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RIP和OSPF的区别

RIP和OSPF是两种内部网关协议，主要运行在路由设备中进行路由计算和路由选择。本文主要介绍和分析两种协议的区别，包括路由计算算法、路由更新方式、控制报文交互方式、报文交互机制和适用场景等。

发布时间：2022-12-28
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1 概述

RIP和OSPF是两种内部网关协议，二者均属于动态路由协议。其中，RIP是出现最早的一种动态路由协议，在算法实现上较简单，在早期的小型简单网络中具有较好的应用效果。但是，随着网络的发展，网络规模扩大且愈加复杂，使得RIP无法满足网络需求，为此OSPF协议得到了更广泛的应用。OSPF协议所采用的实现机制和算法虽然相对较复杂，但在处理大规模网络的路由学习和路径选择问题上更具优势。

2 RIP和OSPF的区别

RIP和OSPF在具体实现上存在较大区别，主要体现在路由算法和路由更新方式上，其次它们的邻居间可交互报文类型、协议报文交互方式、管理距离、防环机制、网络规模限制等方面也存在较大差异。

2.1 路由算法

2.1.1 RIP路由算法

RIP主要采用距离矢量算法计算路由，当发生路由更新时，通过距离矢量叠加的方式直接计算路由，并根据路由开销越小越优先的原则进行路由加表，路由的度量值（开销）由跳数决定。当跳数超过15时，就认为网络不可达。

图2-1 距离矢量算法示例图

例如，假设存在上图所示网络，且Router 1的路由表中已增加直连网络192.168.0.0的路由信息，如图2-2中(a)所示，而Router 2、3中还未同步到此路由更新。此时，路由计算过程如下：

(1) 对于Router 2，当从Router 1发来的更新报文中学习未知网络192.168.0.0的路由时，会在Router 1的路由基础上进行矢量叠加，距离加1，且下一跳置为报文发送端口G1/2的地址，路由信息如图2-2中(b)所示。

(2) 对于Router 3，当从Router 2发来的更新报文中学习未知网络192.168.0.0的路由时，会在Router 2的路由基础上进行矢量叠加，距离再加1，下一跳同样置为报文发送端口G2/2的地址，路由信息如图2-2中(c)所示。

图2-2 去往192.168.0.0网络的路由信息示意图

2.1.2 OSPF路由算法

OSPF是一种基于链路状态（Link State, LS）的协议，根据链路带宽来计算路由开销，每台路由器独立维护一张LSDB（Link State DataBase，链路状态数据库），当链路发生变化时，先同步LSDB，再通过SPF（Shortest Path First, 最短路径优先）算法计算获得SPT（Shortest Path Tree，最短路径树），最后更新路由表，如下图所示：

图2-3 OSPF路由计算过程示意图

1. 路由开销计算

OSPF路由开销为沿途入接口开销的总和，接口开销通过如下公式计算：

接口开销 = 参考带宽 / 接口链路带宽

接口开销计算采用向上取整的方式，参考带宽默认值一般为100Mbps。

图2-4 OSPF路由开销计算过程示意图

例如，假设存在如上图所示网络，当Router 3学习未知网络192.168.0.0的路由时，路由开销计算如下：

入接口G2/1路由开销 = 100M / 10M = 10；

入接口G3/1路由开销 = 100M / 1000M = 0.1，向上取整为1；

路由开销 = 入接口G2/1路由开销 + 入接口G3/1路由开销 = 11。

2. SPF算法

SPF算法中，将每台路由设备当作一个节点（本端设备作为根节点），链路状态信息由带有链路开销值（计算方法参考路由开销计算）的有向线段表示，通过节点加有向线段的方式描绘整个网络拓扑，例如图2-5(a)。然后，基于Dijkstra算法计算从本端（根节点）去往各个节点的开销最小的路径，最终获得无环路的最短路径树图2-5(b)，根据SPT就可以更新路由表。

图2-5 SPF算法中网络拓扑结构和计算后的SPT示意图

2.1.3 对比分析

RIP采用的是距离矢量算法计算路由，算法原理较简单，因此实现和维护管理都比较容易，但网络规模受到跳数限制（大于15即认为不可达），且直接以路由跳数决定路由优劣，在一些场景下的路由选择可能并非最优。

OSPF采用SPF算法计算路由，算法相对较复杂，实现和维护较困难，但不受路由跳数约束，可以适用于较大规模的网络，且基于链路带宽度量路由的策略，在一些场景下路由选择相对更加合理。

例如，假设存在下图所示网络，对于目的网络192.168.0.0/24，Router 2有两条路径可供选择，其中，路径①跳数为1，带宽为10M；路径②跳数为2，带宽为1000M。对于数据转发效率来说，路径②应比路径①更优，但RIP协议仅简单地根据跳数大小判断路径①更优，而OSPF协议通过链路带宽计算路由开销的结论为路径②更优，OSPF的度量方式明显更加符合实际情况。

图2-6 路由计算和选择示意图

2.2 路由更新方式

2.2.1 RIP路由更新

RIP协议主要基于四个定时器进行路由更新与维护，分别为更新定时器、无效定时器、清除定时器和抑制定时器。RIP的整个路由维护更新过程的覆盖范围为自治系统，当发生路由更新时，同一自治系统下所有路由器都会进行相应的更新过程。

四个定时器的作用如下：

● 更新定时器：决定定时给邻居发送更新报文的时间间隔；

● 无效定时器：决定一条路由信息的有效时长；

● 清除定时器：决定彻底清除无效路由的时间；

● 已知定时器：决定抑制一条无效路由更新的时长，此定时器主要用于防止出现路由状态反复变化导致路由震荡的问题；

基于四个定时器，RIP路由更新维护过程如图2-7所示：

图2-7 RIP路由定时更新维护过程示意图

由于采用定时更新方式时路由收敛速度较慢，因此，RIP中还增加了触发更新机制。若开启了触发更新，定时更新会自动关闭，当路由信息发生变化时，路由器会立即向邻居同步路由变化信息，加快路由收敛。

2.2.2 OSPF路由更新

OSPF协议对自治系统进行区域划分，并基于LSA（Link-State Advertisement，链路状态通告）和LSDB进行路由更新维护。同一OSPF区域内的路由器维护相同的LSDB，只有当链路状态发生变化时，才会触发路由更新，此时，同一区域内路由器会先进行LS同步，区域间的路由更新同步则由处于区域边界的路由器（也称ABR）完成路由更新后同步到其他区域，通过这个机制减少网络拓扑变化造成的链路状态信息交互量。

图2-8 OSPF路由更新过程示意图

例如，假设存在如上所示网络拓扑，R1、R2和R3的G3/1口在Area 0，R3的G3/2、R4在Area 1。若路由器R1新增直连网络192.168.0.0，此时，网络中路由更新过程大致为：

(2) R1更新本地LSDB并计算、更新路由表，同时以LSA 1的形式向同区域的R2同步此LS；

(3) R2收到后更新本地LSDB并计算、更新路由表，同时以LSA 1的形式将此LS同步给R3；

(4) R3收到R2的报文后，更新本地LSDB并计算、更新路由表，然后从端口G3/2以LSA 3的形式同步给相邻区域Area 1的路由器；

(5) R4收到R3的报文后，更新本地LSDB并计算、更新路由表；

在多路访问网络中，OSPF还在区域内增加了DR选举机制，规定非DR、BDR的路由器（DR other）只和DR、BDR交互报文，DR other相互之间不进行报文交互，以此减少报文交互量，节约资源。

2.2.3 对比分析

RIP中有定时更新维护路由和触发更新两种方式，一般系统默认采用定时更新方式。若采用定时更新方式，当发生网络故障时，由于四个定时器的约束，整个网络完成路由同步所需的时间较长。此外，由于RIP的更新域为整个网络，即当某一处网络拓扑发生变化，同一自治系统下所有路由器都要同步进行更新操作，影响范围较广，整个网络路由收敛速度较慢。由于信息同步慢，还可能出现部分路由器更新未及时导致产生路由环路的问题。

OSPF中只有发生链路状态更新时才会进行路由更新维护，能节约资源，且采用了区域划分的机制，按区域进行链路状态同步，减少信息交互量，路由收敛速度较快。此外，OSPF不是直接进行路由更新，而是在区域内同步LSDB后通过SPF算法计算获得无环路的最短路径树（SPT），且有骨干区域和非骨干区域的区分，非骨干区域只能与骨干区域相连和交互信息，通过这些机制避免路由环路问题。

例如，假设存在如图2-9所示网络，网络192.168.0.0突然出现故障，则RIP（采用定时更新方式时）和OSPF的表现分别如下：

● RIP协议中，R1会在本地删除对应路由，但是R2不会立即感知到这个变化，而是等无效定时器计时超时，才会将对应路由置为无效，在这个计时等待期间，当R1收到R2的更新报文时，会从中学习自己未知的192.168.0.0网络的路由，且下一跳指向R2，而R2中去往192.168.0.0网络的路由的下一跳指向R1，形成路由环路。在故障产生到R2彻底删除对应路由，中间需要花费几分钟时间。

● OSPF协议中，假设3台路由器均在同一区域，R2、R3会先同步这条链路变化，然后各自根据LSDB计算SPT，完成路由更新，虽然过程相对复杂，但信息传递时间花费远低于RIP，且能避免路由环路问题。

图2-9 路由更新示意图

2.3 其它

● 邻居间可交互报文差异：RIP中运行了RIP协议的直连双方之间都可以交互报文，没有限制；OPSF中有邻居、邻接关系的设定，建立邻居关系的双方只能交互Hello报文，而建立邻接关系的双方可以交互所有类型OSPF报文，能交互链路更新信息。

● 报文交互方式：RIP使用UDP数据报传送协议报文，端口号为520，而OSPF将协议报文封装在IP包中进行传送，OSPF的协议号为89。

● 管理距离：RIP的管理距离往往比OSPF要大，具体默认值在不同厂商设备中规定不同，例如，在公海彩船·6600网络的设备中，RIP路由的管理距离默认为120，OSPF路由的管理距离默认为110。

● 防环机制：RIP中主要有水平分割、毒性逆转和触发更新3种防环机制；OSPF协议在算法本身上就能够达到防环效果，一般不需要额外的防环机制。

● 网络规模限制：RIP中规定当转发跳数超过15即认为网络不可达，因此所能应用的网络最大直径为15，只能用在中小型网络中；OSPF中没有跳数限制，可以用在较大规模的网络中。

3 总结

RIP和OSPF的区别主要包含如下：

表3-1 RIP和OSPF的区别

特性	RIP	OSPF
管理距离（以公海彩船·6600网络设备为例）	120	110
报文交互方式	UDP协议，端口号为520	IP协议，IP协议号为89
报文交互对象	运行了RIP的相邻设备	建立邻居或邻接关系的设备
报文交互内容	路由信息	链路状态信息
路由计算算法	距离矢量算法，算法简单	最短路径优先算法，算法复杂
路由开销	基于路由跳数计算	基于链路带宽计算
路由更新方式	定时更新或触发更新	链路发生变化时更新
防环机制	易产生环路，有水平分割、毒性逆转、触发更新三种防环机制	算法本身有防环效果，区域内不会产生环路
网络规模限制	最大为15跳	无
适用场景	中小型简单网络	大型复杂网络

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