LEACH路由协议及改进
信息与通信学院
MPLS技术
（小论文）
学号：S314080096
专业：信息与通信工程学生姓名：曲艺卓
任课教师：安澄全副教授
2015年4月
MPLS技术
曲艺卓
哈尔滨工程大学
摘要：MPLS 是一种实现标签交换的机制，它兼有基于二层交换的分组转发技术和第三层路由选择技术的优点。而 MPLS VPN 是一种基于 MPLS 技术的 IP VPN，是在网络路由和交换设备上应用 MPLS 技术，简化核心路由器的路由选择方式，利用结合传统路由技术的标记交换实现的护虚拟专用网络(IP VPN)。MPLS VPN 可以充分发挥骨干网的交换和路由选择能力，降低基础建设成本，满足用户网络应用以及提高管理的灵活性。这在构造企业内部网络上提供了巨大便利，同时也能更好的满足用户对信息传输实时性、安全性等方面的需求。
关键词：MPLS技术；标签；IP交换
1.引言
随着网络技术的迅速发展和信息化程度不断的深化，各种网络应用越来越丰富，有越来越多的业务要在网络上运行。应用者需要基于应用的丰富业务，而管理者需要在基础设施上整合各种各样的传统业务和IP 业务，不同的应用和业务类型往往有不同的使用者、安全级别，甚至这些应用中IP 地址段都有重叠。传统的IP 网络在提供比如电子邮件、聊天、WEB 访问等基本业务的时候，可以实现任意点对点的服务，但这只是“尽力而为”的服务。在面对园区甚至城域网范围的VPN 应用、安全内容传输、无线网络融合等应用时，传统IP 网络并不能很好的保证性能和安全性。在这些需求的推动下，基于多协议标签交换（Multiprotocol Label Switching, MPLS）的IP网络正逐渐成为替代传统单一IP 网络的新的应用平台。
2 MPLS原理
2.1MPLS 简介
在上世纪90 年代中期，当时路由器技术的发展远远滞后于网络的发展速度与规模，主要表现在转发效率低下，无法提供QOS 保障。本质原因是所有的路由查找算法均使用最长匹配原则，必须使用软件查找；而IP 的特点就是只关心过程，不注意结果。当时业界有这样一种议论：过于简单的IP 技术无法承载网络的未来，基于IP 技术的因特网必将在几年之后崩溃。
随后ATM 技术出现了，ATM 技术以其完美的QoS 保障与算法，企图完全
取代IP技术。但ATM 由于其无法解决终端使用的问题，且无法与IP 很好的融合，在与IP的技术竞争中落败，逐步变成IP 链路层，成为一种提供广域网的接入技术。1996 年Ipsilon 公司提出IP Switching（IP 交换）技术思想，其IP Switching 主要的观念是结合IP 和ATM 硬件，底层采用ATM 硬件，上层采用IP 协议，这样避免了使用ATM控制层的复杂操作。
ATM 技术虽然在市场上逐渐被淘汰，但技术上还是很成功的，首先它摒弃了繁琐的路由查找，改为简单快速的标签交换，转发效率高；其次它将具有全局意义的路由表改为只有本地意义的标签表。从另一方面讲，IP 下的MPLS 其实也算是对ATM 技术的一种延伸。
随后Cisco 公司宣布了其标记交换技术，提出了Tag Switching（标签交换）的方法，Tag Switching 技术为路由表中的每个目的地址分配一个短而定长的标签，并在网络中为这个目的地址建立一条标签转发通道。Tag Switching 同IP Switching相比，在技术上有较大差别，Tag Switching 为出现在标记交换路由器路由表中的每个目的地址建立一条转发通道，而IP Switching 则由数据流来建立标签转发表项，它是信赖于控制驱动（有一个相当于ATM 协议的控制平面），Tag Switching 网络由Tag Edge Routers 和Tag Switching Routers 组成。IP 数据流被封装在标签中，下一跳的路由确定信赖标准路由算法（如OSPF、BGP 等）。标记的绑定和分布采用标记分布协议（Tag Distribution Protocol，TDP）。标签交换的构想是ATM Switch 或路由器放在骨干网络的核心部分（Core ），成为标签交换路由器（Tag SwitchRouter.TSR），路由器放在骨干网络的边缘部分成为边缘标签路由器（Tag Edge Router），整个Tag Switch 的观念在于使用标签（Tag）来进行交换，数据包进入标签交换（Tag Switch）网络后先打上标记，再根据标签在交换机或路由器的交换，把数据包传送出去，在出标签交换（Tag Switch）网络前再把标记剥掉，Tag Switching为MPLS 的最终产生建立了坚实的基础。
综上所述，MPLS 最初是用来提高路由器的转发速度而提出的一个协议，但是由于其具备许多其他的优点，目前它的用途已不仅仅局限于此，还在流量工程（Traffic Engineering）、VPN、QOS 等方面得到广泛的应用，从而日益成为大规模IP 网络的重要标准。
2.2 MPLS基本概念
MPLS（Multi-Protocol Label Switching）即多协议标签交换，是一种可提供高
性价比和多业务能力的交换技术，MPLS 属于第三代网络架构，它解决了传统IP 分组交换的局限性，是新一代的IP 高速骨干网络交换标准。采用MPLS 技术可以提供灵活的流量工程、虚拟专网等业务，同时，MPLS 也是能够完成涉及多层网络集成控制与管理的技术。
2.3 MPLS 一些常用的术语：
（1）标签（Label）：是一个比较短的，定长的，通常只具有局部意义的标识，这些标签通常位于数据链路层的二层封装头和三层数据包之间，标签通过绑定过程同FEC 相映射。
（2）转发等价类（FEC）：Forwarding Equivalence Class，是在转发过程中以等价的方式处理的一组数据分组，可以通过地址、隧道、COS 等来标识创建FEC；通常在一台设备上，对一个FEC分配相同的标签。
（3）标签交换路径（LSP）：一个FEC 的数据流，在不同的节点被赋予确定的标签，数据转发按照这些标签进行。数据流所走的路径就是LSP。
（4）标签分发协议（LDP）：LDP（Label Distribution Protocol，标签分发协议）是MPLS 的控制协议，它相当于传统网络中的信令协议，负责FEC 的分类、标签的分配以及LSP 的建立和维护等一系列操作。
MPLS 可以使用多种标签发布协议，包括专为标签发布而制定的协议，例如：LDP、CR-LDP（Constraint-Based Routing using LDP，基于约束路由的LDP）；也包括现有协议扩展后支持标签发布的，例如：BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）、RSVP（Resource Reservation Protocol，资源预留协议）。同时，还可以手工配置静态LSP。
（5）标签交换路由器（LSR）：Label Switching Router，LSR 是MPLS 的网络的核心路由器，它提供标签交换和标签分发功能。
（6）边缘标签交换路由器（LER）：Label Switching Edge Router，在MPLS 的网络边缘，进入到MPLS 网络的流量由LER 分为不同的FEC，并为这些FEC 请求相应的标签。它提供流量分类和标签的映射、标签的移除功能。
2.4 MPLS 的基本原理
MPLS 是一种第三层路由结合第二层属性的交换技术，引入了基于标签的机
制，它把路由选择和数据转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径。MPLS 网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）、边缘部分的标签边缘路由器（LER）组成。LSR的作用可以看作是ATM 交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成；LER的作用是分析IP 包头，用于决定相应的传送级别和标签交换路径（LSP）。标签交换的工作过程可概括为以下 3 个步骤：（1）由LDP（标签分布协议）和传统路由协议（OSPF、IS-IS 等）一起，在LSR中建立路由表和标签映射表；
（2）LER 接收IP 包，完成第三层功能，并给IP 包加上标签；在MPLS 出口的LER 上，将分组中的标签去掉后继续进行转发；
（3）LSR 对分组不再进行任何第三层处理，只是依据分组上的标签通过交换单元对其进行转发[1]。
图2-1 MPLS体系结构
MPLS 网络的体系架构如图2-1 所示，其基本构成单元是LSR 与LER。标签交换路由器LSR（Label Switching Router），由LSR 构成的网络叫做MPLS 域，位于区域边缘和其他用户网络相连的路由器成为LER（Labeled Edge Router）。核心LSR 可以使支持MPLS 的路由器，也可以是由ATM 交换机等升级而成的ATM-LSR，分组被打标后，沿着由一系列LSR 构成的标签交换路径LSP（Label Switched Path）传送，
其中入口LER 叫Ingress，出口LER 叫Egress。
3 MPLS关键技术
3.1 MPLS 关键技术
MPLS 技术是ATM 技术与IP 技术结合的产物，充分利用了IP 网络的路由特性和ATM 网络的交换技术，综合了两者的优点。它吸收了ATM 的VPI/VCI 交换的一些优点，无缝地集成了IP 路由技术的灵活性和二层交换的简捷性，在面向无连接的IP网络中增加了MPLS 这种面向连接的属性。通过采用MPLS 建立“虚连接“的方法，IP 网增加了一些管理和运营的手段。
MPLS 包头的位置界于二层和三层之间，俗称2.5 层。MPLS 可以承载的报文通常是ip 包（当然也可以改进直接承载以太包、ATM 的AAL5 包、甚至ATM 信元等）。承载MPLS 的二层协议可以是PPP、以太、ATM 和帧中继等。对于PPP 或以太网二层装，但是对于ATM 或帧中继，MPLS 则直接分别采用VPI/VCI或DLCI 做为转发的标签。
MPLS 可以看做是一种面向连接的技术，通过MPLS 信令或手工配置的方法建立MPLS 标记交换连接（Label Switched Path 简称LSP）以后，在标记交换路径的入口把需要通过这个标记交换路径的报文打上MPLS 标签，中间路由器在收到MPLS 报文以后直接根据MPLS 报头的标签进行转发，而不用再通过IP 报文头的IP 地址查找。在MPLS 标记交换路径的出口（或倒数第二跳），弹出MPLS 包头，还回原来的IP 包。
3.2 MPLS 信令
通常使用的建立MPLS 标记交换路径的信令有LDP/CR-LDP、RSVP-TE、BGP 扩展等，其中LDP/CR-LDP 和RSVP-TE 是用来建立标签连接通路，LDP 的标签分配模式有DoD（Downstream On Demand 下游按请求分配标签模式）和Du （DownstreamUnsolicited ）下游未被请求标签分配模式）两种方式，LDP 能够建立到某个目的路由其或目的子网的LSP，它的路由的每一跳是根据路由表确定的，也就是说LDP 建立的LSP 只有把需要转发的IP 报文打包成MPLS，实际走的路由还是和原来的IP 包走的路由是一样的。LDP 建立的LSP 没有平衡流量的功能，只能起到建立虚连接的作用。
CR-LDP 和RSVP-TE 则能够携带带宽、部分明确路由、着色等约束参数，其中着色约束条件可以用来标识一个链路的性能，如是否支持Voip 等、还是只支
持Best-Effort 业务，也可以用来做为地域的标识。CR-LDP 或RSVP-TE 要建立满足这些约束条件的LSP，必须通过流量工程的约束路由计算。从完成的功能来说，两者是一样的，两种协议都可以做各种扩展满足QoS 的要求。从内部实现机制来看CR-LDP 信令协议是基于TCP 的，RSVP-TE 是对原有的RSVP 做扩展，是基于Raw IP 的。由于UDP的传输是不可靠的，RSVP-TE 需要对LSP 的状态定期刷新，存在一定的可扩展性问题。这两种协议在国际、国内标准认可方面大家都是比较偏向LDP/CR-LDP，它是ITUT 认可的MPLS 信令标准，也是中国国标中认定的MPLS 信令标准。CR-LDP 和RSVP-TE 的争论还在继续，现在大多数设备厂家都同时支持CR-LDP 和RSVP-TE，扩展BGP 协议的各种扩展则可以为MPLS VPN 建立跨AS 域的外层承载隧道或者是VPN 应用分配VPN的内层标签。
3.3 LDP 的工作过程
MPLS 通过简单的核心机制来提供丰富的标签分配及相关处理功能。构成MPLS 协议框架的主要元素有标签分配协议（LDP），标签映射表（LIB）和转发信息库（FIB），其中LIB 和FIB 分别为存储标签绑定信息和相应的标签转发信息的数据库。为了能够在MPLS 域内明确定义、分配标签，同时使用网络内各元素充分理解其标签含义，LDP 提供一套标准的信令机制用于有效地实现标签的分配与转发功能。LDP 基于原有的网络层路由协议构建标签信息库，并根据网络拓扑结构，在MPLS 域边缘节点（即入节点与出节点）之间建立LSP。LDP 信令位于TCP/UDP 之上，它通过TCP 层保证信令消息可靠传输，同时基于UDP 传送发现消息。LDP 信令传输使用的TCP 和UDP 知名端口号均为646。相邻的LSR 之间必须建立一条非MPLS 连接链路作为信令通道，用于传送LDP 信令报文。
LSR 通过周期性地发送Hello 消息来发现LSR 邻居，然后与新发现的相邻LSR间建立LDP 会话。通过LDP 会话，相邻LSR 间通告标签交换方式、标签空间、会话保持定时器值等信息。LDP 会话是TCP 连接，需通过LDP 消息来维护，如果在会话保定时器值规定的时间内没有其它LDP 消息，那么必须发送会话保持消息来维持LDP 会话的存在。图2-3为LDP标签分发示意图。
图2-3 LDP标签分发示意图
在一条LSP 上，沿数据传送的方向，相邻的LSR 分别叫上游LSR 和下游LSR。前面提到的标签的分发过程有两种模式：DoD（downstream-on-demand）模式和DU（downstream unsolicited）模式。这两种模式的主要区别在于标签映射的发布是上游请求还是下游主动发布。
DoD（downstream-on-downstream）模式下标签的分发过程是这样：上游LSR 向下游LSR 发送标签请求消息（包含FEC 的描述信息），下游LSR 为此FEC 分配标签，将绑定的标签通过标签映射消息反馈给上游LSR。下游LSR 在何时反馈标签映射消息，取决于该LSR 采用独立标签控制方式还是有序标签控制方式。当下游LSR 采用有序标签控制方式时，只有收到它的下游返回的标签映射消息后才向其上游发送标签映射消息；当下游LSR 采用独立标签控制方式时，则不管有没有收到它的下游返回的标签映射消息都立即向其上游发送标签映射消息。上游LSR 一般是根据其路由表中信息来选择下游LSR 的。
DU（downstream unsolicited）模式下分发标签的过程：下游LSR 在LDP 会话建立成功，主动向其上游LSR 发布标签映射消息。上游LSR 保存标签映射信息，并根据路由表信息来处理收到的标签映射信息。
3 总结
MPLS 实际上是结合了IP 网络和ATM 技术的一种位于两层和三层协议之
间的一个协议，可以实现第三层路由到第二层的交换的转换，它本身实际上是一种隧道技术，是一种将标签交换转发和网络层路由技术结合在一起的交换技术平台。MPLS 并不是一种业务或者应用，但它可以使用各种第二层协议，也支持多种高层协议与业务，而且在一定程度上可以保证信息传输的安全性。
虽然发展前景比较乐观，不过MPLS 技术要想有更大的发展，目前QoS 问题还有待进一步提高，安全问题需加强，另外需要进一步提高标准化程度，试验中曾发现多厂家设备的互通性还存在一定的问题，因此这也是阻碍MPLS 向深度广度发展的一个因素。
参考文献
[1]任丰原,黄海宁,林闯/无线传感器网络0软件学报2003,14(7):1252一1291
[2]孙利民,李建中,陈渝等无线传感器网络清华大学出版社2005.5,89一107
[3]李建中,李金宝,石胜飞/传感器网络及其数据管理的概念!问题与进展0软件学报2003,14(10):1717一1727
常用路由协议的分析及比较
路由分为静态路由和动态路由，其相应的路由表称为静态路由表和动态路由表。静态路由表由网络管理员在系统安装时根据网络的配置情况预先设定，网络结构发生变化后由网络管理员手工修改路由表。动态路由随网络运行情况的变化而变化，路由器根据路由协议提供的功能自动计算数据传输的最佳路径，由此得到动态路由表。 根据路由算法 动态路由协议可分为距离向量路由协议（Distance V ector Routing Protocol）和链路状态路由协议（Link State Routing Protocol）。距离向量路由协议基于Bellman-Ford算法，主要有RIP、IGRP（IGRP为Cisco公司的私有协议）；链路状态路由协议基于图论中非常著名的Dijkstra 算法，即最短优先路径（Shortest Path First，SPF）算法，如OSPF。在距离向量路由协议中，路由器将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器；而在链路状态路由协议中，路由器将链路状态信息传递给在同一区域内的所有路由器。 根据路由器在自治系统（AS）中的位置 可将路由协议分为内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）和外部网关协议（External Gateway Protocol，EGP，也叫域间路由协议）。域间路由协议有两种：外部网关协议（EGP）和边界网关协议（BGP）。EGP是为一个简单的树型拓扑结构而设计的，在处理选路循环和设置选路策略时，具有明显的缺点，目前已被BGP代替。 EIGRP是Cisco公司的私有协议，是一种混合协议，它既有距离向量路由协议的特点，同时又继承了链路状态路由协议的优点。各种路由协议各有特点，适合不同类型的网络。下面分别加以阐述。 2 静态路由 静态路由表在开始选择路由之前就被网络管理员建立，并且只能由网络管理员更改，所以只适于网络传输状态比较简单的环境。静态路由具有以下特点： ·静态路由无需进行路由交换，因此节省网络的带宽、CPU的利用率和路由器的内存。 ·静态路由具有更高的安全性。在使用静态路由的网络中，所有要连到网络上的路由器都需在邻接路由器上设置其相应的路由。因此，在某种程度上提高了网络的安全性。 ·有的情况下必须使用静态路由，如DDR、使用NA T技术的网络环境。 静态路由具有以下缺点： ·管理者必须真正理解网络的拓扑并正确配置路由。 ·网络的扩展性能差。如果要在网络上增加一个网络，管理者必须在所有路由器上加一条路由。 ·配置烦琐，特别是当需要跨越几台路由器通信时，其路由配置更为复杂。 3 动态路由
路由协议的分类
路由协议的分类。什么是自治域系统、IGP、EGP。 自治域（自治系统），在同一种路由协议上使用不同的自治域，可以有效的分割 路由信息，即自治域A中的路由器不会与自治域B中的路由器交换路由 信息。一个AS是一组共享相似的路由策略并在单一管理域中运行的路由器的集合。一个AS可以是一些运行单个IGP（内部网关协议）协议的路由器集合。也可以是一些运行不同路由选择协议但都属于同一个组织机构的路由器集合。不管是哪种情况，外部世界都将整个AS看作是一个实体。按照工作区域，路由协议可以分为IGP和EGP： IGP(InteriorGateway Protocols)内部网关协议 在同一个自治系统内交换路由信息，RIP、OSPF和IS—lS 都属于IGP。IGP的主要目的是发现和计算自治域内的路由信息。 EGP(Exterior Gateway Protocols)外部网关协议 用于连接不同的自治系统，在不同的自治系统之间交换路由信息，主要使用路由策略和路由过滤等控制路由信息在自治域间的传播 什么是管理距离，有什么作用。 管理距离是指一种路由协议的路由可信度。每一种路由协议按可靠性从高到低，依次分配一个信任等级，这个信任等级就叫管理距离。对于两种不同的路由协议到一个目的地的路由信息，路由器首先根据管理距离决定相信哪一个协议。 防止环路的方法有哪些？ RIP：有六种防止环路的措施：设定无穷大的值（16）路由毒化水平分割毒化反转触发更新抑制计时器 OSPF有哪些状态，在每种状态下进行哪些操作？OSPF有哪三个表？为什么需要DR、BDR，如何选择。 OSPF路由器在完全邻接之前,所经过的几个状态: 1.Down:此状态还没有与其他路由器交换信息。首先从其ospf接口向外发送hello分组，还并不知道DR(若为广播网络)和任何其他路由器。发送hello分组使用组播地址224.0.0.5。 2.Attempt: 只适于NBMA网络,在NBMA网络中邻居是手动指定的,在该状态下,路由器将使用HelloInterval取代PollInterval 来发送Hello包. 3.Init: 表明在DeadInterval里收到了Hello包,但是2-Way通信仍然没有建立起来. 4.two-way: 双向会话建立,而RID彼此出现在对方的邻居列表中。(若为广播网络：例如：以太网。在这个时候应该选举DR,BDR。) 5.ExStart: 信息交换初始状态，在这个状态下,本地路由器和邻居将建立Master/Slave关系,并确定DD Sequence Number,路由器ID大的的成为Master. 6.Exchange: 信息交换状态，本地路由器和邻居交换一个或多个DBD分组（也叫DDP) 。DBD包含有关LSDB中LSA条目的摘要信息)。 7.Loading: 信息加载状态：收到DBD后,将收到的信息同LSDB中的信息进行比较。如果DBD中有更新的链路状态条目，则向对方发送一个LSR，用于请求新的LSA 。 8.Full: 完全邻接状态,邻接间的链路状态数据库同步完成，通过邻居链路状态请求列表为空且邻居状态为Loading判断。
推荐-常用动态路由协议安全性分析及应用
常用动态路由协议安全性分析及应用 【摘要】路由器寻找的最佳路径是路由协议，它能保持各个路由器间的路由表相同，实现各个路由器间的相互连通，且在网络间传递数据包。可见，动态路由协议是借助路由器间的信息传递，计算、更新网络结构。但在此过程中，存在一定弊端影响常用动态路由器安全性。现就BGP、OSFP 和RIP V2三种常用的动态路由协议安全性进行分析，并总结其应用。 【关键词】动态路由安全性应用 连接网络的重要硬件设备，是路由器，它可以实现数据包的传递。而动态路由协议指的是路由器表的更新过程，它能够满足网络结构变化的需求。常用的动态路由分为三种，分别为BGP协议、OSPF协议和RIP V2协议。如果在数据包传递过程中，协议出现漏洞，那么容易被人利用，给网络安全造成严重影响。所以，分析常用动态路由协议安全性显得尤为重要。 一、常用动态路由协议安全性分析 1.1 BGP协议安全性 多个相互连接的商业网络共同组成了Internet。各个ISP或企业网络，需要定义一个自治系统号，即ASN，它们
的分配由IANA完成[1]。自治系统号共有65535个，其中私用保留的为65512―65535。路由信息在共享状态下，此号码的维护方式可以采取层的方式。BGP采用会话管理，其中TCP 的179端口可起到触发作用，使Keepalive和update信息被触发，且累及其邻居，从而更新和传播BGP路由表。 然而，因BGP的传输方式以TCP为主，那么容易导致BGP 出现关于TCP的诸多问题，例如拒绝服务攻击，预测序列号，SYN Flood攻击等。BGP主要是利用TCP的序列号，未使用自身的序列号。所以，一旦设备应用可预测序列号，就容易受到该类型攻击。在Internet中运行的大部分路由器都采用了Cisco设备，没有采用预测序列号方案，这就降低了受到攻击的风险。一些BGP在默认状态下，未采用相关的认证机制，有些BGP继续沿用明文密码，这样，大大增加了受到攻击的可能性。 实际应用BGP协议时，还会受到伪造报文攻击等其他攻击。但通常情况下，BGP主要在核心网的出口应用，且配置密码认证，因此，BGP协议的安全性相对较高。 1.2 OSPF协议安全性 复杂是OSPF运行机制的主要特征，运行中的诸多环节都有可能受到攻击者的攻击，给OSPF带来不同程度伤害。攻击方式分为以下几种。一是资源消耗攻击。将不同类型的OSPF报文不间断大量发送，这样极易导致攻击实体资源枯
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网络基础 IPv6路由协议及安全
网络基础IPv6路由协议及安全 IPV6的概念现在已并不陌生。面对这个新的网络命令者，与前一个主宰者IPV4的不同，具体体现在哪里呢？下面就对IPV6路由协议在安全问题上，从以下三个方面做一个深入的研究。 1．协议安全 在协议安全层面上，IPV6路由协议全面支持认证头（AH）认证和封装安全有效负荷（ESP）信息安全封装扩展头。AH认证支持hmac_md5_96、hmac_sha_1_96认证加密算法，ESP封装支持DES_CBC、3DES_CBC以及Null等三种算法。 2．网络安全 IPv6路由协议的网络安全包括以下４个方面，详细介绍如下： ●端到端的安全保证。在两端主机上对报文进行IPSec封装，中间路由器实现对有IPSec扩展头的 IPV6报文进行透传，从而实现端到端的安全。 ●对内部网络的保密。当内部主机与因特网上其他主机进行通信时，为了保证内部网络的安全，可 以通过配置的IPSec网关实现。因为IPSec作为IPV6路由协议的扩展报头不能被中间路由器而 只能被目的节点解析处理，因此IPSec网关可以通过IPSec隧道的方式实现，也可以通过IPV6 路由协议扩展头中提供的路由头和逐跳选项头结合应用层网关技术来实现。后者的实现方式更加 灵活，有利于提供完善的内部网络安全，但是比较复杂。 ●通过安全隧道构建安全的VPN。此处的VPN是通过IPV6路由协议的IPSec隧道实现的。在路 由器之间建立IPSec的安全隧道，构成安全的VPN是最常用的安全网络组建方式。IPSec网关的 路由器实际上就是IPSec隧道的终点和起点，为了满足转发性能的要求，该路由器需要专用的加 密板卡。 ●通过隧道嵌套实现网络安全。通过隧道嵌套的方式可以获得多重的安全保护。当配置了IPSec的 主机通过安全隧道接入到配置了IPSee网关的路由器，并且该路由器作为外部隧道的终结点将外 部隧道封装剥除时，嵌套的内部安全隧道就构成了对内部网络的安全隔离。 3．其他安全保障 IPV6路由协议的IPSec为网络数据和信息内容的有效性、一致性以及完整性提供了保证，但是数据网络的安全威胁是多层面的，它们分布在物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等各个部分。 对于物理层的安全隐患，可以通过配置冗余设备、冗余线路、安全供电、保障电磁兼容环境以及加强安全管理来防护。 对于物理层以上层面的安全隐患，可以采用以下防护手段：通过诸如AAA、TACACS+、RADIUS等安全访问控制协议控制用户对网络的访问权限来防止针对应用层的攻击；通过MAC地址和IP地址绑定、限制每端口的MAC地址使用数量、设立每端口广播包流量门限、使用基于端口和VLAN的ACL、建立安全用户隧道等来防范针对二层网络的攻击；通过进行路由过滤、对路由信息的加密和认证、定向组播控制、提高路由收敛速度、减轻路由振荡的影响等措施来加强三层网络的安全性。 路由器和交换机对IPSec的完善支持保证了网络数据和信息内容的有效性、一致性以及完整性，并且为网络安全提供了诸多解决办法。
无线传感器网络路由协议研究报告
无线传感器网络路由协议的研究 摘 要：对无线传感器网络及其特点进行了学习归纳，指出了无线传感网络 无线传感器网络LEACH算法的综合改进 陈楠，徐塞虹 北京邮电大学计算机科学与技术学院，北京（100876） E-mail：chennan6062@https://www.sodocs.net/doc/1b4469487.html, 摘要：本文通过研究无线传感器网络的层次型路由协议LEACH算法，指出了其存在的一些缺点，并对其某些改进算法进行深入研究，在此基础上进一步改进，吸取已有算法的优点，弥补其中的不足，提出了一种新的分簇算法及簇的维护算法。 关键词：无线传感器网络，层次型路由协议，LEACH算法，改进 中图分类号：TP393 1.引言 传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大支柱，它们分别完成对被 测量对象的信息提取、信息传输及信息处理。将这三种技术融合在一起的无线传感器网络技术给人们生活的各个领域带来了极大的影响。作为一种全新的技术，无线传感器网络给科技工作者提出了很多具有挑战性的课题，其中路由协议就是热点之一，传统网络的路由协议远远不能满足无线传感器网络的特点和要求，因此，该领域具有很大的研究价值[1]。本论文在已经提出来的分层次路由协议的基础上进行进一步改进，从而使网络性能又进一步的提升。 2.研究背景 无线传感器网络是由大量功率低、体积小、价格便宜的传感器节点组成的，这些节点实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或者被监测对象等诸多用户所感兴趣的信息，并对这些信息进行分布式处理，随后传递给用户，使用户随时随地都可以获取所需的信息。由于传感器网络所具有的特点，其应用前景十分广泛。 但是由于无线传感器网络这些特点的存在，导致节点能量资源、计算能力和带宽等资源都非常有限，尤其是其有限的能量直接影响传感器网络的生命周期以及网络的信息质量。因此，设计有效的策略，降低节点能源损耗，提高网络生命周期成为无线传感器网络的核心问题。 影响节点能源损耗的因素有很多，其中最重要的就是路由协议以，但是传统的那些路由协议应用于无线传感器网络中在某些方面存在一定的缺陷，所以基于传统路由协议，W.R Heinzelman等人提出了低功耗自适应集群型分层路由协议（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy Protocol），LEACH协议[2]是第一个在无线传感器网络中提出的层次式路由协议，其后的大部分层次式路由协议都是在它的基础上发展而来的。该算法主要是通过随机选择簇头，平均分担中继通信业务来实现能量消耗的减少，与一般的平面多跳路由协议和静态成簇算法相比，LEACH可以将网络的生命周期延长15%。 3.LEACH算法概述 LEACH（Low energy adaptive clustering hierarchy）是一种以最小化传感器网络能量损耗为目标的分层式协议，它既可以作为一种传感器网络的基本路由协议，也可以作为传感器网络的拓扑控制算法，因为协议在形成分层式拓扑结构的同时，也确定了簇首，决定了网络的路由。 基于位置的Ad hoc网络路由协议研究 【摘要】基于位置的ad hoc网络路由协议利用节点地理位置信息指导数据包的转发，具有可扩展性强，路由效率高等优点。分析了ad hoc网络中基于位置的路由协议以及位置信息服务，对几种协议进行了分析比较，并指出了基于位置的路由协议的研究重点。 【关键词】ad hoc网络；路由；协议；位置 【abstract 】ilocation-based unicast routing protocol uses geographical location information of nodes to direct the forward of data package, superior to scalability and high efficiency in routing. in this paper, we introduced location-based unicast routing protocols and location information services for ad hoc network. analysed and pared several protocols, we pointed at the research emphasis on location-based unicast routing protocol. 【keywords 】ad hoc network;routing;protocol;location 1 引言 ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳临时自治系统。路由协议一直是ad hoc网络研究的重点。根据不同的路由策略，ad hoc网络的路由协议可以分为基于拓扑的路由协议和基于位置的路由协议。与传统的基于拓扑的路由协议相比，基于位置的路由协议利用节点的位置信息来指导包的转发，其基本思想是利用节点的位置信息来选择下一跳，将包向目的节点的方向上进行 * https://www.sodocs.net/doc/1b4469487.html, * * Created on: 2011-4-17 * Author: syj */ #include 内部网关协议RIP：基于距离向量的路由协议。（1）仅和相邻路由器交换信息，交换的信息是自己的路由表。（2）按固定的时间间隔交换信息。RIP协议用UDP报文进行传送。 RIP实现简单，但它能使用的最大距离为15,16是不可到达，所以RIP只适用于小规模网络。RIP还有一个特点就是好消息传播的快，坏消息传播的慢。 RIP为了防止成环：可以用水平分割的方法，即从本端口接收到的路由，不再从本接口发送出去。 内部网关协议OSPF：使用分布式的链路状态协议。（1）向本自治系统内的所有路由器发送信息，用洪泛法。，路由器向所有相邻的路由器发送信息，这个相邻的路由器再向所有它相邻的路由器发送信息。（2）发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路专题。（3）只有链路状态变化时，才用洪泛法发送信息，OSPF没有RIP那样坏消息传播的慢的问题。而不像RIP那样每隔30s交换一次路由信息。OSPF协议知道全网的拓扑结构图。OSPF更新收敛的快是重要特点。OSPF不用UDP而是直接用IP数据报传送。OSPF的数据包很短，这样可以减少路由信息的通信量。 注：RIP交换的是路由表，即到目的网络的最短距离，RIP就是根据最短距离选路的。OSPF发送的信息是与本路由器相邻的链路状态，即与本路由器都和哪些路由器相邻以及该链路的度量，如距离，费用带宽。所以交换完路由信息以后，形成数据库，然后利用SPF算法（如Dijkstra静态路由算法）再算出路径，形成SPF树。每个路由单元根据SPF树生成自己的路由表。对OSPF而言，主要的消耗就在SPF的算法处理中，最常用的是Dijkstra静态路由算法。当一条链路down，每台路由器都会获得变化的信息，在网络拓扑更新之后，每台路由器就会重新计算SPT。这样计算SPT的计算量特别大，消耗CPU。。在目前的实际应用中，重新计算SPT就是删除当前的SPT，调用最短路径优先算法重新构造SPT。所以需要提出一种快速收敛的算法，来消除冗余存储或冗余计算。如下图我们只需要计算第二张图中区域的节点，即只对部分变化的节点重新计算路径，大大减少了计算量。 题目常用动态路由协议安全性分析 声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。本论文的成果属于云南警官学院所有。 论文（设计）作者签名：李世悦 2016年6 月15 日 目录 第一章前言 (4) 第二章路由器 (5) 2.1路由器的概念.............................. 错误！未定义书签。 2.2路由器的作用和功能......................... 错误！未定义书签。第三章动态路由概述 ............................ 错误！未定义书签。第四章RIP OSPF BGP-4三个协议的使用情况....... 错误！未定义书签。 4.1路由信息协议RIP........................... 错误！未定义书签。 4.2OSPF协议.................................. 错误！未定义书签。 4.3BGP-4协议................................. 错误！未定义书签。第五章安全性分析.............................. 错误！未定义书签。 5.1RIP协议的安全性分析........................ 错误！未定义书签。 5.2OSPF协议的安全性分析....................... 错误！未定义书签。 5.3BGP-4协议的安全性分析...................... 错误！未定义书签。第六章总结..................................... 错误！未定义书签。小结.......................................... 错误！未定义书签。致谢. (14) 常用动态路由协议安全性分析 计算机科学专业与技术 什么是路由协议？ 路由器提供了异构网互联的机制，实现将一个网络的数据包发送到另一个网络。而路由就是指导IP数据包发送的路径信息。路由协议就是在路由指导IP数据包发送过程中事先约定好的规定和标准。 路由协议有哪些？ 路由协议主要运行于路由器上，路由协议是用来确定到达路径的，它包括RIP，IGRP(Cisco私有协议)，EIGRP(Cisco私有协议)，OSPF，IS-IS，BGP。起到一个地图导航，负责找路的作用。它工作在网络层。 路由选择协议主要是运行在路由器上的协议，主要用来进行路径选择。 路由协议作为TCP/IP协议族中重要成员之一，其选路过程实现的好坏会影响整个Internet网络的效率。按应用范围的不同，路由协议可分为两类:在一个AS(Autonomous System，自治系统，指一个互连网络，就是把整个Internet划分为许多较小的网络单位，这些小的网络有权自主地决定在本系统中应采用何种路由协议)内的路由协议称为内部网关协议(interior gateway protocol)，AS之间的路由协议称为外部网关协议(exterior gateway protocol)。这里网关是路由器的旧称。正在使用的内部网关路由协议有以下几种:RIP-1，RIP-2，IGRP，EIGRP，IS-IS和OSPF。其中前3种路由协议采用的是距离向量算法，IS-IS和OSPF采用的是链路状态算法,EIGRP是结合了链路状态和距离矢量型路由选择协议的Cisco私有路由协议。对于小型网络，采用基于距离向量算法的路由协议易于配置和管理，且应用较为广泛，但在面对大型网络时，不但其固有的环路问题变得更难解决，所占用的带宽也迅速增长，以至于网络无法承受。因此对于大型网络，采用链路 无线传感器网络路由协议研究毕业论文 目录 前言................................................................... I 第1章无线局域网技术. (2) 1.1 引言 (2) 1.2 无线局域网的组成及工作原理 (2) 1.2.1 无线网卡 (2) 1.2.2 无线接入点 (2) 1.3 无线局域网的主要特征 (2) 1.3.1 网络拓扑结构 (2) 1.3.2 传输媒质及传输方式 (2) 第2章无线局域网的分析与发展 (3) 2.1 引言 (3) 2.2 无线局域网的现状 (3) 2.4 无线局域网的发展前景 (4) 第3章无线传感器网络路由协议分析 (5) 3.1 引言 (6) 3.2 无线传感器网络简介 (7) 3.3 无线传感器路由协议的特点 (10) 3.3 无线传感器网络路由协议分类 (17) 3.3.1 基于梯度的路由协议 (12) 3.3.2 基于等级的路由协议 (14) 3.3.3 基于平面的路由协议 (2) 3.3.4基于位置的路由协议 (2) 第4章无线传感器路由协议比较研究与趋势 (15) 4.1 引言 (16) 4.2 路由协议的比较研究 (17) 4.2.1 泛洪方式【Flooding】 (12) 4.2.2 集群方式(Clustering) (14) 4.2.3 地理信息方式(Geographic) (2) 4.3.1 基于服务质量方式 (12) 4.3 无线传感器路由协议的发展方向 (17) 注释 (26) 致谢 (27) 参考文献 (28) 附录一 (30) 附录二 (31) LEACH协议的改进算法 夏北浩 （湖南大学信息科学与工程学院长沙410082） 摘要：首先介绍了LEACH协议的工作原理，性能分析以及不足。之后介绍了LEACH的改进算法。 关键词：无线传感器网络,LEACH协议,改进算法,能量消耗 Improved algorithm of LEACH Xia Beihao (The College of Information Science and Engineering, Hunan University 410082) Abstract: This paper firstly introduce the content of the working principle of LEACH , the analysis of performance and discourages,following the introduction of the improved algorithm LEACH . Key: wireless sensor networks, LEACH protocol,Improved Algorithm,Energy consumption 1 引言 近年来，由于无线技术、计算机技术与传感器技术的迅猛发展和快速融合，无线传感器网络应运而生。无线传感器网络技术作为一种新型网络技术受到研究者的普遍重视和广泛研究。但传感器网络也有一些固定的缺点：能量利用率低、生存周期短、抗干扰能力差。通过良好的算法不仅可以减少传感器节点的能耗，还可以降低通信干扰，提高mac协议和路由协议的效率。因此，提出一个高效稳定合理的算法便成为迫切需要解决的问题。 2 LEACH协议的介绍 2.1 LEACH协议 LEACH是WSN中第一个基于分簇的路由算法，它将网络中的节点分为簇头节点和簇内节点。由于簇头节点需要协调簇内节点的工作，负责数据的融合和转发，能量消耗相对较大，所以LEACH采用周期性地随机选择簇头节点以均衡网络中节点能量消耗。从而达到延长网络生命周期目的。LEACH协议以“轮”作为运 第33卷第4期湖南科技学院学报V ol.33 No.4 2012年4月 Journal of Hunan University of Science and Engineering Apr.2012 无线传感网络路由协议研究新动向 梁小芝李玲香 (湖南科技学院 计算机与通信工程系，湖南 永州 425100) 摘 要：无线传感器网络因其明显的性能优势和巨大的应用前景而受到学术界和工业界越来越广泛的重视。在无线传感器体系结构中，网络层路由协议是无线传感网络的核心问题。文章阐述了无线传感器网络的特点，路由协议的要求，并对重要的路由协议工作原理进行了技术分析，从协议性能的角度比较了各个路由协议的特点，最后在文中对WSN路由协议的研究仍存在的问题和挑战进行了论述，指出了未来无线传感器网络路由协议的研究方向。 关键词：无线传感器网络；路由协议；数据融合；QoS；安全机制 中图分类号：TP79文献标识码：A 文章编号：1673-2219（2012）04-0073-05 0 引 言 无线通信技术、数字信号处理以及传感器技术的高速发展和日益成熟，为以信息获取、信息处理和传输为基础的无线传感器网络[1]（Wireless Sensor Networks，WSNs）提供了有力的支持。无线传感器网络在军事国防、环境监测、生物医疗、抢险救灾以及商业应用等领域具有广阔的应用前景。 与无线传感器网络最为相似的移动自组织网络（mobile Ad Hoc networks，MANET），尽管两者都是无线自组织多条网络，但差异很大：节点数量极大，节点不一定具有全球唯一的标识；分布密度远远超过以往ad hoc网络中的节点数；大部分节点不像MANET节点一样快速移动；节点出现故障的可能性明显大于MANE网络；节点的存储能力、计算能力和电能极其有限；节点主要采用广播方式通信，而MANET网络大都采用点对点方式通信； 这些差异使得MANETs 路由协议不适合直接运用到WSNs中，需要结合WSNs的特点对其进行改进，或提出新的路由协议。 1 无线传感网络路由协议特点和设计要求 1.1 无线传感网络路由协议的特点 和传统的路由协议相比，无线传感器的路由协议有以下 收稿日期：2012－03－30 基金项目：湖南省科技计划项目（项目编号2010FJ30 42）。 作者简介：梁小芝 (1963－)，女，湖南湘潭人，副教授, 高级实验师，研究方向为计算机应用技术，智能信息处理与物联网技术。特点： (1) 能量有限。由于传感器节点能量的限制，无线传感器网络的路由协议设计要以节能作为首要考虑因素，减少节点能耗和延长网络的生存时间是协议设计要考虑的首要问题。 (2) 基于局部拓扑信息。无线传感器网络为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源，使得节点不能存储大量的路由信息，不能进行太复杂的路由计算。在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下，如何实现简单高效的路由机制是无线传感器网络的一个基本问题。 (3) 无线传感器网络路由协议是以数据为中心进行路由的，它只提取某个区域的某个指标的值，而不会去关注某个具体节点的感知数据。 (4) 应用相关。无线传感器网络的应用环境千差万别，不同的应用需要设计不同的路由协议与之相适应。 1.2 无线传感器网络协议的设计要求 针对无线传感器网络路由协议的上述特点，在设计路由协议时需要满足下列要求： (1) 能量高效。由于无线传感器网络节点能量有限，所以路由设计将能量高效放在首位，即要求路由算法尽可能简单，信息传输尽可能高效节能。 (2) 容错性。传感器节点容易因为能量或环境影响而失效，这要求路由协议具有移动的容错能力。 (3) 鲁棒性。路由算法应具备一定的自适应能力和容错能力，不能因为由于部分节点的失效而影响整个网络的工作，而且无需人为的干预就可自行适应各种不同的应用环 73 ●1路由协议有哪些分类? (从至少两个方面进行描述) 1）IGP和EGP 2）距离向量和链路状态型的路由协议3）有类和无类的路由协议 ●２.简单描述距离矢量型协议和链路状态型协议的区别？ 1）距离矢量路由协议更新的是路由条目，链路状态路由协议更新的是拓扑 2）距离矢量路由协议发送周期性的更新、完整路由表更新，链路状态路由协议更新是非周期性的，部分的有边界的 3）距离矢量路由协议运行矢量路由协议会将，所有它知道的路由信息与邻居共享，但是只与直连邻居共享，运行链路状态路由协议的路由器只将他所直连的链路状态与邻居共享，这个邻居是指一个域内或区域内一个的所有路由器。 运行距离矢量型协议的路由器并不了解整个网络的拓扑，它们只知道自己直连的网络，和去往目的网络的吓一跳地址，而且距离矢量型协议是以条数作为选路的度量；运行链路状态型协议的路由器都有整个网络的拓扑，它们根据自己的所维持本地链路状态数据库来选择到达目的网络的最佳路径，链路状态型协议会根据链路上的时延带宽等因素算出一个开销最小的路径作为最优路径。 ●３.简单描述EIGRP协议中DUAL有限状态机的决策过程？ 当运行eigrp协议的路由器失去和后继路由器的连接时，路由器首先回查找自己的可行性后继路由器，如果存在可行性后继的话就把可行性后继提升为后继路由器，若没有的话就向所有的邻居路由器发送查询，每个接受到查询的路由器会查看自己的路由表，若有一条替代路由，则向发送查询的源路由器发送这条路由的信息，若没有就继续向自己的邻居发送查询，当发送查询的源路由器收到所有邻居路由器的回复后悔重新计算以选取新的后继。 ●４.EIGRP需要维护几张表? 每张表的作用分别是什么? EIGRP能够快速收敛的关键在于什么? 邻居表：确保直接邻居之间能够双向通信，保存邻居的IP等信息 拓扑表：拓扑表中存放着前往目标地址的所有路由的 路由表：从拓扑表中选择到达目标地址的最佳路由放入路由表 eigrp能够快速收敛关键：使用扩散更新算法（DUAL) ●５.EIGRP协议有哪几种Packet类型？每种类型的Packet的作用是什么? 1）Hello packet：以组播的方式定期发送，用于建立和维护邻居关系 2）ACK(acknowledgement) packet：以单播的方式发送HELLO包，包含一个不为零的确认号，用来 更新、查询和答复数据包。 3）Update packet：当路由器收到某个邻居路由器的第一个HELLO包时，以单播传送方式发送一个包含他所知道的路由信息的更新包。当路由信息发生变化时以组播方式发送只包含变化路由信息的更新包 4）Query（查询））packet：当一条链路失效，并且在拓扑表中没有任何可行后继路由器时，路由器需要重新进行路由计算，路由器就以组播的方式向它的邻居发送一个查询包。 5）Request（请求）packet最初是打算提供给路由服务器（server）使用的，但是从来没实现过. ）& Reply（应答）：以单播的方式回复查询方，对查询数据包进行应答。 ●６．OSPF协议中链路状态通告有几种类型? 它们的作用分别是什么? 1）路由器LSA：由区域内所有路由器产生，并且只能在本个区域内泛洪广播。 2）网络LSA ：由区域内的DR或BDR路由器产生，报文包括DR和BDR连接的路由器的链路信息。网络LSA也仅仅在产生这条网络LSA的区域内部进行泛洪。 3）网络汇总LSA ：由ABR产生，可以通知本区域内的路由器通往区域外的路由信息。 4）ASBR汇总LSA ：由ABR产生，但是它是一条主机路由，指向ASBR路由器地址的路由。 5）自治系统外部LSA ：由ASBR产生，告诉相同自治区的路由器通往外部自治区的路径。 6）组成员LSA 7）NSSA外部LSA ：由ASBR产生，几乎和LSA 5通告是相同的，但NSSA外部LSA通告仅仅在始发这个NSSA外部LSA 通告的非纯末梢区域内部进行泛洪。 ●７.OSPF协议有哪几种Packet类型? 每种类型的Packet的作用是什么? 1）hello：用于建立和维护ospf邻接关系 2）DBD数据库描述：检查链路状态数据库是否同步。无线传感器网络LEACH算法的综合改进
基于位置的Adhoc网络路由协议研究报告
LEACH算法源代码
四种路由协议比较
常用动态路由协议安全性分析
路由协议有哪些
无线传感器网络路由协议研究毕业论文
LEACH算法的改进
无线传感网络路由协议研究新动向
路由协议有哪些分类