路由協議

路由分爲靜態路由和動態路由，其相應的路由表稱爲靜態路由表和動態路由表。靜態路由表由網絡管理員在系統安裝時根據網絡的配置情況預先設定，網絡結構發生變化後由網絡管理員手工修改路由表。動態路由隨網絡運行情況的變化而變化，路由器根據路由協議提供的功能自動計算數據傳輸的最佳路徑，由此得到動態路由表。

根據路由算法，動態路由協議可分爲距離向量路由協議（Distance Vector Routing Protocol）和鏈路狀態路由協議（Link State Routing Protocol）。距離向量路由協議基於Bellman-Ford算法，主要有RIP、IGRP（IGRP爲Cisco公司的私有協議）；鏈路狀態路由協議基於圖論中非常著名的Dijkstra算法，即最短優先路徑（Shortest Path First，SPF）算法，如OSPF。在距離向量路由協議中，路由器將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器；而在鏈路狀態路由協議中，路由器將鏈路狀態信息傳遞給在同一區域內的所有路由器。 根據路由器在自治系統（AS）中的位置，可將路由協議分爲內部網關協議（Interior Gateway Protocol，IGP）和外部網關協議（External Gateway Protocol，EGP，也叫域間路由協議）。域間路由協議有兩種：外部網關協議（EGP）和邊界網關協議（BGP）。EGP是爲一個簡單的樹型拓撲結構而設計的，在處理選路循環和設置選路策略時，具有明顯的缺點，目前已被BGP代替。

EIGRP是Cisco公司的私有協議，是一種混合協議，它既有距離向量路由協議的特點，同時又繼承了鏈路狀態路由協議的優點。各種路由協議各有特點，適合不同類型的網絡。下面分別加以闡述。

2 靜態路由

靜態路由表在開始選擇路由之前就被網絡管理員建立，並且只能由網絡管理員更改，所以只適於網絡傳輸狀態比較簡單的環境。靜態路由具有以下特點：

· 靜態路由無需進行路由交換，因此節省網絡的帶寬、CPU的利用率和路由器的內存。

· 靜態路由具有更高的安全性。在使用靜態路由的網絡中，所有要連到網絡上的路由器都需在鄰接路由器上設置其相應的路由。因此，在某種程度上提高了網絡的安全性。

· 有的情況下必須使用靜態路由，如DDR、使用NAT技術的網絡環境。

靜態路由具有以下缺點：

· 管理者必須真正理解網絡的拓撲並正確配置路由。

· 網絡的擴展性能差。如果要在網絡上增加一個網絡，管理者必須在所有路由器上加一條路由。

· 配置煩瑣，特別是當需要跨越幾臺路由器通信時，其路由配置更爲複雜。

3 動態路由

動態路由協議分爲距離向量路由協議和鏈路狀態路由協議，兩種協議各有特點，分述如下。

1. 距離向量（DV）協議

距離向量指協議使用跳數或向量來確定從一個設備到另一個設備的距離。不考慮每跳鏈路的速率。

距離向量路由協議不使用正常的鄰居關係，用兩種方法獲知拓撲的改變和路由的超時：

· 當路由器不能直接從連接的路由器收到路由更新時；

· 當路由器從鄰居收到一個更新，通知它網絡的某個地方拓撲發生了變化。

在小型網絡中（少於100個路由器，或需要更少的路由更新和計算環境），距離向量路由協議運行得相當好。當小型網絡擴展到大型網絡時，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，網絡處於一種過渡狀態，極可能發生循環並造成暫時的擁塞。再者，當網絡底層鏈路技術多種多樣，帶寬各不相同時，距離向量算法對此視而不見。

距離向量路由協議的這種特性不僅造成了網絡收斂的延時，而且消耗了帶寬。隨着路由表的增大，需要消耗更多的CPU資源，並消耗了內存。

2. 鏈路狀態（LS）路由協議

鏈路狀態路由協議沒有跳數的限制，使用“圖形理論”算法或最短路徑優先算法。

鏈路狀態路由協議有更短的收斂時間、支持VLSM（可變長子網掩碼）和CIDR。

鏈路狀態路由協議在直接相連的路由之間維護正常的鄰居關係。這允許路由更快收斂。鏈路狀態路由協議在會話期間通過交換Hello包（也叫鏈路狀態信息）創建對等關係，這種關係加速了路由的收斂。

不像距離向量路由協議那樣，更新時發送整個路由表。鏈路狀態路由協議只廣播更新的或改變的網絡拓撲，這使得更新信息更小，節省了帶寬和CPU利用率。另外，如果網絡不發生變化，更新包只在特定的時間內發出（通常爲30min到2h）。

3. 鏈路狀態路由協議和距離向量路由協議的比較

4 常用動態路由協議的分析

4.1 RIP

RIP（路由信息協議）是路由器生產商之間使用的第一個開放標準，是最廣泛的路由協議，在所有IP路由平臺上都可以得到。當使用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，它們均基於經典的距離向量路由算法，最大跳數爲15跳。

RIPv1是族類路由（Classful Routing）協議，因路由上不包括掩碼信息，所以網絡上的所有設備必須使用相同的子網掩碼，不支持VLSM。RIPv2可發送子網掩碼信息，是非族類路由（Classless Routing）協議，支持VLSM。

RIP使用UDP數據包更新路由信息。路由器每隔30s更新一次路由信息，如果在180s內沒有收到相鄰路由器的迴應，則認爲去往該路由器的路由不可用，該路由器不可到達。如果在240s後仍未收到該路由器的應答，則把有關該路由器的路由信息從路由表中刪除。

RIP具有以下特點：

· 不同廠商的路由器可以通過RIP互聯；

· 配置簡單； · 適用於小型網絡（小於15跳）；

· RIPv1不支持VLSM；

· 需消耗廣域網帶寬；

· 需消耗CPU、內存資源。

RIP的算法簡單，但在路徑較多時收斂速度慢，廣播路由信息時佔用的帶寬資源較多，它適用於網絡拓撲結構相對簡單且數據鏈路故障率極低的小型網絡中，在大型網絡中，一般不使用RIP。

4.2 IGRP

內部網關路由協議（Interior Gateway Routing Protocol，IGRP）是Cisco公司20世紀80年代開發的，是一種動態的、長跨度（最大可支持255跳）的路由協議，使用度量（向量）來確定到達一個網絡的最佳路由，由延時、帶寬、可靠性和負載等來計算最優路由，它在同個自治系統內具有高跨度，適合複雜的網絡。Cisco IOS允許路由器管理員對IGRP的網絡帶寬、延時、可靠性和負載進行權重設置，以影響度量的計算。

像RIP一樣，IGRP使用UDP發送路由表項。每個路由器每隔90s更新一次路由信息，如果270s內沒有收到某路由器的迴應，則認爲該路由器不可到達；如果630s內仍未收到應答，則IGRP進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，從而提高了IGRP的報文效率。但IGRP爲Cisco公司專有，僅限於Cisco產品。

4.3 EIGRP

隨着網絡規模的擴大和用戶需求的增長，原來的IGRP已顯得力不從心，於是，Cisco公司又開發了增強的IGRP，即EIGRP。EIGRP使用與IGRP相同的路由算法，但它集成了鏈路狀態路由協議和距離向量路由協議的長處，同時加入散播更新算法（DUAL）。

EIGRP具有如下特點：

· 快速收斂。快速收斂是因爲使用了散播更新算法，通過在路由表中備份路由而實現，也就是到達目的網絡的最小開銷和次最小開銷（也叫適宜後繼，feasible successor）路由都被保存在路由表中，當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，它僅當某個目的網絡的路由狀態改變或路由的度量發生變化時，才向鄰接的EIGRP路由器發送路由更新，因此，其更新路由所需的帶寬比RIP和EIGRP小得多——這種方式叫觸發式（triggered）。

· 增大網絡規模。對於RIP，其網絡最大隻能是15跳（hop），而EIGRP最大可支持255跳（hop）。

· 減少路由器CPU的利用。路由更新僅被髮送到需要知道狀態改變的鄰接路由器，由於使用了增量更新，EIGRP比IGRP使用更少的CPU。

· 支持可變長子網掩碼。

· IGRP和EIGRP可自動移植。IGRP路由可自動重新分發到EIGRP中，EIGRP也可將路由自動重新分發到IGRP中。如果願意，也可以關掉路由的重分發。

· EIGRP支持三種可路由的協議（IP、IPX、AppleTalk）。

· 支持非等值路徑的負載均衡。

· 因EIGIP是Cisco公司開發的專用協議，因此，當Cisco設備和其他廠商的設備互聯時，不能使用EIGRP

4.4 OSPF

開放式最短路徑優先（Open Shortest Path First，OSPF）協議是一種爲IP網絡開發的內部網關路由選擇協議，由IETF開發並推薦使用。OSPF協議由三個子協議組成：Hello協議、交換協議和擴散協議。其中Hello協議負責檢查鏈路是否可用，並完成指定路由器及備份指定路由器；交換協議完成“主”、“從”路由器的指定並交換各自的路由數據庫信息；擴散協議完成各路由器中路由數據庫的同步維護。

OSPF協議具有以下優點：

· OSPF能夠在自己的鏈路狀態數據庫內表示整個網絡，這極大地減少了收斂時間，並且支持大型異構網絡的互聯，提供了一個異構網絡間通過同一種協議交換網絡信息的途徑，並且不容易出現錯誤的路由信息。 · OSPF支持通往相同目的的多重路徑。

· OSPF使用路由標籤區分不同的外部路由。

· 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；並且可以對不同的區域定義不同的驗證方式，從而提高了網絡的安全性。

· OSPF支持費用相同的多條鏈路上的負載均衡。

· OSPF是一個非族類路由協議，路由信息不受跳數的限制，減少了因分級路由帶來的子網分離問題。

· OSPF支持VLSM和非族類路由查表，有利於網絡地址的有效管理。

· OSPF使用AREA對網絡進行分層，減少了協議對CPU處理時間和內存的需求。

4.5 BGP

BGP用於連接Internet。BGPv4是一種外部的路由協議。可認爲是一種高級的距離向量路由協議。

在BGP網絡中，可以將一個網絡分成多個自治系統。自治系統間使用eBGP廣播路由，自治系統內使用iBGP在自己的網絡內廣播路由。

Internet由多個互相連接的商業網絡組成。每個企業網絡或ISP必須定義一個自治系統號（ASN）。這些自治系統號由IANA（Internet Assigned Numbers Authority）分配。共有65535個可用的自治系統號，其中65512~65535爲私用保留。當共享路由信息時，這個號碼也允許以層的方式進行維護。

BGP使用可靠的會話管理，TCP中的179端口用於觸發Update和Keepalive信息到它的鄰居，以傳播和更新BGP路由表。

在BGP網絡中，自治系統有： 1. Stub AS

只有一個入口和一個出口的網絡。

2. 轉接AS（Transit AS）

當數據從一個AS到另一個AS時，必須經過Transit AS。

如果企業網絡有多個AS，則在企業網絡中可設置Transit AS。

IGP和BGP最大的不同之處在於運行協議的設備之間通過的附加信息的總數不同。IGP使用的路由更新包比BGP使用的路由更新包更小（因此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。

當運行BGP的兩個路由器開始通信以交換動態路由信息時，使用TCP端口179，他們依賴於面向連接的通信（會話）。
BGP必須依靠面向連接的TCP會話以提供連接狀態。因爲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）。標準的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現電路。 某些情況下，需要使用BGP：
· 當你需要從一個AS發送流量到另一個AS時；
· 當流出網絡的數據流必須手工維護時；
· 當你連接兩個或多個ISP、NAP（網絡訪問點）和交換點時。
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Internet只有一個連接時，使用默認路由；
· 當你的網絡沒有足夠的帶寬來傳送所需的數據時（包括BGP路由表）。