器或閘道器。
7.2路由演算法
路由演算法一般分為靜態路由演算法和動態路由演算法兩類。
7.2.1靜態路由概述
在網際網路發展早期，網路一般是同構的，結構比較簡單，所以儘管路由技術的研究已經有數十年的歷史，但是直到20世紀80年代中期才逐漸得到商業化。
靜態路由是固定的（fixed）或顯式的（explicit）非適應性路由。源和目標之間的路由是在源節點事先決定的，不需要協議互動最新的網路狀況，所有路由器中的路由表必須由管理員手工配置。此演算法一旦確定，可保持一段時間不變，不再對網路的流量和拓撲變化做出反應，故也叫非自適應路由演算法。
靜態路由演算法主要有最短路徑演算法：一般來講，網路節點直接相連，傳輸時延也不是絕對最小，這與線路質量、網路節點"忙"與"閒"狀態，節點處理能力等很多因素有關。定量分析中，常用"費用最小"作為網路節點之間選擇依據，節點間的傳輸時延是決定費用的主要因素。
最短路徑法是由dijkstra提出的，其基本思想是：將源節點到網路中所有節點的最短通路都找出來，作為這個節點的路由表，當網路的拓撲結構不變、通訊量平穩時，該點到網路內任何其它節點的最佳路徑都在它的路由表中。如果每乙個節點都生成和儲存這樣一張路由表，則整個網路通訊都在最佳路徑下進行。
每個節點收到分組後，查表決定向哪個後繼節點**。
7.2.2動態路由演算法概述
在動態路由模式中，所有節點都參與路由選擇，按照既定的準則確定最佳路由。這種路由模式稱為跳到跳路由（hop-by-hop），比較適合盡力而為的報文**服務。該演算法又叫自適應路由演算法。
準靜態路由和動態路由都能適應於網路拓撲的變化，它們需要路由協議的支援。靜態路由和動態路由可以在網路中並存，例如可以在邊界網路配置靜態路由，而骨幹網路使用動態路由協議。
希賽教育專家提示：靜態路由和動態路由之間的協調一般不是自動的，需要手工配置。
動態路由協議中有乙個重要的概念--收斂（convergence）。如果網路中所有的路由器對某些網路字首的可達性達成一致，則稱為字首收斂；如果網路中所有的字首收斂，則網路收斂。路由協議的收斂性指的是通過該路由協議傳遞字首的可達性資訊並使其收斂。
影響收斂性的因素有很多，包括網路的規模、拓撲結構、路由方法及路由策略等。下面就來討論靜態路由和動態路由演算法。
7.2.3距離向量路由演算法
距離向量（distance-vector,v-d）路由演算法是基於bellman-ford的數學研究結果，因此有時也將該演算法稱為bellman-ford演算法。v-d演算法要求路由器之間週期地交換路由更新報文，路由更新報文中包含到所有目的網路的距離向量。
1. 工作原理
v-d路由演算法的工作原理就是鄰居路由器之間定期交換距離向量表。每當接收到鄰居路由器發來的距離向量表時，路由器重新計算到每個目的節點的距離，並且更新路由表。
距離向量表只包含到所有目的節點的距離，距離的度量單位可以是延遲、物理距離或其他引數。在v-d路由演算法中，必須假定每個路由器都知道到鄰居路由器的"距離".如果度量標準是跳步數，則1跳表示的距離為1;如果度量標準是延遲，則路由器可以通過傳送乙個"回應請求（echo request）"報文，等待鄰居路由器的"回應響應（echo reply）"回來後，測出它到鄰居路由器的延遲。
v-d路由演算法的工作原理是，每隔一段時間（通常以ms計算）鄰居路由器之間交換距離向量表，每個路由器根據各個鄰居路由器報告的路由資訊更新自己的路由表。
假設某路由器y從鄰居路由器x收到一張距離向量表，路由器x告訴y它到路由器i的延遲是xi ms,而路由器y知道它到x的延遲為t ms,則路由器y就知道它通過路由器x到達路由器i的延遲是（xi + t）ms.同樣的道理，路由器y收到另乙個鄰居路由器z發來的距離向量表，路由器z告訴y它到路由器i的延遲是zi ms,而路由器y知道它到z的延遲為r ms,則路由器y就知道通過路由器z到達路由器i的延遲是（zi + r）ms.通過這樣的計算，路由器y就可以找到一條到達路由器i的延遲最短的路徑，然後路由器y就將該條路徑記錄在路由表中，同時更新距離向量表。
為了更好地說明v-d路由演算法的工作原理，來看乙個例子。圖7-1（a）給出了某網路拓撲結構。在這個例子中，用延遲來作為"距離"的度量標準，並且假定網路中的每個路由器都知道到其鄰居路由器的延遲。
上述例子的更新過程如圖7-1（b）所示。圖7-1（b）的前4列表示路由器j從鄰居路由器a、i、h和k收到的距離向量表。路由器a告訴j,它到b的延遲為12ms,到c的延遲為25ms,到d的延遲為40ms,…同樣的道理，路由器i、h和k都分別告訴路由器j它們到網路中每乙個節點的延遲。
假定路由器j已經知道它到鄰居路由器a、i、h和k的延遲分別為8ms、10ms、12ms和6ms.下面考察一下j怎樣更新到路由器g的延遲。路由器j知道經a到g的延遲是38ms（因為a告訴j它到g的延遲是30ms,而j到a的延遲是8ms,因此j經過a到達g的延遲為30ms+8ms=38ms）。
同樣的道理，j可以計算出經過i、h和k到g的延遲分別為27+10=37ms、10+12=22ms和41+6=47ms.比較這些延遲，j就知道經h到g的延遲是最小的22ms,因而在j的新路由表中填上到g的延遲為22ms,輸出線路為h,如圖22-3（b）中的最後一列所示。同時j更新它將要發給鄰居路由器的距離向量表，把到g的距離（實際上是延遲）設為22ms,但是在距離向量表中並沒有指出是通過h到g的（這就會帶來下面將要重點討論的慢收斂問題）。
（a）網路拓撲結構 （b）來自a、i、h和k的路由表及j的新路由表
圖7-1 v-d路由演算法的例子
當然v-d演算法剛開始工作的時候，每個路由器的距離向量表中都是只包含到每個鄰居路由器的距離，而到其他非鄰居路由器的距離都是無窮大。但是，隨著時間的推移，鄰居路由器之間不斷地交換距離向量表，於是每個路由器都能夠計算出到達其他路由器的最短距離了。
2. 慢收斂問題
所謂收斂是指網路中所有路由器對網路的可達性達成一致。影響路由演算法收斂性的因素有很多，包括網路的規模、拓撲結構、路由方法及路由策略等。
在v-d路由演算法中，存在慢收斂問題。為了說明這個問題，來看一下圖7-2的例子（圖中a、b、c、d和e為路由器，距離度量單位是跳數，而且圖中的距離值都是針對以a為目的節點的）。
網路規劃設計師教程目錄
出自 城市飛魚棲息地 第一章計算機網路原理 1.1計算機網路概論1.1.1計算機網路概念1.1.2計算機網路組成1.1.3計算機網路分類1.1.4網路體系結構 1.2資料通訊基礎1.2.1資料通訊概念1.2.2資料通訊系統1.2.3資料調製與編碼1.2.4多路復用技術1.2.5資料交換方式1.2.6...
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