IPV6的選路問題

2019-11-04 11:31:56

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供稿：網友

　　目前似乎幾乎人人都知道ipv4網絡地址即將耗盡。另一個問題卻不是如此顯而易見，即非默認路由器，或者是列出Internet上所有路由的路由器，即在Internet骨干網上或骨干網四周、因而必須知道全部路由的路由器，它們如何處理日益龐大的路由表。路由表中必須列出到達所有獨立網絡的路由，因此CIDR廣受歡迎。使用CIDR，一個上述骨干路由器可以用一個涵蓋8位地址空間的CIDR路由代替256個C類網絡的256條路由。所有的256條路由可以經由一個Internet訪問供給商來選路，因此CIDR可以顯著減少映射到Internet所需要的路由數目。

IPv6沒有IPv4中的地址類別的概念。不論A、B、C類地址的存在對于IPv4如何有用，長期以來這種分類都是對地址的浪費，對于網絡地址體系結構，子網或超網能力似乎用處更多。而且出于選路目的，IPv6地址可以積累起來，理論上有很大潛力可以顯著地減少非默認選路表的大小。

當然，這種高度集聚的體系結構也有缺點，即一旦一個機構改變其供給商，就必須對網絡重新編號。同樣，多宿主網絡可能引起更多的問題。實際上，基于供給商的CIDR模式集聚方法的反對者把這個問題稱為“專制”，他們已經提出了替代方案。很顯然，這些替代方案在IPv6中沒有采納，但是這些方案有助于使自動配置和供給商移動性成為IPv6過渡策略的要害部分。

看起來IPv6選路協議和IPv4選路協議似乎沒有顯著的不同，這一點也許會很令人吃驚。究竟IPv6尋址體系結構自身將顯著改進選路效率，并減少非默認選路表的大小，因此選路算法和協議只需要進行極少的修改便可取得更好的執行效果。為支持IPv6，對這些協議所做的修改大部分都與如何處理較長的IPv6地址有關。

IP選路協議

IP選路協議實質上可以分為鏈路狀態協議和矢量距離(或路徑矢量)協議兩類，也可以按照內部選路和外部選路來分類。這兩種分類方法看起來很簡單，但足以滿足本書的要求。

1.內部選路和外部選路

內部選路和外部選路的概念對Internet的結構非常重要。這兩個概念與Internet以及相連的互聯網絡之間的交互方式密切相關。例如，某個公司的內聯網通過一條鏈路與Internet相連，該內聯網與全球Internet之間的全部業務流都經由該鏈路來傳送。假如這條鏈路中斷，內聯網就不再有外部連接能力。這種類型的網絡稱為自治系統(AS)，因為網絡內部的一切都由單一的治理機構來管轄。這種系統的自治性體現在假如想要訪問系統內的任何節點，全球Internet路由器只需要了解一條路由。同樣，AS內的任何節點可以使用默認路由來向AS之外的任何節點發送包。默認路由用于標識鏈接該AS與全球Internet的路由器。

內部選路參與AS內部包的選路。換言之，在相對小型的互聯網絡內的選路，所謂小型是相對于全球Internet而言。AS內部的路由器保持的路由表相對較小，這些路由表包含到AS內部的子網和網絡的路由，假如包要尋址的網絡的地址沒有明確列在路由表中，那么表中也包含一條或多條此時要選的默認路由。

另一方面，外部選路發生在AS環境之外。骨干路由器不能有默認路由。作為骨干路由器，假如要正確地發揮其作用，它就必須了解每個目的網絡的顯式路由。這意味著它的選路表將非常龐大，由此可見，使用諸如CIDR之類的集聚機制對于改善骨干選路性能極為重要。

如下所述，所有的選路協議都使用了鏈路狀態選路算法和距離矢量選路算法中的一些要素。目前的IPv4外部路由器依靠RFC1771中定義的邊界網關協議4(BGP-4)，這是一種支持CIDR的距離矢量選路協議。盡管最初有一些評論(參見Huitema所著《IPv6TheNewInternetPRotocol》)認為BGP非常適用于IPv4的32位地址，但完全不適于IPv6，但是BGP-4似乎仍將用于IPv6中的外部選路。有一個Internet草案中描述了為能夠正確處理IPv6單播地址(鏈路本地地址、站點本地地址和全球地址)而進行的某些擴展，RFC2283中指出，經過上述擴展和為支持多協議選路所進行的相對少量的修改，BGP-4將能夠處理IPv6外部選路。

另一個重要的外部選路協議是域間選路協議(IDRP)，該協議源自ISO/OSI的努力。IDRP在描述實質上規模無限的網絡和支持網絡地址體系結構方面提供了更大的靈活性。有些人認為IDRP是更好的IPv6外部選路協議，但是隨著Internet的進一步發展，IDRP是否能繼續保持其重要性，這一點還存在質疑。

2.鏈路狀態和矢量距離協議

通常矢量距離協議較簡單。選路信息協議(RIP)就是一個重要的矢量距離協議，該協議很簡單，但是，因為它要求互聯網絡中的每個路由器都要周期性地向網絡中所有其他路由器廣播自己的選路信息，故該協議有一定的局限性。正如其名稱所示，每個路由器所廣播的信息包括路由和表示該路由長度的整數的列表。見圖8-2，網絡中的路由器1到網絡A的路徑距離是1跳，到網絡B、D、F的路徑距離是2跳，到網絡C和E的路徑距離是3跳。圖中路由器2到網絡B是單跳路徑，到網絡A是一條2跳路徑。

IPV6的選路問題

路由器使用RIP鏈接而成的一個簡單互聯網絡

使用這個廣播信息，路由器2得知任何要發往網絡A的包應該向路由器1選路，因為其他路由器沒有通告到網絡A的更短路徑。同樣，路由器2知道應該避免把發往網絡A的包轉發給路由器5，因為該路由器與網絡A的距離為3跳。路由器2也清楚路由器3與網絡A的距離為3跳，與自己的距離也為3跳，因此假如經由路由器3來轉發給網絡A將需要6跳。

顯而易見，RIP有一些缺陷。首先，該協議“噪音”很大。每個路由器都頻繁地發送狀態信息，默認情況下每30秒就發送一個報文，這樣隨著互聯網絡規模的擴充、路由器數目的增加，整個網絡的業務流將急劇增長。其次，由于RIP定義的限制，它只能支持不超過16跳的互聯網絡，即，假如路由的長度超過16跳，就不能使用RIP來選路。雖然RIP頭可以支持的跳長度多達232-1，但由于選路收斂問題，開發者們在早期就確定RIP應該限制在16跳之內。所謂選路收斂問題，是指在不正確的路由通過網絡傳播之前，有關連通性問題的報文無法轉播給所有的路由器。

選路協議有必要答應包的選路獨立于網絡拓撲。這意味著源節點不必在內存中保留Internet的拓撲結構，也能夠向網絡中的任何目的地發送包。中間路由器應該了解網絡的連通性，以便正確地轉發包，但是它們也不必了解整個網絡結構，只需要了解本地部分。因此，RIP之類的協議使得路由器能夠獲得來自其他路由器的有關它們的連接狀態的通知。設計IP的目的是使其工作在既不完全可靠也不完全冗余的網絡基礎設施中。以上圖為例，這意味著假如路由器6失效，來自網絡E的包仍然可以發送到網絡A，不是通過路由“路由器5-路由器6-路由器1”，而是通過替代路由“路由器5-路由器2-路由器1”。

問題是，假如路由器1到網絡A的鏈接失效，網絡A和互聯網絡之間就不再有連通性，即它被從互聯網絡切斷了。但是，路由器1一直接收到有關其他路由器與網絡A之間的鏈路的信息。所有這些路由至少是2跳，對于這些信息路由器1予以忽略，因為它自身到網絡A只有1跳。為保證協議有效，必須矯正此問題及類似問題，但是相應地增加了復雜度。

上述問題并不說明RIP無用，對于小型或中型互聯網(又稱為內聯網)而言，對網絡帶寬的限制并不重要，因而RIP還是很重要的選路協議。但是，對于大型內聯網，RIP不適用；當有很多不同路由需要考慮時，對于選路骨干業務流，RIP也不適用。

針對矢量距離方法的缺陷，諸如開放的最短路徑優先(OSPF)協議之類的鏈路狀態協議得以大量引入。采用這種方法，路由器不是周期性地向所有其他路由器通知自己的所有路由，而是只通告自己的直接鏈路。見圖8-2，路由器1通告自己和網絡A、路由器2、路由器4及路由器6有直接連接。其他的路由器也通告它們的直接連接，這樣所有的路由器根據這些通告的報文就可以產生合適且理想的路由。假如路由器5得知與自己直接連接的路由器2又連接到路由器1，而路由器1直接連接到網絡A，那么它就可以產生一條從網絡E到網絡A的路由。路由器只在連接改變或其他路由器詢問時才發出通告，這樣使用諸如OSPF之類的協議會減少與選路相關的噪聲。由于沒有RIP的跳限制，也不會在路由器間產生大量業務流，因而OSPF能夠支持較大型網絡。但是，OSPF比RIP要復雜得多。對多層次的支持和對基于服務類型選路的支持也是OSPF的重要特性。

選路協議也可答應更多的選路信息。例如，路由器可以根據可用帶寬、延時、甚至價格對某些鏈路分配不同的值。這樣，在圖8-2中，對于要發送給網絡A的業務流，假如到路由器4的鏈路在某方面看起來更優(例如更短、更快或價格更低)，路由器5可能就傾向于通過路由器4來選路。

3.IPv6對選路協議的更新

如上所述，在為適合IPv6地址和地址范圍而進行簡單修改之后，BGP-4和IDRP很可能繼續用作IP的外部選路協議。同樣，在RFC2080(IPv6的RIPng)中描述的RIPng與現有協議很相似。OSPF版本2最近作為Internet標準在RFC2328中定義，而用于IPv6的OSPF版本還在定義中。預計用于IPv6的OSPF將保留OSPF的概貌，包括基本特性和功能，并使之適合于處理IPv6選路。

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