互联网选路及协议——网络层

矫情吗；* 2023-05-30 09:10 18阅读 0赞

在互联网中选路是极其复杂的。

## 一、自治系统 ##

#### 1、互联网选路问题 ####

**（1）IP 地址的规模：具有2亿个目的地**

*  在选路表中不能存储所有的目的地!
 *  选路表交换将堵塞链路!

**（2）管理自治**  
互联网 = 网络的网络  
每个网络管理员可能要控制他自己网络中的选路

#### 2、自治系统 ####

**（1）目的**  
出于管理和扩展的目的，因特网可以被分割成许多不同的自治系统(autonomous system，AS)，换句话说，因特网是由很多自治系统汇集而成的

**（2）分类**  
从选路的角度来说，自治系统是指使用统一内部路由协议的一组网络

*  自治系统内的选路协议(intra-AS)
 *  自治系统间的选路协议(inter-AS)

**（3）特点**  
自治系统具有唯一的AS号（全球已分配几千个AS号，活跃的接近一千个）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEwOTAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 二、选路协议 ##

#### 1、分类 ####

**（1）用于自治系统内部的路由协议称为 “内部网关协议”，简称 IGP(Interior Gateway Protocol)**

*  RIP
 *  OSPF：目前应用最广泛。
 *  EIGRP

**（2）用于自治系统间接口上的路由协议称为 “外部网关协议”，简称EGP(Exterior Gateway Protocol)**

*  BGP-4

#### 2、RIP ####

**随着OSPF和IS-IS的出现，许多人认为RIP已经过时了。但事实上RIP也有它自己的优点。对于小型网络，RIP就所占带宽而言开销小，易于配置、管理和实现，并且RIP还在大量使用中。**

**（1）RIP(Routing Information Protocol,路由信息协议）**

*  是一种内部网关协议（IGP），是一种动态路由选择协议，用于自治系统（AS）内的路由信息的传递。
 *  路由信息协议 RIP 是内部网关协议 IGP中最先得到广泛使用的协议。
 *  RIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。

**（2）路由器距离定义**

*  从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。
 *  从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加 1。
 *  RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。
 *  RIP认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。
 *  RIP允许一条路径最多只能包含 15 个路由器， “距离”的最大值为16 时即相当于不可达。

**（3）协议特点**

*  仅和相邻路由器交换信息。
 *  交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。
 *  按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。

**（4）路由表的建立**

*  路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。
 *  以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。
 *  经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。

**（5）实现算法及例子**  
使用的是 **距离矢量算法**

收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：
    (1) 先修改此 RIP 报文中的所有项目：将“下一跳”字段中的地址都改为 X，并将所有的“距离”字段的值加 1。
    (2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：
    若项目中的目的网络不在路由表中，则将该项目加到路由表中。
        否则
           若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则将收到的项	目	替换原路由表中的项目。
           否则 
               若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，
    	否则，什么也不做。
    (3) 若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为16（距离为16表	示不可达）。
    (4) 返回。

**开始，个路由表只有到相邻路由器的信息。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEwOTAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

然后运用**距离矢量算法**，更新路由表的信息。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEwOTAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**最终所有的路由器的路由表都会更新，并以每 30 秒时刻更新。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEwOTAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
**（5）RIP报文格式**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEwOTAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
**（6）RIP协议的优缺点**

*  RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。
 *  RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。
 *  路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。
 *  RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。

**（7）RIP出现的问题——故障回路**  
**好消息传播得快，而坏消息传播得慢**。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间(例如数分钟)。这是 RIP 的一个主要缺点。

网 1 出现了故障，但是 R2 还不清楚，R1 通知 R2，但 R2 返回一个他到网 1 的更短路径，然后就会一直循环，知道双方都增加到 16，才会知道网 1 不可达。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEwOTAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

#### 3、OSPF ####

**开放最短路径优先OSPF协议是目前IGP中应用最广、性能最优的协议。**

**（1）OSPF(Open Shortest Path First，开放式最短路径优先）**

*  使用链路状态算法
 *  可适应大规模网络-层次OSPF
 *  路由变化收敛速度快
 *  其他特征
    
     *  支持路由等级划分，支持组播，支持验证，支持（多路径）等值路由

**（2）OSPF工作原理**

*  每个路由器通过“HELLO”与邻居节点形成和维持邻居关系
 *  路由器节点在与邻居的交互中掌握了本区域网络拓扑 ，使用 Dijkstra算法完成本节点的路由计算
 *  邻居或链路状态发生变化时，将信息通过洪泛法散布到整个区域。
    
     *  携带在OSPF报文中直接封装在IP中(而不是TCP或UDP)

**（3）OSPF优点**

*  **安全**：能够鉴别OSPF路由器之间的交换（如链路更新状态）
 *  **多条相同的开销路径**
 *  **对单播与多播路由选择的综合支持**
 *  **支持在单个AS中的层次结构**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjEwOTAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
    **（4）层次OSPF**
 *  **两级层次**：本地, 主干
    
     *  链路状态通告仅在本地
     *  每个节点具有详细的区域拓扑；仅知道到其他区域网络的方向(最短路)
 *  **区域边界路由器** ：“摘要”到在自己区域网络的距离，向其他区域边界路由器通告
 *  **主干路由器** ：运行OSPF 选路限制到主干
 *  **边界路由器** ：连接到其他AS

#### 4、BGP ####

**BGP (边界网关协议): AS间路由协议事实上的标准**

**（1）BGP/BGP4（Border Gateway Protocol，边界网关协议）**  
BGP为每个AS提供了一种手段 :

*  从相邻AS获得前缀可达性信息
 *  基于可达性信息和策略，决定到子网的“好”路由
 *  向AS内部的所有路由器传播可达性信息

**（2）通告BGP路由信息**  
每条直接连接以及所有通过该连接发送的　BGP　报文，称为　**BGP连接**。

*  **外部BGP（eBGP）**：跨越两个 AS 的 BGP 连接
 *  **内部BGP（iBGP）**：相同 AS 中，两个路由器的 BGP 连接

路由器通过TCP连接: BGP会话（iBGP和eBGP）来分发路由信息（可达信息）  
注意到BGP会话不对应着物理链路(覆盖网络)

在3a和1c之间有eBGP 会话，AS3向AS1发送前缀可达性信息
    1c则能使用iBGP来向AS1中的所有路由器分发这种新前缀可达信息 
    1b则能经1b到2a的eBGP会话向AS2重新通告新的可达信息
    当路由器知道了一个新前缀，它将在其转发表中为该前缀创建一个表项

![在这里插入图片描述][20191109144524111.png]  
**（3）确定最好的路由**  
**A、当通告一个前缀，通告中包括了BGP属性**

*  前缀 + 属性 = “路由”

**B、两个重要的属性**

*  **AS-PATH**：包含了对传递前缀的通告所经过的: AS 67 AS 17
 *  **NEXT-HOP**：指示了到下一跳的特定内部AS路由器. (从当前AS到下一跳AS可能有多条链路.)

**C、每条BGP至少包含 3 个组件**  
AS-PATH、NEXT-HOP、目的前缀

**（4）BGP路径选择**  
当网关路由器接收了路由通告，使用输入策略来接受/拒绝，路由器对某些前缀可能得到多于1条路由. 路由器必须选择路由。

选择路由：策略决定（丰富的策略）

*  最短AS-PATH
 *  **选择下一跳路由器：热土豆路由选择算法**  
    **对于本自治区路由器，尽可能快的将分组信息送出 AS（用本 AS 中得最低开销），而不担心其他 AS 到目的地得余下部分的开销。**
 *  各种过滤（IP地址，接口，属性）

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