RIP协议中的路由器负载均衡

张小翠

摘要摘要：当路由器下一跳的选择有多条路径时，需要考虑负载均衡问题。负载均衡是路由器应具备的基本功能，其应适合于所有的路由器平台。它基于标准的路由协议，例如RIP、RIPV2、OSPF、IGRP等协议，允许路由器选择多条路径到达目的地址。多条路径可以保证网络的安全性，可提高网络性能。在介绍RIP协议的基础上，重点探讨基于路由器的负载均衡方法。在思科路由器中负载均衡中有两种方式：一种是按目的地址的负载均衡，另一种是按数据包配置的负载均衡。

关键词关键词：负载均衡；RIP协议；等价路径；目的地址负载均衡；数据包配置负载均衡

DOIDOI：10.11907/rjdk.162342

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）001015202

引言

随着计算机网络的发展，网络访问的流量越来越大，当所有信息访问都经过同一路径时，将会造成该设备的瘫痪，因此在网络中应该提供多条路径到达目的地址，由此而产生了负载均衡问题。负载均衡可在一定程度上扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性[1] 。负载均衡在网络上应用于各个方面，本文主要介绍基于路由器的负载均衡方法。1RIP协议

RIP协议是一种动态网络协议，应用于小型的同构网络[2]。RIP协议是一种动态的路由选择算法，路由器和相邻路由器交换路由表中的全部信息，最终每个路由器形成自己的路由表，该路由表中有达到所有目的网络的最佳路径。所谓最佳路径就是到达目的地址所经过的路由个数最少的路径，除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网。RIP使用非常广泛，它简单、可靠且便于配置。但RIP允许的最大站点数为15，任何超过15个站点的目的地均被标记为不可达，RIP每隔30s广播一次路由信息是造成网络广播风暴的重要原因之一。

RIP协议的度量方法中，最佳路径由所经过的路由器的跳数来决定，每经过一个路由器将跳数加1，到达目地网络选择路由跳数最少的一条。如果有另一条达到目的网络跳数相同的路径，这时将选择路由表中的默认路径，而不更改路由表。这种情况下的负载均衡实现方式如图1所示，从主机PC0到主机PC1有3条路径，可以经过路由器（1，2，5），也可以经过路由器（1，3，5），另外一条路径（1，4，5），这3条路径经过的路由器的个数相同，因此对于RIP协议而言这3条路径应该是等价路径，但是默认情况下却只选择其中一条路径。这时应该考虑路由器的负载均衡，以思科路由器为例，思科路由器有两种解决负载均衡的方式：一是按目的地址的负载均衡，另一种是按数据包配置的负载均衡。

2负载均衡方式

2.1按目的地址配置的负载均衡

按目的地址配置的负载均衡是指路由器将使用多条路径来进行负载均衡，而且它可以确保数据包总是使用相同的路径，并按照它们发送的顺序到达目的地址 [3] 。這种方式的负载均衡最适用于需要数据包按照某种顺序到达的应用程序。如图1所示，从主机PC0到主机PC1有3条路径，由PC0到PC1的第一个目标的所有报文选择第一条路径（路由1-2-5），第二个目标的所有报文选择第二条路径（路由1-3-5），第三个目标的所有报文选择第三条路径（路由1-4-5）。相同的数据包选择相同的路径，并将报文按顺序到达目标，由此来实现负载均衡的目的。此种负载均衡方式在流量比较大时更加有效，大多路由器采用这种方式，而且它是思科路由器快速转发（CEF）的缺省负载均衡方式。启动此种负载均衡的方式为：ip load-sharing per-destination。2.2按数据包配置的负载均衡

基于数据包的负载均衡的路由器可以在多条链路上连续发送数据包，即对到达同一目的地址的一个数据的多个分组可以选择不同的路径到达，而不用考虑主机或用户的具体情况。这种负载均衡采用轮转机制来确定每个数据包走哪条路径到达目的地址。但是由于同一个目标的不同数据包可选择不同的路径，所以将会造成同一数据包的不同分组不按照次序到达目的地址的情况。某些应用不能采用这种负载均衡的方法，如视频对话（VOIP）。如图1所示，如果有一数据报将其分为三组报文发送，那么第一组报文可能选择路由1-2-5这条路径，第二组报文可能选择路由1-3-5，第三组报文选择路由1-4-5，因为每条路径的带宽、流量以及吞吐量等不同，所以有可能先发送的第二组报文已经到达目的地址PC1，但第一组报文还没有到达，而造成分组不按照顺序到达的问题。启动此种负载均衡的命令为：ip load-sharing per-packet。2.3路由器交换方式

思科的路由器一般有快速交换方式、过程交换方式、流交换方式及思科快速交换方式 [4] 。在基于目的地址配置的负载均衡和快速交换这种负载均衡方式下，常采用快速交换方式（Fast Switching），且默认条件下都是采用这种方式。快速交换只需要将第一个数据报存储入系统缓存之中，然后查找目的地址，并将信息存入到高速缓存之中，后续的数据包不需要经过此操作，直接从高速缓存中提取目的地址的接口进行转发即可。采用这种方式极大提高了数据报的转发速度。思科1600、1700、2500、2600系列路由器的Ethernet、Fast Ethernet、Serial接口默认采用的就是Fast Switching。启动快速交换的命令为： ip route-cache。

基于数据包的负载均衡和过程交换，在这种负载均衡下需要启动过程交换方式或者禁用快速交换方式[5]。当路由器采用过程交换模式时，需要将一条数据流中的第一个数据包放置入系统缓存。将目的地址与路由表进行查找比对，找到到达目的网络的下一跳路由器的接口，路由器的处理器同时进行CRC校验，检查数据包是否正确，如果正确则转发，不正确将数据包丢弃。然后将数据包的硬件地址改为下一跳的硬件地址（MAC）。对于此条线路上的第2、3、4个数据包等按照第一个数据包的处理方式进行相同的处理。这种处理方式有较大的时延，与快速交换相比它需要处理每一个数据包。但是这种交换方式在某些时候仍然被需要，如基于数据包的负载均衡时，禁用快速交换打开过程交换的命令为：no ip route-cache。

如图1所示，如果路由1采用了快速交换（CEF），那么不管路由5采用哪种交换方式，最终都采用快速交换方式，这时采用基于目的地址的负载均衡方式。如果入站口没有配置CEF方式，而出站口配置为过程交换方式，这时将采用过程交换方式进行数据报的转发。

3结语

路由器可以采用基于目的地址的负载均衡，也可以采用按数据包的负载均衡。默认情况下思科的路由器采用快速交换方式（CEF），而此种方式下实现按目的地址的负载均衡。采用这种负载均衡方式，数据报转发速度快，而且可以保证数据报按序到达。而采用基于数据包的负载均衡，必须先禁用快速交换方式启动过程交换方式，采用这种方式将造成数据包不按序到达，会影响某些应用程序的正常运行，因此运用较少。参考文献：

[1]楚蓓蓓，刘晓楠，刘铁铭.负载均衡技术[J].信息工程大学学报，2002，3（4）：4850.

[2]余世文.浅谈RIP路由协议的工作原理及应用[J].福建电脑，2014（11）：185187.

[3]CISCO CCNP.Cisco负载均衡[EB/OL].http：//www.docin.com.

[4]林秀.几种IP包交换技术的分析和比较[J].电信快报，2004（6）：1518.

[5]CISCO CCNP.How does load balancing work？[EB/OL].http：//www.cisco.com.

责任编辑（责任编辑：孙娟）