前言

  • 什么是 RIP 协议？
    RIP是Routing Information Protocol（路由信息协议）的简称，它是一种较为简单的内部网关协议（Interior Gateway Protocol）。RIP是一种基于距离矢量（Distance-Vector）算法的协议，它使用跳数（Hop Count）作为度量来衡量到达目的网络的距离。RIP通过UDP报文进行路由信息的交换，使用的端口号为520。
    RIP包括RIP-1和RIP-2两个版本，RIP-2对RIP-1进行了扩充，使其更具有优势。
  • 什么情况下会使用 RIP 协议？
    由于RIP的实现较为简单，在配置和维护管理方面也远比OSPF和IS-IS容易，因此RIP主要应用于规模较小的网络中，例如校园网以及结构较简单的地区性网络。对于更为复杂的环境和大型网络，一般不使用RIP协议。

    RIP 基本原理

    RIP启动时初始路由表仅包含本设备的一些直连接口路由。相邻设备通过互相学习路由表项后，才能实现各网段路由互通。

image.png
RIP 路由形成的过程：

  1. RIP 协议启动之后，SwitchA会向相邻的交换机广播一个Request报文。

image.png

  1. SwitchB从接口接收到SwitchA发送的Request报文后，把自己的RIP路由表封装在Response报文内，然后向该接口对应的网络广播。（有一种情况， RIP response 会回应单播，是在一台设备刚刚启动 RIP 进程时主动发送 request，另一台设备就会回复一个单播的 RIP response 信息）

image.png
image.png

  1. SwitchA根据SwitchB发送的Response报文，生成一条 RIP 路由，形成自己的路由表。

image.png
另一个栗子：
RIP按照路由通告进行路由更新和路由选择。这种情况下交换机并不了解整个网络的拓扑，只知道到达目的网络的距离，以及到达目的网络应该走哪个方向或者哪个接口。如图所示，SwitchB收到了来自SwitchA的路由通告，此时SwitchB知道经过SwitchA可以到达192.168.1.0/24网络，度量值是1跳，除此之外SwitchB不知道其他的信息。即使这个通告因为某种原因已经是错误的信息，SwitchB依然认为经过SwitchA可以到达192.168.1.0/24网络，度量值是1。这是导致RIP网络容易产生路由环路的最根本原因。
image.png

RIP 度量

在RIP网络中，缺省情况下，设备到与它直接相连网络的跳数为0，经过一个设备可达的网络的跳数为1，其余依此类推。也就是说，度量值等于从本网络到达目的网络间的设备数量。

如图所示，S1去往192.168.10.0/24网段的路径有两条：

  • S1-S2-S5，中间经过S2、S5两台设备，该路径的度量值为2跳，带宽为1.544Mbit/s
  • S1-S3-S4-S5，中间经过S3、S4、S5三台设备，该路径的度量值为3跳，但是带宽很大，为千兆链路

image.png
按照RIP的度量标准，转发报文时会优选经过S2的这条路径，但这条路径的链路带宽并不是最优的。这就导致RIP网络带宽利用率低下，不利于进行QoS管理。
此外，为了防止RIP路由在网络中被无限泛洪使得跳数累加到无穷大，同时也为了限制收敛时间，RIP规定度量值取0～15之间的整数，大于或等于16的跳数被定义为无穷大，即目的网络或主机不可达。最大跳数的设定虽然解决了度量值计数到无穷大的问题，但也限制了RIP所能支持的网络规模，使得RIP不适合在大型网络中应用。

RIP的更新与维护

RIP协议在更新和维护路由信息时主要使用三个定时器：

  • 更新定时器（Update timer）：当此定时器超时时，立即发送更新报文。
  • 老化定时器（Age timer）：RIP设备如果在老化时间内没有收到邻居发来的路由更新报文，则认为该路由不可达。
  • 垃圾收集定时器（Garbage-collect timer）：如果在垃圾收集定时器倒计时结束前，不可达路由没有收到来自同一邻居的更新报文，则该路由将从RIP路由表中彻底被删除。

RIP路由与定时器之间的关系：

  • RIP的更新信息发布是由更新定时器控制的，默认为每30秒发送一次。

  • 每一条路由表项对应两个定时器：老化定时器和垃圾收集定时器。当学到一条路由并添加到RIP路由表中时，老化定时器启动，老化时间一般为180秒。如果老化定时器超时，设备仍没有收到邻居发来的更新报文，则把该路由的度量值置为16（表示路由不可达），并启动垃圾收集定时器，垃圾收集定时器一般为120秒。如果垃圾收集定时器超时，设备仍然没有收到更新报文，则在RIP路由表中删除该路由。

    触发更新

    触发更新是指当路由信息发生变化时，立即向邻居设备发送触发更新报文，而不用等待更新定时器超时，从而避免产生路由环路。
    image.png

    网络10.4.0.0不可达时，SwitchC最先得到这一信息。

  • 如果设备不具有触发更新功能，SwitchC发现网络故障之后，需要等待更新定时器超时。在等待过程中，如果SwitchB的更新报文传到了SwitchC，SwitchC就会学到SwitchB的去往网络10.4.0.0的错误路由。这样SwitchB和SwitchC上去往网络10.4.0.0的路由都指向对方从而形成路由环路。

  • 如果设备具有触发更新功能，SwitchC发现网络故障之后，不必等待更新定时器超时，立即发送路由更新信息给交换机B，这样就避免了路由环路的产生。

    RIP-2的增强特性

    RIP包括RIP-1和RIP-2两个版本，RIP-2对RIP-1进行了扩充。

RIP-1与RIP-2的比较

RIP-1（即RIP version1）是有类别路由协议（Classful Routing Protocol），它只支持以广播方式发布协议报文，报文格式如图所示。RIP-1的协议报文中没有携带掩码信息，它只能识别A、B、C类这样的自然网段的路由，比如 100.0.0.0/8，200.1.1.0/24，因此RIP-1无法支持路由聚合，也不支持不连续子网（Discontiguous Subnet）。
RIP-2（即RIP version2）是一种无分类路由协议（Classless Routing Protocol），报文格式如图所示。
image.png
image.png
image.png
与RIP-1相比，RIP-2具有以下优势：

  • 支持外部路由标记（Route Tag），可以在路由策略中根据Tag对路由进行灵活的控制。
  • 报文中携带掩码信息，支持路由聚合和CIDR（Classless Inter-Domain Routing）。
  • 支持指定下一跳，在广播网上可以选择到目的网段最优下一跳地址。
  • 支持以组播方式发送更新报文，只有支持RIP-2的设备才能接收协议报文，减少资源消耗。

  • 支持对协议报文进行验证，增强安全性。

    RIP-2路由聚合

    路由聚合的原理是，同一个自然网段内的不同子网的路由在向外（其它网段）发送时聚合成一个网段的路由发送。在RIP-2中进行路由聚合可提高大型网络的可扩展性和效率，缩减路由表。
    路由聚合有两种方式：

  • 基于RIP进程的有类聚合：
    聚合后的路由使用自然掩码的路由形式发布。比如，对于10.1.1.0/24（metric=2）和10.1.2.0/24（metric=3）这两条路由，会聚合成自然网段路由10.0.0.0/8（metric=2）。RIP–2聚合是按类聚合的，聚合得到最优的metric值。

  • 基于接口的聚合：
    用户可以指定聚合地址。比如，对于10.1.1.0/24（metric=2）和10.1.2.0/24（metric=3）这两条路由，可以在指定接口上配置聚合路由10.1.0.0/16（metric=2）来代替原始路由。

    水平分割和毒性反转

    水平分割

    水平分割（Split Horizon）的原理是，RIP从某个接口学到的路由，不会从该接口再发回给邻居路由器。这样不但减少了带宽消耗，还可以防止路由环路。
    水平分割在不同网络中实现有所区别，分为按照接口和按照邻居进行水平分割。广播网、P2P和P2MP网络中是按照接口进行水平分割的，如图所示。
    image.png
    RouterA会向RouterB发送到网络10.0.0.0/8的路由信息，如果没有配置水平分割，RouterB会将从RouterA学习到的这条路由再发送回给RouterA。这样，RouterA可以学习到两条到达10.0.0.0/8网络的路由：跳数为0的直连路由；下一跳指向RouterB，且跳数为2的路由。
    但是在RouterA的RIP路由表中只有直连路由才是活跃的。当RouterA到网络10.0.0.0的路由变成不可达，并且RouterB还没有收到路由不可达的信息时，RouterB会继续向RouterA发送10.0.0.0/8可达的路由信息。即，RouterA会接收到错误的路由信息，认为可以通过RouterB到达10.0.0.0/8网络；而RouterB仍旧认为可以通过RouterA到达10.0.0.0/8网络，从而形成路由环路。配置水平分割后，RouterB将不会再把到网络10.0.0.0/8的路由发回给RouterA，由此避免了路由环路的产生。
    对于NBMA（Non-Broadcast Multiple Access）网络，由于一个接口上连接多个邻居，所以是按照邻居进行水平分割的。路由就会按照单播方式发送，同一接口上收到的路由可以按邻居进行区分。从某一接口的对端邻居处学习到路由，不会再通过该接口发送回去。
    按照邻居进行水平分割原理图
    如图2所示，在NBMA网络配置了水平分割之后，RouterA会将从RouterB学习到的172.16.0.0/16路由发送给RouterC，但是不会再发送回给RouterB。
    image.png
    举个栗子：如图中的 RIP 报文，对应接口开启了水平分割，发送的报文中，没有带有学到的接口的路由字段。
    image.png

    毒性反转

    毒性反转（Poison Reverse）的原理是，RIP从某个接口学到路由后，从原接口发回邻居路由器，并将该路由的开销设置为16（即指明该路由不可达）。利用这种方式，可以清除对方路由表中的无用路由。
    image.png
    如图所示，配置毒性反转后，RouterB在接收到从RouterA发来的路由后，向RouterA发送一个这条路由不可达的消息（将该路由的开销设置为16），这样RouterA就不会再从RouterB学到这条可达路由，因此就可以避免路由环路的产生。
    image.png

    RIP与BFD联动

    网络上的链路故障会导致路由器重新计算路由，因此缩短路由协议的收敛时间对于提高网络性能是非常重要的。加快故障感知速度并快速通告给路由协议是一种可行的方案。
    双向转发检测BFD（Bidirectional Forwarding Detection）是一种用于检测邻居路由器之间链路故障的检测机制，它通常与路由协议联动，通过快速感知链路故障并通告使得路由协议能够快速地重新收敛，从而减少由于拓扑变化导致的流量丢失。在RIP与BFD联动中，BFD可以快速检测到链路故障并通知RIP协议，从而加快RIP协议对于网络拓扑变化的响应。
    RIP协议在使用BFD前后的链路故障检测机制及收敛速度如表所示：
是否配置BFD检测 链路故障检测机制 收敛速度
否 RIP老化定时器超时（默认配置180s） 秒级(>180s)
是 BFD会话状态为Down 秒级(<30s)

原理

路由与BFD联动包括静态BFD和动态BFD两种模式：

  • 静态BFD
    静态BFD是指通过命令行手工配置BFD会话参数，包括了配置本地标识符和远端标识符等，手工下发BFD会话建立请求。静态BFD可以不受对端设备的限制，在对端设备不支持BFD功能的情况下，本端通过静态BFD实现单臂BFD检测功能。

  • 动态BFD
    动态BFD是指由路由协议动态触发BFD会话建立。动态BFD比静态BFD则更具有灵活性，动态BFD中，本地标识符是动态分配的，远端标识符从对端的BFD报文中获取。路由协议在建立了新的邻居关系时，将对应的参数及检测参数（包括目的地址、源地址等）通告给BFD，BFD根据收到的参数建立起会话。当发生链路故障时，联动了BFD的路由协议可以快速感知到BFD会话状态变为Down，从而实现将流量快速切换到备份路径，避免了数据大量丢失。

    应用

    RIP和BFD相关联后，一旦链路发生故障，BFD在毫秒级时间内感知该故障并通知RIP协议，然后路由器在路由表中删除掉故障链路的路由并快速启用备份路径，提高了路由协议的收敛速度。
    image.png
    RIP与BFD联动的原理：

  • 如图所示，RouterA、RouterB、RouterC及RouterD建立RIP邻接。经过路由计算，RouterA到达RouterD的路由下一跳为RouterB。在RouterA和RouterB之间建立动态BFD会话，同时使能RIP与动态BFD联动检测机制。

  • 当RouterA和RouterB之间的链路出现故障时，BFD快速感知并通知给RouterA，RouterA删除掉下一跳为RouterB的路由。然后RouterA重新进行路由计算并选取新的路径，新的路由经过RouterC、RouterB到达RouterD。
  • 当RouterA与RouterB之间的链路恢复之后，二者之间的会话重新建立，RouterA收到RouterB的路由信息，重新选择最优路径进行报文转发。

注意事项

在RIP网络中，应确保全网定时器的配置一致，如果定时器的值配置不当，会引起路由振荡。它们的配置值关系是：update<_age_，_update_<_garbage-collect
_

IP 地址类型

最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。IP地址根据网络ID的不同分为5种类型，A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。1． A类IP地址
一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”， 地址范围从1.0.0.0 到126.0.0.0。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机。
2． B类IP地址
一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机 。
3． C类IP地址
一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。
4． D类地址用于多点广播（Multicast）。
D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。
5． E类IP地址
以“llll0”开始，为将来使用保留。
全零（“0．0．0．0”）地址对应于当前主机。全“1”的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址。
在IP地址3种主要类型里，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下：
A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255
B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255
C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255
_

参考文章

RIP基本原理