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标题: 把握互联网路由选择协议：从基础入门到实战 [打印本页]

作者: 乌市泽哥 时间: 2024-7-28 01:58
标题: 把握互联网路由选择协议：从基础入门到实战
互联网的路由选择协议是网络通信的焦点，它决定了数据包怎样在网络中通报和到达目的地。本文将先容几种常用的路由选择协议及其路由选择算法，帮助基础小白快速入门这一重要领域。
路由选择协议的根本概念

1. 理想的路由选择算法
一个理想的路由选择算法应具备以下特点：

准确性和完整性：算法必须确保沿着各路由表所指引的路由，数据包可以或许最终到达目的网络和目的主机。
盘算简朴：路由选择的盘算不应增长过多的额外通信量。
自顺应性：算法能顺应通信量和网络拓扑的变化，实时调整路由以平衡各链路的负载。
稳固性：在网络通信量和拓扑相对稳固的环境下，路由选择算法应收敛于一个可接受的解。
公平性：路由选择算法应对全部用户（除优先级高的用户）公平。
最佳性：路由选择算法应找出最优路由，使分组平均时延最小、网络吞吐量最大。

例如，假设有一个网络由五个路由器组成，每个路由器之间的隔断如下图所示：

在这个网络中，路由选择算法的使命就是盘算从某个结点（比如A）到其他全部结点（B、C、D、E）的最短路径。
路由选择算法的分类

1. 静态路由选择
静态路由选择，也叫非自顺应路由选择，其特点是简朴和开销较小，但不能实时顺应网络状态的变化。实用于简朴的小网络，通过人工配置每条路由实现。
2. 动态路由选择
动态路由选择，也叫自顺应路由选择，其特点是可以或许顺应网络状态的变化，但实现较为复杂，开销也较大。实用于复杂的大网络。例如，动态路由选择算法可以根据网络中实时的通信量和拓扑结构的变化，主动调整路由表，以确保数据包可以或许通过最优路径到达目的地。
分条理的路由选择协议

互联网采用分条理的路由选择协议，主要分为两个类别：
1. 内部网关协议（Interior Gateway Protocol, IGP）
在一个自治系统内部利用的路由选择协议，如RIP和OSPF。
2. 外部网关协议（External Gateway Protocol, EGP）
在差别自治系统之间利用的路由选择协议，如BGP-4。
路由信息协议（RIP）

1. 隔断向量路由选择算法
RIP是一种分布式的基于隔断向量的路由选择协议。其要点如下：

每个结点维护一个隔断向量，记录本结点到全部目的结点的最短隔断。
当与相邻结点的隔断发生变化，或收到相邻结点发送的隔断向量时，更新本身的隔断向量。
当隔断向量发生变化时，向相邻结点广播本身的隔断向量。

例如，假设有三个路由器R1、R2和R3，初始状态下每个路由器只知道与相邻路由器之间的隔断。经过若干次更新后，全部路由器最终都会知道到达任何一个路由器的最短隔断。
2. RIP的工作过程

周期性更新：路由器每隔约30秒向全部相邻路由器发送路由更新报文，并接收相邻路由器发送的路由更新报文。
报文处理：对收到的路由更新报文进行处理，修改项目中的“下一跳”字段和“隔断”字段，然后更新路由表。
故障处理：若一段时间内没有收到某条路由项目的更新报文，则将该路由项目记为无效。

3. 坏消息传播得慢
RIP的一个缺点是坏消息传播得慢。当网络出现故障时，需要较长时间才气将此信息通报到全部路由器。这是RIP的主要缺点之一。
例如，假设有两个路由器R1和R2，R1毗连网络1和网络2，R2毗连网络2和网络3。如果R1到网络1的链路出现故障，R1需要将此信息传播给R2。然而，由于RIP的坏消息传播得慢，R2大概会在很长一段时间内误以为可以通过R1到达网络1。

内部网关协议：OSPF

1. 链路状态路由选择算法
OSPF（Open Shortest Path First）是一种基于链路状态的路由选择协议。其要点如下：

链路状态广播：每个路由器都向全部其他路由器通告其链路状态。
链路状态数据库：每个路由器都维护一个链路状态数据库，记录网络中全部链路的状态。
Dijkstra算法：每个路由器利用Dijkstra算法盘算到全部其他路由器的最短路径。

2. OSPF的工作过程

链路状态更新：路由器向全部其他路由器发送链路状态更新报文，包罗其全部链路的状态信息。
链路状态数据库更新：路由器接收到链路状态更新报文后，更新其链路状态数据库。
最短路径盘算：路由器利用Dijkstra算法盘算到全部其他路由器的最短路径，并更新路由表。

例如，假设有四个路由器R1、R2、R3和R4，每个路由器都有若干链路相连。每个路由器会向其他路由器通告其链路状态，全部路由器维护一个类似的链路状态数据库。然后，每个路由器利用Dijkstra算法盘算到全部其他路由器的最短路径。

3. OSPF的优缺点

长处：由于OSPF采用链路状态算法，它能敏捷顺应网络拓扑的变化，收敛速率快。别的，OSPF支持可变长子网掩码（VLSM）和区域分别，适合大规模复杂网络。
缺点：实现复杂，配置和维护需要较多的专业知识和经验。

4. OSPF的区域分别
OSPF引入了区域（Area）的概念，将一个自治系统（AS）分别为多个区域。区域之间通过骨干区域（Area 0）互连。如许做的好处是减少了路由表的大小和链路状态更新报文的传播范围，减少了网络的开销。
外部网关协议：BGP

1. 路径向量路由选择算法
BGP（Border Gateway Protocol）是一种基于路径向量的路由选择协议。其要点如下：

自治系统之间的路由选择：BGP主要用于差别自治系统之间的路由选择。
路径向量：每个BGP路由器维护一个路径向量，记录到达每个目的网络的路径。
路径属性：BGP路由器根据路径属性选择最优路径，如路径长度、下一跳、自治系统路径等。

2. BGP的工作过程

路径通告：BGP路由器向相邻BGP路由器通告其路径向量。
路径选择：BGP路由器根据路径属性选择最优路径，更新其路径向量。
路径更新：BGP路由器向相邻BGP路由器通告其新的路径向量。

例如，假设有两个自治系统AS1和AS2，AS1中的BGP路由器需要选择一条路径到达AS2中的某个网络。AS1中的BGP路由器会根据路径属性，如路径长度、下一跳、自治系统路径等，选择最优路径，并将其通告给相邻的BGP路由器。

3. BGP的优缺点

长处：BGP可以或许处理非常大的网络，实用于互联网如许的大规模分布式网络。它提供了灵活的路径选择机制，可以或许根据多种属性选择最优路径。
缺点：BGP的配置和维护较为复杂，需要专业的网络知识和经验。由于其收敛速率较慢，在网络拓扑发生变化时，大概导致较长时间的路由不稳固。

4. BGP的路径属性
BGP利用多个路径属性来选择最优路径，包罗：

AS-PATH：记录路径经过的自治系统序列，用于防止环路。
NEXT-HOP：下一跳路由器的IP地址。
LOCAL-PREF：本地优先级，用于选择出口路由。
MED（多出口鉴别） ：用于在差别自治系统之间进行路由选择。

5. BGP的应用场景
BGP主要用于互联网服务提供商（ISP）之间的路由选择，以及大型企业网络与ISP之间的路由选择。它可以或许处理复杂的路由计谋和路径选择，是互联网的焦点路由协议。
互联网中的实际应用

在实际的互联网中，路由选择协议的选择和配置非常重要。差别的网络环境和需求大概需要差别的路由选择协议。例如，一个小型企业网络大概利用RIP，而一个大型企业网络或ISP大概利用OSPF和BGP的组合。
总结

通过本文的先容，我们了解了互联网中几种常用的路由选择协议及其路由选择算法。理想的路由选择算法应具备准确性、盘算简朴、自顺应性、稳固性、公平性和最佳性。互联网采用分条理的路由选择协议，主要分为内部网关协议和外部网关协议。RIP作为一种基于隔断向量的路由选择协议，固然实现简朴，但也存在坏消息传播得慢的缺点。OSPF作为一种基于链路状态的路由选择协议，可以或许更好地顺应网络状态的变化。BGP作为一种基于路径向量的路由选择协议，主要用于差别自治系统之间的路由选择。
图文来源：《盘算机网络教程》第六版微课版

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