摘 要 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議的選擇至關(guān)重要，它直接影響到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，而路由協(xié)議的選擇又相當(dāng)復(fù)雜。本文主要介紹幾種常用路由協(xié)議的工作原理，并對(duì)各種協(xié)議的特點(diǎn)進(jìn)行分析、比較，以幫助網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能夠正確地選擇路由協(xié)議。

　　關(guān)鍵詞 路由協(xié)議 靜態(tài)路由 動(dòng)態(tài)路由

1 概述

　　路由分為靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由，其相應(yīng)的路由表稱為靜態(tài)路由表和動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂?，由此得到?dòng)態(tài)路由表。

　　根據(jù)路由算法，動(dòng)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?！　「鶕?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(gè)簡(jiǎn)單的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，在處理選路循環(huán)和設(shè)置選路策略時(shí)，具有明顯的缺點(diǎn)，目前已被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(shí)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。

2 靜態(tài)路由

　　靜態(tài)路由表在開(kāi)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(jiǎn)單的環(huán)境。靜態(tài)路由具有以下特點(diǎn)：

　　· 靜態(tài)路由無(wú)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(gè)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(tái)路由器通信時(shí)，其路由配置更為復(fù)雜。

3 動(dòng)態(tài)路由

　　 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分為距離向量路由協(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。

　　1. 距離向量（DV）協(xié)議

　　 距離向量指協(xié)議使用跳數(shù)或向量來(lái)確定從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)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(shí)：

　　· 當(dāng)路由器不能直接從連接的路由器收到路由更新時(shí)；

　　· 當(dāng)路由器從鄰居收到一個(gè)更新，通知它網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)地方拓?fù)浒l(fā)生了變化。

　　在小型網(wǎng)絡(luò)中（少于100個(gè)路由器，或需要更少的路由更新和計(jì)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(shí)，該算法計(jì)算新路由的收斂速度極慢，而且在它計(jì)算的過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)處于一種過(guò)渡狀態(tài)，極可能發(fā)生循環(huán)并造成暫時(shí)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(shí)，距離向量算法對(duì)此視而不見(jiàn)。

　　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(shí)，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(méi)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(shí)間、支持VLSM（可變長(zhǎng)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(huì)話期間通過(guò)交換Hello包（也叫鏈路狀態(tài)信息）創(chuàng)建對(duì)等關(guān)系，這種關(guān)系加速了路由的收斂。

　　不像距離向量路由協(xié)議那樣，更新時(shí)發(fā)送整個(gè)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(shí)間內(nèi)發(fā)出（通常為30min到2h）。

　　3. 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議和距離向量路由協(xié)議的比較

4 常用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的分析

4.1 RIP

　　RIP（路由信息協(xié)議）是路由器生產(chǎn)商之間使用的第一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，是最廣泛的路由協(xié)議，在所有IP路由平臺(tái)上都可以得到。當(dāng)使用RIP時(shí)，一臺(tái)Cisco路由器可以與其他廠商的路由器連接。RIP有兩個(gè)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是族類路由（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，是非族類路由（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(méi)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(guò)RIP互聯(lián)；

· 配置簡(jiǎn)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(jiǎn)單，但在路徑較多時(shí)收斂速度慢，廣播路由信息時(shí)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(duì)簡(jiǎn)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

　　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(kāi)發(fā)的，是一種動(dòng)態(tài)的、長(zhǎng)跨度（最大可支持255跳）的路由協(xié)議，使用度量（向量）來(lái)確定到達(dá)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最佳路由，由延時(shí)、帶寬、可靠性和負(fù)載等來(lái)計(jì)算最優(yōu)路由，它在同個(gè)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(duì)IGRP的網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時(shí)、可靠性和負(fù)載進(jìn)行權(quán)重設(shè)置，以影響度量的計(jì)算。

　　像RIP一樣，IGRP使用UDP發(fā)送路由表項(xiàng)。每個(gè)路由器每隔90s更新一次路由信息，如果270s內(nèi)沒(méi)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(shí)間更長(zhǎng)，但傳輸路由信息所需的帶寬減少，此外，IGRP的分組格式中無(wú)空白字節(jié)，從而提高了IGRP的報(bào)文效率。但I(xiàn)GRP為Cisco公司專有，僅限于Cisco產(chǎn)品。

4.3 EIGRP

　　 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶需求的增長(zhǎng)，原來(lái)的IGRP已顯得力不從心，于是，Cisco公司又開(kāi)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(zhǎng)處，同時(shí)加入散播更新算法（DUAL）。

　　EIGRP具有如下特點(diǎn)：

　　· 快速收斂。快速收斂是因?yàn)槭褂昧松⒉ジ滤惴?，通過(guò)在路由表中備份路由而實(shí)現(xiàn)，也就是到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的最小開(kāi)銷和次最小開(kāi)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(kāi)銷的路由不可用時(shí)，快速切換到次最小開(kāi)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(shí)間就交換一次路由信息，它僅當(dāng)某個(gè)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(shí)，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(duì)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(zhǎng)子網(wǎng)掩碼。

　　· IGRP和EIGRP可自動(dòng)移植。IGRP路由可自動(dòng)重新分發(fā)到EIGRP中，EIGRP也可將路由自動(dòng)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支持三種可路由的協(xié)議（IP、IPX、AppleTalk）。

　　· 支持非等值路徑的負(fù)載均衡。

　　· 因EIGIP是Cisco公司開(kāi)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(shí)，不能使用EIGRP

4.4 OSPF

　　開(kāi)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(kāi)發(fā)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議，由IETF開(kāi)發(fā)并推薦使用。OSPF協(xié)議由三個(gè)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(kù)信息；擴(kuò)散協(xié)議完成各路由器中路由數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)內(nèi)表示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這極大地減少了收斂時(shí)間，并且支持大型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，提供了一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間通過(guò)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(cuò)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(yàn)證，只有互相通過(guò)路由驗(yàn)證的路由器之間才能交換路由信息；并且可以對(duì)不同的區(qū)域定義不同的驗(yàn)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(gè)非族類路由協(xié)議，路由信息不受跳數(shù)的限制，減少了因分級(jí)路由帶來(lái)的子網(wǎng)分離問(wèn)題。

　　· OSPF支持VLSM和非族類路由查表，有利于網(wǎng)絡(luò)地址的有效管理。

　　· OSPF使用AREA對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層，減少了協(xié)議對(duì)CPU處理時(shí)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(jí)的距離向量路由協(xié)議。

　　在BGP網(wǎng)絡(luò)中，可以將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)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(gè)互相連接的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成。每個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或ISP必須定義一個(gè)自治系統(tǒng)號(hào)（ASN）。這些自治系統(tǒng)號(hào)由IANA（Internet Assigned Numbers Authority）分配。共有65535個(gè)可用的自治系統(tǒng)號(hào)，其中65512~65535為私用保留。當(dāng)共享路由信息時(shí)，這個(gè)號(hào)碼也允許以層的方式進(jìn)行維護(hù)。

　　BGP使用可靠的會(huì)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(gè)入口和一個(gè)出口的網(wǎng)絡(luò)。

2. 轉(zhuǎn)接AS（Transit AS）

當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)AS到另一個(gè)AS時(shí)，必須經(jīng)過(guò)Transit AS。

　　如果企業(yè)網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)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(guò)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虼薆GP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(gè)路由器開(kāi)始通信以交換動(dòng)態(tài)路由信息時(shí)，使用TCP端口179，他們依賴于面向連接的通信（會(huì)話）。

　　BGP必須依靠面向連接的TCP會(huì)話以提供連接狀態(tài)。因?yàn)锽GP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(yàn)會(huì)話是否Active）。標(biāo)準(zhǔn)的Keepalive是在電路上從一個(gè)路由器送往另一個(gè)路由器的信息，而不使用TCP會(huì)話。路由器使用電路上的這些信號(hào)來(lái)校驗(yàn)電路沒(méi)有錯(cuò)誤或沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電路?！　∧承┣闆r下，需要使用BGP：

· 當(dāng)你需要從一個(gè)AS發(fā)送流量到另一個(gè)AS時(shí)；

· 當(dāng)流出網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流必須手工維護(hù)時(shí)；

· 當(dāng)你連接兩個(gè)或多個(gè)ISP、NAP（網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)點(diǎn)）和交換點(diǎn)時(shí)。

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(shí)；

· 當(dāng)Internet只有一個(gè)連接時(shí)，使用默認(rèn)路由；

· 當(dāng)你的網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有足夠的帶寬來(lái)傳送所需的數(shù)據(jù)時(shí)（包括BGP路由表）。