RIP协议的工作原理及仿真分析

中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集
RIP协议的工作原理及仿真分析
李园利，王宇
（中国空间技术研究院西安分院，西安，710100） 摘 要：RIP（Routing Information Protocol ）是一种应用较早、使用较普遍的基于距离向量算法
的内部网关路由协议。 本文阐述了该动态路由协议的工作原理以及路由信息的处理过程， 并通过OPNET 软件对其收敛性，协议开销，路由表的变化进行了仿真分析，总结出RIP存在的局限性，最后提出了优 化改进方案。 关键词：Bellman-ford算法；RIP；路由，OPNET
0 引言
随着网络的规模的不断扩大和互联网的迅猛发展，路由技术在网络中已逐渐成为关键部分。目前， 最主要的IP路由技术是链路状态算法和距离向量算法。链路状态算法（也称最短路径算法）发送路由 信息到互联网上所有的结点，然而对于每个路由器，仅发送它的路由表中描述了其自身链路状态的那 一部分。距离向量算法（也称为Bellman-Ford算法）则要求每个路由器发送其路由表全部或部分信息， 但仅发送到邻近结点上。 最基本的距离向量算法 Distance Vector Algorithm） RIP Routing Information （ 是 （ 路由信息协议。 是应用较早、 RIP 使用较普遍的内部网关协议 Interior Gateway Protocol， ） （ IGP ， Protocol ） 它使用“跳数”（metric）来衡量到达目标地址的路由距离，著名的路径刷新程序Routed便是根据RIP 实现的。RIP协议被设计用于使用同种技术的中型网络，因此适应于大多数的校园网和使用速率变化不 是很大的地区性网络，目前，它已成为路由器、主机路由信息传递的标准之一。本文主要阐述了RIP 路由技术的基本工作原理，并用OPNET软件对其收敛性和协议开销进行了仿真分析，总结出RIP协议 的优缺点和其适应范围，针对其存在的问题，提出了优化改进方案。
1 RIP路由的基本原理
RIP 路由协议是一种基于Bellman-ford的距离向量算法的内部网关路由协议。它实际上是工作在相
邻路由器之间的，运行该协议的邻居路由器通过互相学习和交换路由信息的距离向量，得知网络的连 接情况，从而实现各网络之间的连通。
Bellman-ford算法是一种典型的点到多点的路由算法，即寻找网络中一个节点到其它所有节点的路
由。在一个网络图中，公式D(i,j)表示节点i、j之间的最佳度量；d(i,j)表示节点i、j之间的度量，若节点 直接相连时，d(i,j)表示其连接成本；否则，d(i,j)表示无穷大。因此，最佳度量的计算公式为：
⎧0 ⎪ D(i, j ) = ⎨∞ ⎪min[d (i, k ) + D(k , j )] ⎩
j=i ； j不可达； k为i直接邻居。
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中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集 节点i从相邻k收到k到j的度量D(k,j)，将D(k,j）加上i到k的度量d(i,k)，i比较从所有实体得到的数值， 取最小数，即i到j的最佳度量，且对应的k为路由的下一跳实体。以此类推，实体k将用同样的方法获得 到j的下一跳实体。
2 RIP协议的工作原理
RIP 协议每30秒向相邻路由器发送一次路由更新信息，同时监听来自网络中的其它相邻路由器的
路由信息，从而实现对本地路由表的动态维护，以确保IP层发送报文时选择正确的路由。 2.1 RIP路由运行流程
RIP的工作流程很简单，如图1-1。当路由器A刚启动RIP时，以广播的形式向相邻路由器B发送请
求报文，路由器B的RIP收到请求报文后，响应请求，回发包含本地路由表信息的响应报文。路由器A 的RIP收到响应报文后，修改本地路由表的信息，同时以触发修改的形式向相邻路由器B广播本地路由 修改信息。路由器B收到触发修改报文后，又向其各自的相邻路由器发送触发修改报文。在一连串的触 发修改广播后，各路由器的路由都得到修改并保持最新信息。同时，RIP每30秒向相邻路由器广播本地 路由表，各相邻路由器的RIP在收到路由报文后，对本地路由进行的维护，在众多路由中选择一条最佳 路由，并向各自的相邻网广播路由修改信息，使路由达到全局的有效。运行RIP协议的路由器并不是把 每一条新的路由信息都添加到自己的路由表中。而是根据Bellman-ford算法的最佳度量的计算公式获得
D(i,j)，并根据D(i,j)的结果，更新路由条目：
（1）如果路由条目是新的，则接受路由器将把该条目加入路由表中； （2）如果此路由已存在于路由表，但新的路由条目具有不同的来源，并且该条目具有更低的跳数， 则路由表将用新的条目替换已存在的条目； （3）如果此路由已存在于路由表中，并且两个条目的来源相同，则路由表将用新的条目替换已存 在的条目，尽管两者的度量值一样。
图1-1
RIP 路由运行流程
2.2 RIP协议处理过程
RIP协议的处理过程就是RIP路由器对消息输入和输出处理过程，其输入和输出处理大致如下图1-2
所示：
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图1-2 RIP协议处理过程框图
输入处理：主要是指路由器协议软件对在520号UDP端口收到的数据报进行处理。首先，必须先做 一定的格式检查，检查通过后，再分别对输入的Request（请求报文）和Response（应答报文）做相应 的处理。 （1）对于Request信息的处理，RIP采用逐个路由项(Entry)地判断。如果没有任何的Entry，则不会 返回Response。如果在Request中，只有一个Entry，并且Address Family Identify为0，Metric为16，那么 就要回复自己所有的路由条目作为Response返回信息。除此之外，则是要求部分路由，处理很简单， 逐个检测Request中的Entry，在自己的路由数据库中查找Entry的网络字段，如果有匹配的，则用自己 的Metric覆盖Entry中的Metric；如果没有匹配的，则直接设置Entry中的Metric为Infinity（即16）。一旦 所有Entries都检测了一遍，则可以回复Response给发送者了。 （2）Response报文：因为指定查询、周期性更新或主动触发更新等原因而更新路由表，Response 信息都会被生成，并发布出去。一旦Response被认为是有效的，将会检测路由表中的每一项；并开始 针对各个Entry的Metric和其它字段进行检测，如果任何一个失效，则忽略它，记录下错误信息，然后 直接检测下一个 Entry 。如果某个 Entry 是有效的，则更新它的 Metric 值，若超过 16 就认为是无穷大
(infinity)。现在，如果在路由表中没有检测到一条明确指向该目的地的路由，则将新的Entry添加到路
由表，除非该Entry的Metric是infinity；然后，初始化该路由条目的超时计时器。若该条目的垃圾计时 器开始运作，则关闭超时计时器。记录路由的变化，并将该更新发布出去。如果检测到路由表中已有 一条明确指向该目的地的路由，则比较已有条目的下一跳地址和Response的来源地址：如果是一样的， 则说明已有条目还是有效的， 立即初始化其超时计时器； 再比较两者的Metric值： 如果Response中的Entry 的Metric和已有条目的Metric不一样，则采纳新的Metric，更新老的Metric；标记路由更新，并将该更新 通告出去； 如果新的Metric是infinity， 则删除该已有条目； 如果不是， 则初始化超时计时器。 如果Response 中的Entry的Metric和已有条目的Metric一样，则直接初始化超时计时器。 输出处理：用于产生包含全部或部分路由表的响应信息的处理，可能由于输入进程发现请求或路 由修改而触发。
3 RIP路由协议的仿真实验
本实验的环境如下：机器的操作系统为Widows XP，网络仿真平台为 OPNET Modeler14.5。网络 模 型 的 规 模 为 10kmx10km 的 大 小 。 该 网 络 由 四 个 路 由 器 组 成 ， 每 个 路 由 器 连 接 两 个 局 域 网 （100BaseT_LAN），还有一组故障设定组件，路由器之间四条链路采用PPP_D3链路，路由器和局域
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