RIP和OSPF的區(qū)別

RIP和OSPF是兩種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，主要運(yùn)行在路由設(shè)備中進(jìn)行路由計(jì)算和路由選擇。本文主要介紹和分析兩種協(xié)議的區(qū)別，包括路由計(jì)算算法、路由更新方式、控制報(bào)文交互方式、報(bào)文交互機(jī)制和適用場(chǎng)景等。

發(fā)布時(shí)間：2022-12-28
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我想評(píng)論

1 概述

RIP和OSPF是兩種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，二者均屬于動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。其中，RIP是出現(xiàn)最早的一種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，在算法實(shí)現(xiàn)上較簡(jiǎn)單，在早期的小型簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)中具有較好的應(yīng)用效果。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大且愈加復(fù)雜，使得RIP無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)需求，為此OSPF協(xié)議得到了更廣泛的應(yīng)用。OSPF協(xié)議所采用的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和算法雖然相對(duì)較復(fù)雜，但在處理大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的路由學(xué)習(xí)和路徑選擇問(wèn)題上更具優(yōu)勢(shì)。

2 RIP和OSPF的區(qū)別

RIP和OSPF在具體實(shí)現(xiàn)上存在較大區(qū)別，主要體現(xiàn)在路由算法和路由更新方式上，其次它們的鄰居間可交互報(bào)文類型、協(xié)議報(bào)文交互方式、管理距離、防環(huán)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模限制等方面也存在較大差異。

2.1 路由算法

2.1.1 RIP路由算法

RIP主要采用距離矢量算法計(jì)算路由，當(dāng)發(fā)生路由更新時(shí)，通過(guò)距離矢量疊加的方式直接計(jì)算路由，并根據(jù)路由開銷越小越優(yōu)先的原則進(jìn)行路由加表，路由的度量值（開銷）由跳數(shù)決定。當(dāng)跳數(shù)超過(guò)15時(shí)，就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)。

圖2-1 距離矢量算法示例圖

例如，假設(shè)存在上圖所示網(wǎng)絡(luò)，且Router 1的路由表中已增加直連網(wǎng)絡(luò)192.168.0.0的路由信息，如圖2-2中(a)所示，而Router 2、3中還未同步到此路由更新。此時(shí)，路由計(jì)算過(guò)程如下：

(1) 對(duì)于Router 2，當(dāng)從Router 1發(fā)來(lái)的更新報(bào)文中學(xué)習(xí)未知網(wǎng)絡(luò)192.168.0.0的路由時(shí)，會(huì)在Router 1的路由基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量疊加，距離加1，且下一跳置為報(bào)文發(fā)送端口G1/2的地址，路由信息如圖2-2中(b)所示。

(2) 對(duì)于Router 3，當(dāng)從Router 2發(fā)來(lái)的更新報(bào)文中學(xué)習(xí)未知網(wǎng)絡(luò)192.168.0.0的路由時(shí)，會(huì)在Router 2的路由基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量疊加，距離再加1，下一跳同樣置為報(bào)文發(fā)送端口G2/2的地址，路由信息如圖2-2中(c)所示。

圖2-2 去往192.168.0.0網(wǎng)絡(luò)的路由信息示意圖

2.1.2 OSPF路由算法

OSPF是一種基于鏈路狀態(tài)（Link State, LS）的協(xié)議，根據(jù)鏈路帶寬來(lái)計(jì)算路由開銷，每臺(tái)路由器獨(dú)立維護(hù)一張LSDB（Link State DataBase，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)），當(dāng)鏈路發(fā)生變化時(shí)，先同步LSDB，再通過(guò)SPF（Shortest Path First, 最短路徑優(yōu)先）算法計(jì)算獲得SPT（Shortest Path Tree，最短路徑樹），最后更新路由表，如下圖所示：

圖2-3 OSPF路由計(jì)算過(guò)程示意圖

1. 路由開銷計(jì)算

OSPF路由開銷為沿途入接口開銷的總和，接口開銷通過(guò)如下公式計(jì)算：

接口開銷 = 參考帶寬 / 接口鏈路帶寬

接口開銷計(jì)算采用向上取整的方式，參考帶寬默認(rèn)值一般為100Mbps。

圖2-4 OSPF路由開銷計(jì)算過(guò)程示意圖

例如，假設(shè)存在如上圖所示網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)Router 3學(xué)習(xí)未知網(wǎng)絡(luò)192.168.0.0的路由時(shí)，路由開銷計(jì)算如下：

入接口G2/1路由開銷 = 100M / 10M = 10；

入接口G3/1路由開銷 = 100M / 1000M = 0.1，向上取整為1；

路由開銷 = 入接口G2/1路由開銷 + 入接口G3/1路由開銷 = 11。

2. SPF算法

SPF算法中，將每臺(tái)路由設(shè)備當(dāng)作一個(gè)節(jié)點(diǎn)（本端設(shè)備作為根節(jié)點(diǎn)），鏈路狀態(tài)信息由帶有鏈路開銷值（計(jì)算方法參考路由開銷計(jì)算）的有向線段表示，通過(guò)節(jié)點(diǎn)加有向線段的方式描繪整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鐖D2-5(a)。然后，基于Dijkstra算法計(jì)算從本端（根節(jié)點(diǎn)）去往各個(gè)節(jié)點(diǎn)的開銷最小的路徑，最終獲得無(wú)環(huán)路的最短路徑樹圖2-5(b)，根據(jù)SPT就可以更新路由表。

圖2-5 SPF算法中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和計(jì)算后的SPT示意圖

2.1.3 對(duì)比分析

RIP采用的是距離矢量算法計(jì)算路由，算法原理較簡(jiǎn)單，因此實(shí)現(xiàn)和維護(hù)管理都比較容易，但網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受到跳數(shù)限制（大于15即認(rèn)為不可達(dá)），且直接以路由跳數(shù)決定路由優(yōu)劣，在一些場(chǎng)景下的路由選擇可能并非最優(yōu)。

OSPF采用SPF算法計(jì)算路由，算法相對(duì)較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)較困難，但不受路由跳數(shù)約束，可以適用于較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，且基于鏈路帶寬度量路由的策略，在一些場(chǎng)景下路由選擇相對(duì)更加合理。

例如，假設(shè)存在下圖所示網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于目的網(wǎng)絡(luò)192.168.0.0/24，Router 2有兩條路徑可供選擇，其中，路徑①跳數(shù)為1，帶寬為10M；路徑②跳數(shù)為2，帶寬為1000M。對(duì)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率來(lái)說(shuō)，路徑②應(yīng)比路徑①更優(yōu)，但RIP協(xié)議僅簡(jiǎn)單地根據(jù)跳數(shù)大小判斷路徑①更優(yōu)，而OSPF協(xié)議通過(guò)鏈路帶寬計(jì)算路由開銷的結(jié)論為路徑②更優(yōu)，OSPF的度量方式明顯更加符合實(shí)際情況。

圖2-6 路由計(jì)算和選擇示意圖

2.2 路由更新方式

2.2.1 RIP路由更新

RIP協(xié)議主要基于四個(gè)定時(shí)器進(jìn)行路由更新與維護(hù)，分別為更新定時(shí)器、無(wú)效定時(shí)器、清除定時(shí)器和抑制定時(shí)器。RIP的整個(gè)路由維護(hù)更新過(guò)程的覆蓋范圍為自治系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生路由更新時(shí)，同一自治系統(tǒng)下所有路由器都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的更新過(guò)程。

四個(gè)定時(shí)器的作用如下：

● 更新定時(shí)器：決定定時(shí)給鄰居發(fā)送更新報(bào)文的時(shí)間間隔；

● 無(wú)效定時(shí)器：決定一條路由信息的有效時(shí)長(zhǎng)；

● 清除定時(shí)器：決定徹底清除無(wú)效路由的時(shí)間；

● 已知定時(shí)器：決定抑制一條無(wú)效路由更新的時(shí)長(zhǎng)，此定時(shí)器主要用于防止出現(xiàn)路由狀態(tài)反復(fù)變化導(dǎo)致路由震蕩的問(wèn)題；

基于四個(gè)定時(shí)器，RIP路由更新維護(hù)過(guò)程如圖2-7所示：

圖2-7 RIP路由定時(shí)更新維護(hù)過(guò)程示意圖

由于采用定時(shí)更新方式時(shí)路由收斂速度較慢，因此，RIP中還增加了觸發(fā)更新機(jī)制。若開啟了觸發(fā)更新，定時(shí)更新會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)路由信息發(fā)生變化時(shí)，路由器會(huì)立即向鄰居同步路由變化信息，加快路由收斂。

2.2.2 OSPF路由更新

OSPF協(xié)議對(duì)自治系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分，并基于LSA（Link-State Advertisement，鏈路狀態(tài)通告）和LSDB進(jìn)行路由更新維護(hù)。同一OSPF區(qū)域內(nèi)的路由器維護(hù)相同的LSDB，只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，才會(huì)觸發(fā)路由更新，此時(shí)，同一區(qū)域內(nèi)路由器會(huì)先進(jìn)行LS同步，區(qū)域間的路由更新同步則由處于區(qū)域邊界的路由器（也稱ABR）完成路由更新后同步到其他區(qū)域，通過(guò)這個(gè)機(jī)制減少網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斐傻逆溌窢顟B(tài)信息交互量。

圖2-8 OSPF路由更新過(guò)程示意圖

例如，假設(shè)存在如上所示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌琑1、R2和R3的G3/1口在Area 0，R3的G3/2、R4在Area 1。若路由器R1新增直連網(wǎng)絡(luò)192.168.0.0，此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中路由更新過(guò)程大致為：

(2) R1更新本地LSDB并計(jì)算、更新路由表，同時(shí)以LSA 1的形式向同區(qū)域的R2同步此LS；

(3) R2收到后更新本地LSDB并計(jì)算、更新路由表，同時(shí)以LSA 1的形式將此LS同步給R3；

(4) R3收到R2的報(bào)文后，更新本地LSDB并計(jì)算、更新路由表，然后從端口G3/2以LSA 3的形式同步給相鄰區(qū)域Area 1的路由器；

(5) R4收到R3的報(bào)文后，更新本地LSDB并計(jì)算、更新路由表；

在多路訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中，OSPF還在區(qū)域內(nèi)增加了DR選舉機(jī)制，規(guī)定非DR、BDR的路由器（DR other）只和DR、BDR交互報(bào)文，DR other相互之間不進(jìn)行報(bào)文交互，以此減少報(bào)文交互量，節(jié)約資源。

2.2.3 對(duì)比分析

RIP中有定時(shí)更新維護(hù)路由和觸發(fā)更新兩種方式，一般系統(tǒng)默認(rèn)采用定時(shí)更新方式。若采用定時(shí)更新方式，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，由于四個(gè)定時(shí)器的約束，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完成路由同步所需的時(shí)間較長(zhǎng)。此外，由于RIP的更新域?yàn)檎麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)，即當(dāng)某一處網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，同一自治系統(tǒng)下所有路由器都要同步進(jìn)行更新操作，影響范圍較廣，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由收斂速度較慢。由于信息同步慢，還可能出現(xiàn)部分路由器更新未及時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生路由環(huán)路的問(wèn)題。

OSPF中只有發(fā)生鏈路狀態(tài)更新時(shí)才會(huì)進(jìn)行路由更新維護(hù)，能節(jié)約資源，且采用了區(qū)域劃分的機(jī)制，按區(qū)域進(jìn)行鏈路狀態(tài)同步，減少信息交互量，路由收斂速度較快。此外，OSPF不是直接進(jìn)行路由更新，而是在區(qū)域內(nèi)同步LSDB后通過(guò)SPF算法計(jì)算獲得無(wú)環(huán)路的最短路徑樹（SPT），且有骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域的區(qū)分，非骨干區(qū)域只能與骨干區(qū)域相連和交互信息，通過(guò)這些機(jī)制避免路由環(huán)路問(wèn)題。

例如，假設(shè)存在如圖2-9所示網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)192.168.0.0突然出現(xiàn)故障，則RIP（采用定時(shí)更新方式時(shí)）和OSPF的表現(xiàn)分別如下：

● RIP協(xié)議中，R1會(huì)在本地刪除對(duì)應(yīng)路由，但是R2不會(huì)立即感知到這個(gè)變化，而是等無(wú)效定時(shí)器計(jì)時(shí)超時(shí)，才會(huì)將對(duì)應(yīng)路由置為無(wú)效，在這個(gè)計(jì)時(shí)等待期間，當(dāng)R1收到R2的更新報(bào)文時(shí)，會(huì)從中學(xué)習(xí)自己未知的192.168.0.0網(wǎng)絡(luò)的路由，且下一跳指向R2，而R2中去往192.168.0.0網(wǎng)絡(luò)的路由的下一跳指向R1，形成路由環(huán)路。在故障產(chǎn)生到R2徹底刪除對(duì)應(yīng)路由，中間需要花費(fèi)幾分鐘時(shí)間。

● OSPF協(xié)議中，假設(shè)3臺(tái)路由器均在同一區(qū)域，R2、R3會(huì)先同步這條鏈路變化，然后各自根據(jù)LSDB計(jì)算SPT，完成路由更新，雖然過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，但信息傳遞時(shí)間花費(fèi)遠(yuǎn)低于RIP，且能避免路由環(huán)路問(wèn)題。

圖2-9 路由更新示意圖

2.3 其它

● 鄰居間可交互報(bào)文差異：RIP中運(yùn)行了RIP協(xié)議的直連雙方之間都可以交互報(bào)文，沒(méi)有限制；OPSF中有鄰居、鄰接關(guān)系的設(shè)定，建立鄰居關(guān)系的雙方只能交互Hello報(bào)文，而建立鄰接關(guān)系的雙方可以交互所有類型OSPF報(bào)文，能交互鏈路更新信息。

● 報(bào)文交互方式：RIP使用UDP數(shù)據(jù)報(bào)傳送協(xié)議報(bào)文，端口號(hào)為520，而OSPF將協(xié)議報(bào)文封裝在IP包中進(jìn)行傳送，OSPF的協(xié)議號(hào)為89。

● 管理距離：RIP的管理距離往往比OSPF要大，具體默認(rèn)值在不同廠商設(shè)備中規(guī)定不同，例如，在銳捷網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備中，RIP路由的管理距離默認(rèn)為120，OSPF路由的管理距離默認(rèn)為110。

● 防環(huán)機(jī)制：RIP中主要有水平分割、毒性逆轉(zhuǎn)和觸發(fā)更新3種防環(huán)機(jī)制；OSPF協(xié)議在算法本身上就能夠達(dá)到防環(huán)效果，一般不需要額外的防環(huán)機(jī)制。

● 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模限制：RIP中規(guī)定當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)超過(guò)15即認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)，因此所能應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)最大直徑為15，只能用在中小型網(wǎng)絡(luò)中；OSPF中沒(méi)有跳數(shù)限制，可以用在較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中。

3 總結(jié)

RIP和OSPF的區(qū)別主要包含如下：

表3-1 RIP和OSPF的區(qū)別

特性	RIP	OSPF
管理距離（以銳捷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為例）	120	110
報(bào)文交互方式	UDP協(xié)議，端口號(hào)為520	IP協(xié)議，IP協(xié)議號(hào)為89
報(bào)文交互對(duì)象	運(yùn)行了RIP的相鄰設(shè)備	建立鄰居或鄰接關(guān)系的設(shè)備
報(bào)文交互內(nèi)容	路由信息	鏈路狀態(tài)信息
路由計(jì)算算法	距離矢量算法，算法簡(jiǎn)單	最短路徑優(yōu)先算法，算法復(fù)雜
路由開銷	基于路由跳數(shù)計(jì)算	基于鏈路帶寬計(jì)算
路由更新方式	定時(shí)更新或觸發(fā)更新	鏈路發(fā)生變化時(shí)更新
防環(huán)機(jī)制	易產(chǎn)生環(huán)路，有水平分割、毒性逆轉(zhuǎn)、觸發(fā)更新三種防環(huán)機(jī)制	算法本身有防環(huán)效果，區(qū)域內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路
網(wǎng)絡(luò)規(guī)模限制	最大為15跳	無(wú)
適用場(chǎng)景	中小型簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)	大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)