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原理
路由協(xié)議通過在路由器之間共享路由信息來支持可路由協(xié)議。路由信息在相鄰路由器之間傳遞，確保所有路由器知道到其它路由器的路徑?？傊?，路由協(xié)議創(chuàng)建了路由表，描述了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；路由協(xié)議與路由器協(xié)同工作，執(zhí)行路由選擇和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能。
作用
路由協(xié)議主要運(yùn)行于路由器上，路由協(xié)議是用來確定到達(dá)路徑的，它包括RIP，IGRP（Cisco私有協(xié)議），EIGRP（Cisco私有協(xié)議），OSPF，IS-IS，BGP。起到一個地圖導(dǎo)航，負(fù)責(zé)找路的作用。它工作在網(wǎng)絡(luò)層。
路由選擇協(xié)議主要是運(yùn)行在路由器上的協(xié)議，主要用來進(jìn)行路徑選擇。
路由協(xié)議作為TCP/IP協(xié)議族中重要成員之一，其選路過程實現(xiàn)的好壞會影響整個Internet網(wǎng)絡(luò)的效率。按應(yīng)用范圍的不同，路由協(xié)議可分為兩類：在一個AS（Autonomous System，自治系統(tǒng)，指一個互連網(wǎng)絡(luò)，就是把整個Internet劃分為許多較小的網(wǎng)絡(luò)單位，這些小的網(wǎng)絡(luò)有權(quán)自主地決定在本系統(tǒng)中應(yīng)采用何種路由協(xié)議）內(nèi)的路由協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（interior gateway protocol），AS之間的路由協(xié)議稱為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（exterior gateway protocol）。這里網(wǎng)關(guān)是路由器的舊稱。正在使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議有以下幾種：RIP-1，RIP-2，IGRP，EIGRP，IS-IS和OSPF。其中前3種路由協(xié)議采用的是距離向量算法，IS-IS和OSPF采用的是鏈路狀態(tài)算法,EIGRP是結(jié)合了鏈路狀態(tài)和距離矢量型路由選擇協(xié)議的Cisco私有路由協(xié)議。對于小型網(wǎng)絡(luò)，采用基于距離向量算法的路由協(xié)議易于配置和管理，且應(yīng)用較為廣泛，但在面對大型網(wǎng)絡(luò)時，不但其固有的環(huán)路問題變得更難解決，所占用的帶寬也迅速增長，以至于網(wǎng)絡(luò)無法承受。因此對于大型網(wǎng)絡(luò)，采用鏈路狀態(tài)算法的IS-IS和OSPF較為有效，并且得到了廣泛的應(yīng)用。IS-IS與OSPF在質(zhì)量和性能上的差別并不大，但OSPF更適用于IP，較IS-IS更具有活力。IETF始終在致力于OSPF的改進(jìn)工作，其修改節(jié)奏要比IS-IS快得多。這使得OSPF正在成為應(yīng)用廣泛的一種路由協(xié)議。不論是傳統(tǒng)的路由器設(shè)計，還是即將成為標(biāo)準(zhǔn)的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換），均將OSPF視為必不可少的路由協(xié)議。
外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議最初采用的是EGP。EGP是為一個簡單的樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的，隨著越來越多的用戶和網(wǎng)絡(luò)加入Internet，給EGP帶來了很多的局限性。為了擺脫EGP的局限性，IETF邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組制定了標(biāo)準(zhǔn)的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議--BGP。
常用分析
簡介
路由分為靜態(tài)路由和動態(tài)路由，其相應(yīng)的路由表稱為靜態(tài)路由表和動態(tài)路由表。靜態(tài)路由表由網(wǎng)絡(luò)管理員在系統(tǒng)安裝時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的配置情況預(yù)先設(shè)定，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 發(fā)生變化后由網(wǎng)絡(luò)管理員手工修改路由表。動態(tài)路由隨網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的變化而變化，路由器根據(jù)路由協(xié)議提供的功能自動計算數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂?，由此得到動態(tài)路由表。
根據(jù)路由算法，動態(tài)路由協(xié)議可分為距離向量路由協(xié)議（Distance Vector Routing Protocol）和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（Link State Routing Protocol）。距離向量路由協(xié)議基于Bellman-Ford算法，主要有RIP、IGRP（IGRP為 Cisco公司的私有協(xié)議）；鏈路狀態(tài)路由協(xié)議基于圖論中非常著名的Dijkstra算法，即最短優(yōu)先路徑（Shortest Path First， SPF）算法，如OSPF。在距離向量路由協(xié)議中，路由器將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器；而在鏈路狀態(tài)路由協(xié)議中，路由器將鏈路狀態(tài)信息傳 遞給在同一區(qū)域內(nèi)的所有路由器。 根據(jù)路由器在自治系統(tǒng)（AS）中的位置，可將路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （Interior Gateway Protocol，IGP）和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（External Gateway Protocol，EGP，也叫域 間路由協(xié)議）。域間路由協(xié)議有兩種：外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）。EGP是為一個簡單的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而設(shè)計的，在處理選路循環(huán)和設(shè)置 選路策略時，具有明顯的缺點(diǎn)，已被BGP代替。
EIGRP是Cisco公司的私有協(xié)議，是一種混合協(xié)議，它既有距離向量路由協(xié)議的特點(diǎn)，同時又繼承了鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)。各種路由協(xié)議各有特點(diǎn)，適合不同類型的網(wǎng)絡(luò)。下面分別加以闡述。
靜態(tài)路由
靜態(tài)路由表在開始選擇路由之前就被網(wǎng)絡(luò)管理員建立，并且只能由網(wǎng)絡(luò)管理員更改，所以只適于網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)比較簡單的環(huán)境。靜態(tài)路由具有以下特點(diǎn)：
· 靜態(tài)路由無需進(jìn)行路由交換，因此節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的帶寬、CPU的利用率和路由器的內(nèi)存。
· 靜態(tài)路由具有更高的安全性。在使用靜態(tài)路由的網(wǎng)絡(luò)中，所有要連到網(wǎng)絡(luò)上的路由器都需在鄰接路由器上設(shè)置其相應(yīng)的路由。因此，在某種程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。
· 有的情況下必須使用靜態(tài)路由，如DDR、使用NAT技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
靜態(tài)路由具有以下缺點(diǎn)：
· 管理者必須真正理解網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳⒄_配置路由。
· 網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性能差。如果要在網(wǎng)絡(luò)上增加一個網(wǎng)絡(luò)，管理者必須在所有路由器上加一條路由。
· 配置煩瑣，特別是當(dāng)需要跨越幾臺路由器通信時，其路由配置更為復(fù)雜。
動態(tài)路由
動態(tài)路由協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP。而內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP可以分為距離矢量路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，兩種協(xié)議各有特點(diǎn)，分述如下：
路由協(xié)議分類圖
路由協(xié)議分類圖
1. 距離矢量（DV）協(xié)議
距離向量指協(xié)議使用跳數(shù)或向量來確定從一個設(shè)備到另一個設(shè)備的距離。不考慮每跳鏈路的速率。
距離向量路由協(xié)議不使用正常的鄰居關(guān)系，用兩種方法獲知拓?fù)涞母淖兒吐酚傻某瑫r：
· 當(dāng)路由器不能直接從連接的路由器收到路由更新時；
· 當(dāng)路由器從鄰居收到一個更新，通知它網(wǎng)絡(luò)的某個地方拓?fù)浒l(fā)生了變化。
在小型網(wǎng)絡(luò)中（少于100個路由器，或需要更少的路由更新和計算環(huán)境），距離向量路由協(xié)議運(yùn)行得相當(dāng)好。當(dāng)小型網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到大型網(wǎng)絡(luò)時，該算法計算新路 由的收斂速度極慢，而且在它計算的過程中，網(wǎng)絡(luò)處于一種過渡狀態(tài)，極可能發(fā)生循環(huán)并造成暫時的擁塞。再者，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)底層鏈路技術(shù)多種多樣，帶寬各不相同時， 距離向量算法對此視而不見。
距離向量路由協(xié)議的這種特性不僅造成了網(wǎng)絡(luò)收斂的延時，而且消耗了帶寬。隨著路由表的增大，需要消耗更多的CPU資源，并消耗了內(nèi)存。
2. 鏈路狀態(tài)（LS）路由協(xié)議
鏈路狀態(tài)路由協(xié)議沒有跳數(shù)的限制，使用“圖形理論”算法或最短路徑優(yōu)先算法。
鏈路狀態(tài)路由協(xié)議有更短的收斂時間、支持VLSM（可變長子網(wǎng)掩碼）和CIDR。
鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在直接相連的路由之間維護(hù)正常的鄰居關(guān)系。這允許路由更快收斂。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在會話期間通過交換Hello包（也叫鏈路狀態(tài)信息）創(chuàng)建對等關(guān)系，這種關(guān)系加速了路由的收斂。
3.鏈路狀態(tài)路由協(xié)議和距離向量路由協(xié)議的比較
不像距離向量路由協(xié)議那樣，更新時發(fā)送整個路由表。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只廣播更新的或改變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌@使得更新信息更小，節(jié)省了帶寬和CPU利用率。另外，如果網(wǎng)絡(luò)不發(fā)生變化，更新包只在特定的時間內(nèi)發(fā)出（通常為30min到2h）。
4 常用動態(tài)路由協(xié)議的分析
4.1 RIP（國際公有，最古老的路由協(xié)議，不過有很多缺陷）
RIP（路由信息協(xié)議）是路由器生產(chǎn)商之間使用的第一個開放標(biāo)準(zhǔn)，是最廣泛的路由協(xié)議，在所有IP路由平臺上都可以得到。當(dāng)使用RIP時，一臺 Cisco路由器可以與其他廠商的路由器連接。RIP有兩個版本：RIPv1和RIPv2，它們均基于經(jīng)典的距離向量路由算法，最大跳數(shù)為15跳。
RIPv1是有類路由（Classful Routing）協(xié)議，因路由上不包括掩碼信息，所以網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備必須使用相同的子網(wǎng)掩碼，不支持VLSM。RIPv2可發(fā)送子網(wǎng)掩碼信息，是無類路由（Classless Routing）協(xié)議，支持VLSM。
RIP使用UDP數(shù)據(jù)包更新路由信息。路由器每隔30s更新一次路由信息，如果在180s內(nèi)沒有收到相鄰路由器的回應(yīng)，則認(rèn)為去往該路由器的路由不可用，該路由器不可到達(dá)。如果在240s后仍未收到該路由器的應(yīng)答，則把有關(guān)該路由器的路由信息從路由表中刪除。
RIP具有以下特點(diǎn)：
· 不同廠商的路由器可以通過RIP互聯(lián)；
· 配置簡單； · 適用于小型網(wǎng)絡(luò)（小于15跳）；
· RIPv1不支持VLSM；
· 需消耗廣域網(wǎng)帶寬；
· 需消耗CPU、內(nèi)存資源。
RIP的算法簡單，但在路徑較多時收斂速度慢，廣播路由信息時占用的帶寬資源較多，它適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對簡單且數(shù)據(jù)鏈路故障率極低的小型網(wǎng)絡(luò)中，在大型網(wǎng)絡(luò)中，一般不使用RIP。
4.2 IGRP（已經(jīng)退出歷史的舞臺）
內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議（Interior Gateway Routing Protocol，IGRP）是Cisco公司20世紀(jì)80年代開發(fā)的，是一 種動態(tài)的、長跨度（最大可支持255跳）的路由協(xié)議，使用度量（向量）來確定到達(dá)一個網(wǎng)絡(luò)的最佳路由，由延時、帶寬、可靠性和負(fù)載等來計算最優(yōu)路由，它在 同個自治系統(tǒng)內(nèi)具有高跨度，適合復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。Cisco IOS允許路由器管理員對IGRP的網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時、可靠性和負(fù)載進(jìn)行權(quán)重設(shè)置，以影響度量的計 算。
像RIP一樣，IGRP使用UDP發(fā)送路由表項。每個路由器每隔90s更新一次路由信息，如果270s內(nèi)沒有收到某路由器的回應(yīng)，則認(rèn)為該路由器不可到達(dá)；如果630s內(nèi)仍未收到應(yīng)答，則IGRP進(jìn)程將從路由表中刪除該路由。
與RIP相比，IGRP的收斂時間更長，但傳輸路由信息所需的帶寬減少，此外，IGRP的分組格式中無空白字節(jié)，從而提高了IGRP的報文效率。但IGRP為Cisco公司專有，僅限于Cisco產(chǎn)品。
4.3 EIGRP（思科私有）
隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶需求的增長，原來的IGRP已顯得力不從心，于是，Cisco公司又開發(fā)了增強(qiáng)的IGRP，即EIGRP。EIGRP使用與IGRP相同的路由算法，但它集成了鏈路狀態(tài)路由協(xié)議和距離向量路由協(xié)議的長處，同時加入散播更新算法（DUAL）。
EIGRP具有如下特點(diǎn)：
· 快速收斂?？焖偈諗渴且驗槭褂昧松⒉ジ滤惴?，通過在路由表中備份路由而實現(xiàn)，也就是到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的最小開銷和次最小開銷（也叫適宜后繼， feasible successor）路由都被保存在路由表中，當(dāng)最小開銷的路由不可用時，快速切換到次最小開銷路由上，從而達(dá)到快速收斂的目的。
· 減少了帶寬的消耗。EIGRP不像RIP和IGRP那樣，每隔一段時間就交換一次路由信息，它僅當(dāng)某個目的網(wǎng)絡(luò)的路由狀態(tài)改變或路由的度量發(fā)生變 化時，才向鄰接的EIGRP路由器發(fā)送路由更新，因此，其更新路由所需的帶寬比RIP和EIGRP小得多——這種方式叫觸發(fā)式（triggered）。
· 增大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。對于RIP，其網(wǎng)絡(luò)最大只能是15跳（hop），而EIGRP最大可支持255跳（hop）。
· 減少路由器CPU的利用。路由更新僅被發(fā)送到需要知道狀態(tài)改變的鄰接路由器，由于使用了增量更新，EIGRP比IGRP使用更少的CPU。
· 支持可變長子網(wǎng)掩碼。
· IGRP和EIGRP可自動移植。IGRP路由可自動重新分發(fā)到EIGRP中，EIGRP也可將路由自動重新分發(fā)到IGRP中。如果愿意，也可以關(guān)掉路由的重分發(fā)。
· EIGRP為模塊化設(shè)計，支持三種可路由的協(xié)議（IP、IPX、AppleTalk），更新版本支持IPv6。
· 支持非等值路徑的負(fù)載均衡。
· 因EIGIP是Cisco公司開發(fā)的專用協(xié)議，因此，當(dāng)Cisco設(shè)備和其他廠商的設(shè)備互聯(lián)時，不能使用EIGRP
4.4 OSPF（國際公有）
開放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）協(xié)議是一種為IP網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議，由IETF開 發(fā)并推薦使用。OSPF協(xié)議由三個子協(xié)議組成：Hello協(xié)議、交換協(xié)議和擴(kuò)散協(xié)議。其中Hello協(xié)議負(fù)責(zé)檢查鏈路是否可用，并完成指定路由器及備份指 定路由器；交換協(xié)議完成“主”、“從”路由器的指定并交換各自的路由數(shù)據(jù)庫信息；擴(kuò)散協(xié)議完成各路由器中路由數(shù)據(jù)庫的同步維護(hù)。
OSPF協(xié)議具有以下優(yōu)點(diǎn)：
· OSPF能夠在自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫內(nèi)表示整個網(wǎng)絡(luò)，這極大地減少了收斂時間，并且支持大型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，提供了一個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間通過同一種協(xié)議交換網(wǎng)絡(luò)信息的途徑，并且不容易出現(xiàn)錯誤的路由信息。 · OSPF支持通往相同目的的多重路徑。
· OSPF使用路由標(biāo)簽區(qū)分不同的外部路由。
· OSPF支持路由驗證，只有互相通過路由驗證的路由器之間才能交換路由信息；并且可以對不同的區(qū)域定義不同的驗證方式，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。
· OSPF支持費(fèi)用相同的多條鏈路上的負(fù)載均衡。
· OSPF是一個無類路由協(xié)議，路由信息不受跳數(shù)的限制，減少了因分級路由帶來的子網(wǎng)分離問題。
· OSPF支持VLSM和無類路由查表，有利于網(wǎng)絡(luò)地址的有效管理。
· OSPF使用AREA對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層，減少了協(xié)議對CPU處理時間和內(nèi)存的需求。
4.5 BGP
BGP用于連接Internet。BGPv4是一種外部的路由協(xié)議?？烧J(rèn)為是一種高級的距離向量路由協(xié)議。
在BGP網(wǎng)絡(luò)中，可以將一個網(wǎng)絡(luò)分成多個自治系統(tǒng)。自治系統(tǒng)間使用eBGP廣播路由，自治系統(tǒng)內(nèi)使用iBGP在自己的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播路由。
Internet由多個互相連接的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成。每個企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或ISP必須定義一個自治系統(tǒng)號（ASN）。這些自治系統(tǒng)號由IANA （Internet Assigned Numbers Authority）分配。共有65535個可用的自治系統(tǒng)號，其中65512~65535為私 用保留。當(dāng)共享路由信息時，這個號碼也允許以層的方式進(jìn)行維護(hù)。
BGP使用可靠的會話管理，TCP中的179端口用于觸發(fā)Update和Keepalive信息到它的鄰居，以傳播和更新BGP路由表。
在BGP網(wǎng)絡(luò)中，自治系統(tǒng)有： 1. Stub AS
只有一個入口和一個出口的網(wǎng)絡(luò)。
2. 轉(zhuǎn)接AS（Transit AS）
當(dāng)數(shù)據(jù)從一個AS到另一個AS時，必須經(jīng)過Transit AS。
如果企業(yè)網(wǎng)絡(luò)有多個AS，則在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中可設(shè)置Transit AS。
IGP和BGP最大的不同之處在于運(yùn)行協(xié)議的設(shè)備之間通過的附加信息的總數(shù)不同。IGP使用的路由更新包比BGP使用的路由更新包更?。ㄒ虼?/span>BGP承載更多的路由屬性）。BGP可在給定的路由上附上很多屬性。
當(dāng)運(yùn)行BGP的兩個路由器開始通信以交換動態(tài)路由信息時，使用TCP端口179，他們依賴于面向連接的通信（會話）。
BGP必須依靠面向連接的TCP會話以提供連接狀態(tài)。因為BGP不能使用Keepalive信息（但在普通頭上存放有Keepalive信息，以允許 路由器校驗會話是否Active）。標(biāo)準(zhǔn)的Keepalive是在電路上從一個路由器送往另一個路由器的信息，而不使用TCP會話。路由器使用電路上的這 些信號來校驗電路沒有錯誤或沒有發(fā)現(xiàn)電路。 某些情況下，需要使用BGP：
· 當(dāng)你需要從一個AS發(fā)送流量到另一個AS時；
· 當(dāng)流出網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流必須手工維護(hù)時；
· 當(dāng)你連接兩個或多個ISP、NAP（網(wǎng)絡(luò)訪問點(diǎn)）和交換點(diǎn)時。
以下三種情況不能使用BGP：
· 如果你的路由器不支持BGP所需的大型路由表時；
· 當(dāng)Internet只有一個連接時，使用默認(rèn)路由；
· 當(dāng)你的網(wǎng)絡(luò)沒有足夠的帶寬來傳送所需的數(shù)據(jù)時（包括BGP路由表）
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