路由選擇指迷津

　　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網絡的效率。按應用范圍的不同，路由協(xié)議可分為兩類：在一個AS（Autonomous System，自治系統(tǒng)，指一個互連網絡，就是把整個Internet劃分為許多較小的網絡單位，這些小的網絡有權自主地決定在本系統(tǒng)中應采用何種路由選擇協(xié)議）內的路由協(xié)議稱為內部網關協(xié)議（interior gateway protocol），AS之間的路由協(xié)議稱為外部網關協(xié)議（exterior gateway protocol）。這里網關是路由器的舊稱�，F(xiàn)在正在使用的內部網關路由協(xié)議有以下幾種：RIP-1，RIP-2，IGRP，EIGRP，IS-IS和OSPF。其中前4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。對于小型網絡，采用基于距離向量算法的路由協(xié)議易于配置和管理，且應用較為廣泛，但在面對大型網絡時，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，以至于網絡無法承受。因此對于大型網絡，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用。IS-IS與OSPF在質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的改進工作，其修改節(jié)奏要比IS-IS快得多。這使得OSPF正在成為應用廣泛的一種路由協(xié)議�，F(xiàn)在，不論是傳統(tǒng)的路由器設計，還是即將成為標準的MPLS（多協(xié)議標記交換），均將OSPF視為必不可少的路由協(xié)議。

　　外部網關協(xié)議最初采用的是EGP。EGP是為一個簡單的樹形拓撲結構設計的，隨著越來越多的用戶和網絡加入Internet，給EGP帶來了很多的局限性。為了擺脫EGP的局限性，IETF邊界網關協(xié)議工作組制定了標準的邊界網關協(xié)議--BGP。

　　下面對使用廣泛且很有活力的RIP，OSPF和BGP進行介紹。

一、RIP協(xié)議

　　RIP是路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol）的縮寫，采用距離向量算法，是當今應用最為廣泛的內部網關協(xié)議。在默認情況下，RIP使用一種非常簡單的度量制度：距離就是通往目的站點所需經過的鏈路數(shù)，取值為1~15，數(shù)值16表示無窮大。RIP進程使用UDP的520端口來發(fā)送和接收RIP分組。RIP分組每隔30s以廣播的形式發(fā)送一次，為了防止出現(xiàn)“廣播風暴”，其后續(xù)的的分組將做隨機延時后發(fā)送。在RIP中，如果一個路由在180s內未被刷，則相應的距離就被設定成無窮大，并從路由表中刪除該表項。RIP分組分為兩種：請求分組和相應分組。

　　RIP-1被提出較早，其中有許多缺陷。為了改善RIP-1的不足，在RFC1388中提出了改進的RIP-2，并在RFC 1723和RFC 2453中進行了修訂。RIP-2定義了一套有效的改進方案，新的RIP-2支持子網路由選擇，支持CIDR，支持組播，并提供了驗證機制。

　　隨著OSPF和IS-IS的出現(xiàn)，許多人認為RIP已經過時了。但事實上RIP也有它自己的優(yōu)點。對于小型網絡，RIP就所占帶寬而言開銷小，易于配置、管理和實現(xiàn)，并且RIP還在大量使用中。但RIP也有明顯的不足，即當有多個網絡時會出現(xiàn)環(huán)路問題。為了解決環(huán)路問題，IETF提出了分割范圍方法，即路由器不可以通過它得知路由的接口去宣告路由。分割范圍解決了兩個路由器之間的路由環(huán)路問題，但不能防止3個或多個路由器形成路由環(huán)路。觸發(fā)更新是解決環(huán)路問題的另一方法，它要求路由器在鏈路發(fā)生變化時立即傳輸它的路由表。這加速了網絡的聚合，但容易產生廣播泛濫。總之，環(huán)路問題的解決需要消耗一定的時間和帶寬。若采用RIP協(xié)議，其網絡內部所經過的鏈路數(shù)不能超過15，這使得RIP協(xié)議不適于大型網絡。

二、OSPF協(xié)議

　　為了解決RIP協(xié)議的缺陷，1988年RFC成立了OSPF工作組，開始著手于OSPF的研究與制定，并于1998年4月在RFC 2328中OSPF協(xié)議第二版（OSPFv2）以標準形式出現(xiàn)。OSPF全稱為開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（Open Shortest-Path First），OSPF中的O意味著OSPF標準是對公共開放的，而不是封閉的專有路由方案。OSPF采用鏈路狀態(tài)協(xié)議算法，每個路由器維護一個相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫，保存整個AS的拓撲結構（AS不劃分情況下）。一旦每個路由器有了完整的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫，該路由器就可以自己為根，構造最短路徑樹，然后再根據最短路徑構造路由表。對于大型的網絡，為了進一步減少路由協(xié)議通信流量，利于管理和計算，OSPF將整個AS劃分為若干個區(qū)域，區(qū)域內的路由器維護一個相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫，保存該區(qū)域的拓撲結構。OSPF路由器相互間交換信息，但交換的信息不是路由，而是鏈路狀態(tài)。OSPF定義了5種分組：Hello分組用于建立和維護連接；數(shù)據庫描述分組初始化路由器的網絡拓撲數(shù)據庫；當發(fā)現(xiàn)數(shù)據庫中的某部分信息已經過時后，路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)請求分組，請求鄰站提供更新信息；路由器使用鏈路狀態(tài)更新分組來主動擴散自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫或對鏈路狀態(tài)請求分組進行響應；由于OSPF直接運行在IP層，協(xié)議本身要提供確認機制，鏈路狀態(tài)應答分組是對鏈路狀態(tài)更新分組進行確認。

　　相對于其它協(xié)議，OSPF有許多優(yōu)點。OSPF支持各種不同鑒別機制（如簡單口令驗證，MD5加密驗證等），并且允許各個系統(tǒng)或區(qū)域采用互不相同的鑒別機制；提供負載均衡功能，如果計算出到某個目的站有若干條費用相同的路由，OSPF路由器會把通信流量均勻地分配給這幾條路由，沿這幾條路由把該分組發(fā)送出去；在一個自治系統(tǒng)內可劃分出若干個區(qū)域，每個區(qū)域根據自己的拓撲結構計算最短路徑，這減少了OSPF路由實現(xiàn)的工作量；OSPF屬動態(tài)的自適應協(xié)議，對于網絡的拓撲結構變化可以迅速地做出反應，進行相應調整，提供短的收斂期，使路由表盡快穩(wěn)定化，并且與其它路由協(xié)議相比，OSPF在對網絡拓撲變化的處理過程中僅需要最少的通信流量；OSPF提供點到多點接口，支持CIDR（無類型域間路由）地址。

　　OSPF的不足之處就是協(xié)議本身龐大復雜，實現(xiàn)起來較RIP困難。

三、BGP協(xié)議

　　RFC1771對BGP的最新版本BGP-4進行了詳盡的介紹。BGP用來在AS之間實現(xiàn)網絡可達信息的交換，整個交換過程要求建立在可靠的傳輸連接基礎上來實現(xiàn)。這樣做有許多優(yōu)點，BGP可以將所有的差錯控制功能交給傳輸協(xié)議來處理，而其本身就變得簡單多了。BGP使用TCP作為其傳輸協(xié)議，缺省端口號為179。與EGP相比，BGP有許多不同之處，其最重要的革新就是其采用路徑向量的概念和對CIDR技術的支持。路徑向量中記錄了路由所經路徑上所有AS的列表，這樣可以有效地檢測并避免復雜拓撲結構中可能出現(xiàn)的環(huán)路問題；對CIDR的支持，減少了路由表項，從而加快了選路速度，也減少了路由器間所要交換的路由信息。另外，BGP一旦與其他BGP路由器建立對等關系，其僅在最初的初始化過程中交換整個路由表，此后只有當自身路由表發(fā)生改變時，BGP才會產生更新報文發(fā)送給其它路由器，且該報文中僅包含那些發(fā)生改變的路由，這樣不但減少了路由器的計算量，而且節(jié)省了BGP所占帶寬。

　　BGP有4種分組類型：打開分組用來建立連接；更新分組用來通告可達路由和撤銷無效路由；周期性地發(fā)送存活分組，以確保連接的有效性；當檢測到一個差錯時，發(fā)送通告分組。

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