路由选择技术［远大精品］.doc

目 录因特网的路由选择技术2前 言2第一章 路由选择概述31.1路由选择定义31.2 路由选择的组成41.2.1路径判定41.2.2交换过程41.3 路由选择算法51.3.1 路由选择算法设计目标51.3.2 路由算法类型61.4 路由选择计量标准71.5 路由传输协议和路由选择协议8第二章 选路信息协议（RIP）92.1 路由算法102.1.1 度量标准102.1.2 RIP报文格式102.1.3 性能和可靠性的改进：112.2 RIP协议的缺陷112.3 慢收敛问题的解决：132.3.1 水平分割更新技术（split horizon update）132.3.2 抑制技术（hold down timer）132.3.3 阻碍反转更新技术（poison reverse update）13第三章 开放最短路径优先协议 (OSPF)143.1 技术基础及SPF算法143.2 路由选择的分级：153.3 OSPF的其他特性173.3.1 服务类型选路（type of service routing）173.3.2 负载均衡功能（load balancing）173.3.3 鉴别机制（authenticated）173.3.4 支持多重接入（multi-access）183.3.5 虚拟网络拓扑结构183.4 OSPF设计规则19第四章 IGRP和E-IGRP协议204.1 IGRP协议204.1.1 IGRP协议的特性204.1.2 IGRP协议稳定性的保证机制214.2 E-IGRP协议214.2.1 E-IGRP特性介绍214.2.2 E-IGRP技术基础22第五章 边缘网关协议（BGP）245.1 背景2452 BGP路由环境分类245.3 BGP路由过程255.3.1 BGP的消息类型255.4 BGP的工作机制26第六章 Internet 路由选择策略276.1 路由协议所处的网络层次276.2 各种路由协议性能比较27RIP276.3 路由选择策略276.3.1 基于网络规模的路由策略286.3.2 基于收敛时间的选择策略306.3.3 基于带宽资源的策略306.3.4 对可变长子网掩码的支持316.3.5 基于负载平衡的策略31第七章 路由选择的优化337.1 地址聚合的应用337.2 采用约束为基础的路由37第八章 因特网路由设计示例39第九章 路由技术展望419.1 多协议标记交换技术（MPLS）419.2 线速路由交换机42参考书目44因特网的路由选择技术前 言21世纪将进入信息时代，信息高速公路将成为信息社会的主要传播媒体，因特网作为这项革命的推动力，近几年来急剧发展起来，用户已超过了6000万。由于因特网丰富的信息资源、灵活方便地信息存取方式，已越来越被人们所认同。因特网的连网概念是利用装有连网协议的路由器进行对等对话来选择路由，到达最终的目的地，因而路由选择是其核心技术。本论文对常用的内部网关路由协议RIP、OSPF、IGRP、E-IGRP及外部网关路由协议BGP的特性、优缺点进行了比较讨论，并在此基础上提出了一些因特网上的路由选择策略，对路由的优化配置也提出了一些方案，如路由聚合的使用等。最后，对当今最新的路由交换技术，如多协议标记交换（MPLS）技术、线速路由交换机作了简单的介绍。第一章 路由选择概述1.1路由选择定义 路由选择是指选择通过互连网络从源节点向目的节点传输信息的通道，而且信息至少通过一个中间节点。路由选择工作在OSI参考模型的网络层。1.2 路由选择的组成 路由选择包括两个基本操作，即最佳路径的判定和网间信息包的传送（交换）。两者之间，路径的判定相对复杂。 1.2.1路径判定 在确定最佳路径的过程中，路由选择算法需要初始化和维护路由选择表（routing table）。路由选择表中包含的路由选择信息根据路由选择算法的不同而不同。一般在路由表中包括这样一些信息：目的网络地址，相关网络节点，对某条路径满意程度，预期路径信息等。 路由器之间传输多种信息来维护路由选择表，修正路由消息就是最常见的一种。修正路由消息通常是由全部或部分路由选择表组成，路由器通过分析来自所有其他路由器的最新消息构造一个完整的网络拓扑结构详图。链路状态广播便是一种路由修正信息。1.2.2交换过程 所谓交换指当一台主机向另一台主机发送数据包时，源主机通过某种方式获取路由器地址后，通过目的主机的协议地址（网络层）将数据包发送到指定的路由器物理地址（介质访问控制层）的过程。通过使用交换算法检查数据包的目的协议地址，路由器可确定其是否知道如何转发数据包。如果路由器不知道如何将数据包转发到下一个节点，将丢弃该数据包；如果路由器知道如何转发，就把物理目的地址变换成下一个节点的地址，然后转发该数据包。在传输过程中，其物理地址发生变化，但协议地址总是保持不变。下图给出了交换过程： 源主机PC目的主机地址（协议地址） 路由器1（物理地址） 数据包 到目的主机地址（协议地址） 路由器2（物理地址） 路由器1 数据包 路由器2 数据包 到目的主机地址（协议地址） 路由器3（物理地址）+ 路由器3 数据包到目的主机地址（协议地址）到目的主机地址（物理地址） 目的主机PC1.3 路由选择算法 各种路由算法不尽相同，主要是由于：首先，算法设计者的设计目标会影响路由选择协议的运行结果；其次，现有的各种路由选择算法对网络和路由器资源的影响不同；最后，不同的计量标准也会影响最佳路径的计算结果。1.3.1 路由选择算法设计目标1 最优性 最优性指路由选择算法选择最优路径的能力，最优路径取决于计量标准和用于计量的权值。2 简易性和低开销 所谓简易性和低开销指必须用最少的软件和最低的开销来提供最有效的功能。3. 强壮性和稳定性 强壮性和稳定性意味着路由选择协议必须在出现异常情况或突发事件时（如硬件故障，高负载状态和不正确操作）也能正常运行。稳定性则要求其能运行于各种不同的网络环境中，并且有良好容错性。4. 快速收敛性 所谓收敛是指所有路由器在最佳路径上取得一致的过程。当路由器发送修正路由消息，该消息在网络上传播，引发路由器重新计算最优路由，并最终促使所有路由器承认新的最优路由，这就是路由收敛的过程。如果路由选择算法收敛过慢，会导致路由循环或网络发生故障。5. 灵活性 灵活性要求路由选择算法能迅速准确地适应网络环境（如网络带宽、路由器队列大小、网络延迟）的变化。1.3.2 路由算法类型( 1 ) 静态和动态路由选择算法静态路由选择算法严格来说并不是一种算法，而是由网络管理员在路由选择前就已手工建立了映射表。九十年代以来，大多数优秀路由选择算法都是动态的，通过分析接收的路由修正消息来适应网络环境的变化。但静态路由选择算法也可以弥补动态路由选择算法的某些不足，如可以指定一些无法选择路由的数据包转发到某个指定的路由器，以保证所有数据包都得到处理。( 2 ) 单路径和多路径路由选择算法一些复杂的路由选择协议支持多路径到达同一目的节点，多路径路由算法允许信息流在多条链路上进行复用，从而提高了数据吞吐率和可靠性，如OSPF，EIGRP协议。( 3 ) 平面和分层路由选择算法在平面路由选择算法中，所有路由器是对等的，而在分层路由选择算法中，路由器被划分成主干路由器和非主干路由器。分层路由类似于公司的组织结构。它将路由系统划分为自治系统、区域等逻辑节点。处于系统顶层的是主干路由器，域内的路由器只要了解本域的路由器，域之间来自非主干路由器的数据包先被传送到主干路由器中，再由主干路由器传送至目的节点，这样有效的减少了域之间的路由修正信息的广播。( 4 ) 主机智能和路由器智能路由选择算法 在主机智能路由算法中，源节点决定整个发送路由，路由器仅是一个存储和转发设备，这种方式又叫源路由选择（source routing）。而路由器智能则是由路由器根据自己计算的结果来确定互连网络上的路径，现在我们所使用的路由器大多采用该种算法。( 5 ) 内部网关和外部网关路由协议 这是根据路由选择协议运行的区域加以划分，内部网关路由协议包括RIP、OSPF、IGRP、E-IGRP、IS-IS等；外部网关路由协议包括BGP等。( 6 ) 链路状态路由选择算法和距离向量路由选择算法 链路状态（link state）路由选择算法将路由选择信息发送至互连网络的所有节点上，每个路由器只能传递描述其自身链接状态的那部分路由选择表。而距离向量（distance vector ）路由选择算法（也称作Bell-Man算法）要求每个路由器将路由选择表的全部或部分传送到与其向邻的路由器中。实际上，链路状态路由选择算法只传送小部分的更新信息，而距离向量路由选择算法将大部分或全部的更新信息传送到与其向邻的路由器中。由于链路状态路由选择算法收敛速度较快，因此，它比距离向量路由选择算法更易避免路由循环。但因链接状态路由选择算法需要占用更多的CPU和内存资源，故比距离向量路由选择算法难以支持和实现。1.4 路由选择计量标准 路由选择算法使用许多不同的计量标准确定最优路由。常用的计量标准有如下几种： ( 1 ) 路径长度（path length） 路径长度是最普遍的一种计量标准。在路由选择协议允许网络管理员为每个网络链路分配任意权值的情况下，路径长度是指所经过的每条链路的权值之和，采用这种方式的有OSPF协议。当路由选择协议定义了站点数目的情况下，路径长度指数据包从源节点到目的节点过程中通过网络产品（如路由器）的数目。这种方式的典型协议有RIP协议。 ( 2 ) 可靠性（reliability） 可靠性指每个网络链路的可靠性，即网络链路是否容易出故障，出故障是否容易恢复。通常用比特-错误率描述。网络管理员可以为每条链路分配不同的可靠性等级。( 3 ) 路由选择延迟（routing delay） 路由选择延迟指的是通过互连网络从源节点向目的节点发送数据包所需的时间。延迟时间取决于诸多因素，其中包括网络链路的带宽及网络堵塞程度、沿途每个路由器端口的队列和传输的物理距离等。延迟时间是一种应用最广泛最有用的计量标准。( 4 ) 带宽（bandwidth） 带宽指链路传输信息流容量的能力。但带宽大并不意味着路由就好，如果链路非常忙，则通过它向目的节点传送数据包所需时间可能会更长。( 5 ) 负载（load） 负载指网络资源的繁忙程度，可用多种不同方式计算，包括CPU利用率和每秒处理数据包的次数。( 6 ) 通信开销（communication cost） 通信开销指传输数据包的费用，尤其是公司关心运行费用胜过运行性能时，这是一种重要的计量标准。1.5 路由传输协议和路由选择协议 路由传输协议(Routed Protocol)指互连网络上进行路由传输的协议，如IP，DECnet , AppleTalk , Novell NetWare , OSI ,Xerox NS等。 路由选择协议(Routing Protocol)指那些执行路由选择算法的协议，即控制数据包选路的协议，如RIP，OSPF，IGRP，E-IGRP，BGP，IS-IS等。本文将重点讨论此类协议的特点及应用策略。 需要注意的是，在IP路由选择中，每个节点只将数据包向前传送，而不管它是否能到达目的地，也就是说，在路由选择时，路由选择协议不向源节点提供差错报告，这项工作由网间控制信息协议（ICMP）来完成。第二章 选路信息协议（RIP） RIP来源于加利福尼亚伯克利分校设计的routed(路由守护神)程序，因将其附加在流行的4BSD UNIX 系统上一起分发，从而使得许多TCP/IP网点更本没考虑其技术上的优劣就采用了routed并开始使用RIP协议。2.1 路由算法 RIP协议的基础就是基于本地网的距离矢量算法而实现的。它将通信的机器分为主动的（active）和被动的（passive/silent）。主动路由器向其他相邻路由器通告其路由，发送全部或部分路由表信息，而被动路由器接收通告并在此基础上更新其路由，它们自己并不通告路由。只有路由器能以主动方式使用RIP，而主机只能使用被动方式。 当路由器以主动方式运行RIP协议时，它将每隔30秒广播一次报文，该报文包含了路由器当前的选路数据库中的信息。每个报文由序偶构成，每个序偶包括一个IP网络地址和一个代表到达该网络的距离的整数构成。运行RIP协议的主动机器和被动机器都要监听所有的广播报文，并根据距离矢量算法来更新其路由表。2.1.1 度量标准 RIP使用跳数度量（hop count metric）来衡量到达目的地站点的距离。在RIP度量标准中，将路由器到它直接相连的网络的跳数定义为1。因此从给定原站到目的站的一条路径的跳数（number of hops/hop count）对应于数据报沿该路径传输时所经过的路由器数。RIP中跳数的取值范围为116，16表示无穷大。 2.1.2 RIP报文格式0 8 16 24 31 命令（1-5） 版 本 必为零 网1的协议族 必为零 网1的IP地址 必为零 必为零 至网1距离 网2的协议族 必为零 网2的IP地址 必为零 必为零 至网2距离 2.1.3 性能和可靠性的改进：1. 为防止路由在两个或多个费用相等的路径之间振荡不定，RIP规定在得到费用更小的路由之前保留原有的路由不变。即当路由器收到另一个路由器传来的路由时，它将保留该路由直到收到更好的路由。2. RIP规定所有收听者必须对通过RIP获得的路由设置定时器。当路由器在路由表中安置新的路由时，也应设置计时器。当该路由器又收到关于该路由的另一个广播报文后，定时器也要重新设置。如果经过180秒后还没有下一次该路由的通告，它就变成了无效路由。这种设置定时器的方式，使得运行RIP协议的路由器能够及时检测到网络上的其他路由器是否发生故障（如崩溃）及对路由表完成更新操作。2.2 RIP协议的缺陷RIP协议的距离矢量算法和度量标准决定了其以下几个缺点：1 使用跳数来衡量最短路径并不一定能得到最佳结果，这种方法仅仅是对路由耗费的粗略衡量。当某条路由的跳数较小，但传输耗费较大，RIP协议仍会选择该路由，这时RIP就失败了。例如：一条经过三个以太网的跳数为3 的路径，可能比经两条低速串行线的跳数为2 的路径快的多。2 RIP协议规定了其路由的跳数最大为15，这大大限制了网络的规模和协议的使用范围。因此，对那些实际跳数在16左右的互连网络，管理者要么把他们划分为若干部分，要么采用其他协议，以使得用较小的跳数来防止出现的不稳定现象。3 RIP 协议所使用的距离矢量算法会产生慢收敛（slow convergence）和无限计数（count of infinity）问题，从而引发各路由器的路由表不一致。 图1 慢收敛问题 如图1，现假设（b）中R1到网络2的连接失败，那么R1立即更新了它的选路表把该路由的距离设置为16（无穷大）。在下一次广播时，R1应通告这一消息，但可能其他路由器在R1广播之前就广播了其路由。如（b）中假设R2正好在R1与网络2连接失败时通告其路由，因此R1就会收到R2的报文，并使用通常的距离矢量算法：它注意到R2有到达网络2的费用更低的路由，计算出到达网络2需要3 hops,然后在路由表中装入新的通过R2到达网络2的路由，而R2中仍是通过R1到达网络2的路由。这样的话，R1和R2中的任一个路由器收到去网络2的数据报之后，就会把该报文在两者之间来回传送直到其寿命计时器超时溢出。这就是由于RIP的慢收敛所引起的选路的环路。4 由于距离矢量算法要求每个路由器发送全部或部分路由表信息，这使得每次广播的报文信息量较大，耗费了大量宝贵的带宽，使RIP协议在广域网上的工作效率极低。即便不出现广播雪崩，周期性的广播也会导致网络流量随路由器的增加而急剧增长；同时，在广域网中，抑制时间可能太长，使得高层协议使用的定时器超时从而中断连接。2.3 慢收敛问题的解决：2.3.1 水平分割更新技术（split horizon update） 为了防止路由选路的环路问题，我们引入了水平分割更新技术。在使用水平分割技术时，路由器记录下收到各路由的接口，而当此路由器通告路由时，就不会把该路由再通过那个接口送回去。如图1，路由器R2不会把它到网络2的距离为2的路由再通告给R1，因此当R1与网络2连接失败，它就不会再通告该路由。经过几轮选路更新后，所有的机器都会知道网络2不可到达。 2.3.2 抑制技术（hold down timer）抑制技术迫使参与协议工作的路由器，在收到关于某网络不可到达的信息后的一段固定时间内，忽略任何关于该网络的路由信息，用于防止周期性的路由更新信息恢复某条已失效的路由。这段抑制时间的典型长度是60秒。该技术的思想是等待足够的时间以便确信所有的机器都收到坏消息，从而避免错误的接收内容过时的报文。发生这种情况的原因是未收到网络故障信息的设备向一个已收到网络故障信息的设备发定期的路由更新信息。因此，必须设置网络的阻停时间略长于更新整个网络路由信息的时间。抑制技术的缺点是：如果出现了选路回路，那么在抑制期间内这些回路仍会维持下去，更严重的是，在抑制期内所有不正确的路由也保留了下来，即便是有替代路由的存在。2.3.3 阻碍反转更新技术（poison reverse update） 当一条连接消失后，路由器在若干个更新周期内都保留该路由，但是在广播路由时则规定该路由的费用为无限长。为提高阻碍反转更新技术的效率，它应该与触发更新技术结合。触发更新技术使得路由器在收到坏消息后就立即进行广播，而不必等到下一个广播周期。这样就减少了因相信好消息而容易出错的时间。第三章 开放最短路径优先协议 (OSPF) 开放最短路径优先协议（OSPF）是由网间工程任务组织（IETF）的内部网关协议（IGP）工作组为IP网络而开发的一种路由协议。OSPF是在80年代中期创立的，当时RIP已不能适应大规模、异构的网络。OSPF的设计克服了RIP协议的许多限制，如：缺乏稳定性、慢收敛及路由环路等问题。顾名思义，OSPF有两个主要特征：第一是它的开放性，OSPF协议是面向大众的，其协议规范由RFC（Request for Comments）1247规定；第二个特性是它是基于SPF算法的协议，SPF算法又称为Dijkstra算法。3.1 技术基础及SPF算法OSPF是基于链路状态的路由选择协议，它要求每个路由器将链路状态通告LEA（Link Status Advertisement）发送到相同层次域内的所有其他路由器。有关连接接口、所用连接标准及其他变量信息都包含在LEA中。采用OSPF协议的路由器首先必须接收有关的链路状态信息，并通过累加链路状态信息，利用SPF算法计算到达每个节点的最短路径。与RIP协议相比，后者是基于距离矢量的路由选择协议，其执行距离矢量算法的路由器将全部路由选择表放在路由选择更新消息中发送给其他相邻的路由器。SPF路由算法是OSPF操作的基础，当某个SPF路由器上电后，它首先初始化其路由协议的数据结构，然后就等待驱动其接口的低层协议。一旦路由器判定其接口已被驱动，它就用OSPF的问候协议来查询其邻接路由器，这里的邻接路由器是指那些与公共网络有接口的路由器。路由器向其邻接路由器发送问候报文，并接收其邻接路由器的问候报文。除了用于查询其邻接路由器外，问候报文还可用于让路由器知道其他的路由器目前是否在多路访问网络中，问候报文将选定一个指定路由器DR(Design Router)或一个备份路由器BDR（Backup Designated Router）。指定路由器负责整个多路访问网络的LSA的产生。 在网络中，指定路由器拥有最高的优先极。指定路由器的建立降低了网络的通信流量，减少了拓扑数据库的容量。当两个相邻路由器的链路状态同步时，这两个路由器被称为“毗连的”（Adjacent）。在多路访问网络中，由指定路由器来决定哪两个路由器是毗连的。拓扑数据库在每对相毗连的路由器间同步，毗连的路由器控制路由协议报文的发布，这些报文仅在毗邻的路由器上发送接收。每个路由器周期性地发送一个LSA，在路由器状态发生变化时也发送LSA。LSA包括毗连的路由器的信息，通过将毗连路由器与链路状态相比较，可以迅速发现出故障的路由器，并及时改变网络的拓扑。利用LSA产生的拓扑数据库，每个路由器都可以以本身为根节点，计算出一个最短路径树，利用最短路径树，就可以产生路由表。3.2 路由选择的分级： 与RIP协议不同，OSPF协议在同一层次内进行路由选择。 同一层次内最大的实体就是自治系统（AS）。AS是一个具有共同管理者，并共享同一种路由选择策略的网络的集合。在自治系统中，可将相邻的网络及主机划分为若干个称为区域（Area）的子集，每个区域是自封闭的（selfcontained），区域的拓扑对于该区域外的实体来说是不可见的。因此，在给定网点上的多个区域保留独立地改变其内部网络拓扑结构的能力的前提下，还能相互合作，利用OSPF来选择路由。同时，区域内路由器交换各自路由信息，区域间通过主干路由器完成路由更新信息的传送，这样减少了参与路由更新的路由器及广播的信息量，由于保持了区域拓扑的独立性，OSPF的路由选择交换量比AS未被分割时小。相比之下，RIP协议每一站点的路由改变，其路由更新消息将触发所有路由器的路由更新。 根据源地和目的地是否在同一区域，OSPF路由选择可分为两种类型：区域内部路由选择和区域间路由选择。一个拓扑数据库实际上可看作是反应路由器间相互关系的一张全局的网络结构图。拓扑数据库包括从同一区域内的所有路由器收到的LSA的集合，由于同一区域内的路由器共享同样的信息，因此，它们有一致的拓扑数据库。区域边界路由器不但为每个区域维护单独的拓扑数据库，而且负责在两个区域间分布路由选择信息。可将运行OSPF协议的网络中的路由器分为四类：1 内部路由器：属于同一区域内，并与网络直接相连的路由器的集合。2 区域边界路由器ABR（Area Border Router）：用以与其他区域交换路由信息的路由器，应保证其与主干路由器相连。3 OSPF主干负责在不同区域发布路由信息，它包括所有的区域边界路由器、不完全包括在任何区域内的网络、及与它们相连的路由器。4 自治系统边界路由器（ASBR）：用以与其他自治系统交换路由信息的路由器。下图是一个具有几个区域的互连网系统的例子。在该图中，路由器R4、R5、R6、R10、R11和R12组成了整个网间系统的主干。如果区域3中的主机H1想向区域2中的主机H2发送一个报文，则该报文首先发送到路由器R13，路由器R13接着将该报文发送到路由器R12，并由路由器R11沿着主干发送到边界路由器R10，最后路由器R10通过两个区域内路由器，即路由器R9和路由器R7最终发送到主机H2。 图2 分级OSPF互连网 主干本身也是OSPF的一个区域， 同样，主干的拓扑对于所有其他区域内的路由器来说也是不可见的。不相邻的路由器也可被定义为属于同一区域的主干。在这种情况下，主干的连通性用虚链路表示，虚链路可以建立在任意两个主干路由器之间，用于共享一条到非主干区域的链路，就好象它们是直接相连的。 对于不同自治系统间的外部路由，运行OSPF的AS边境路由器要通过外部网关协议进行路由，这些外部协议包括外部网关协议（EGP）和边缘网关协议（BGP）。3.3 OSPF的其他特性3.3.1 服务类型选路（type of service routing） 管理者能够为到某个目的站点规定若干条路由，每一条对应于一种服务类型（如低时延或高吞吐）。 运行OSPF协议的路由器使用IP首部的目的站点地址和服务类型字段的内容来为数据报选择路由。OSPF是首批提供按服务类型选路功能的IP协议之一。3.3.2 负载均衡功能（load balancing） 如果管理者对到某个目的站规定了若干条费用相同的路由，OSPF把通信量均匀分配给这几条路由。OSPF是首批提供负载均衡功能的开放式IGP之一，而RIP协议仅为每个目的站点计算一条路由。3.3.3 鉴别机制（authenticated） 让我们设想这样一种情况，在没有鉴别机制的RIP协议中，如果一个怀有恶意的人使用个人计算机广播了一条费用很底的路由报文，那么运行RIP协议的路由器和主机就会更改它们的路由表，从而数据报都被传送到了这台PC。 为了避免这种情况，OSPF提出了鉴别机制，用以保证“只有可信赖的路由器才能广播选路信息”。OSFP协议支持各种鉴别机制，而且允许各区域之间的鉴别机制互不相同。3.3.4 支持多重接入（multi-access）为适应可多重接入的网络（如以太网），OSPF扩展了SPF算法。OSPF让每个可多点接入的网络都代表网络上的所有链路，向连接在该网络上的每个路由器发送链路状态报文。3.3.5 虚拟网络拓扑结构 OSPF允许管理者描述一个从物理连接中舍弃细节而抽象出来的虚拟网络拓扑结构。例如，管理者可以在选路图上为两个路由器之间配上一条虚链路，而实际上这两个路由器之间的物理连接要通过整个网络进行通信。但虚链路的性能弱于普通链路，并且虚链路的建立增加了网络设计和配置的复杂性，因此，在OSPF中应尽量避免使用虚链路。3.3.6 OSPF允许路由器之间交换从其他（外部）网点得到的选路信息。一个或若干个连接到其他网点的路由器，在获得这些网点的信息后，在发送更新报文时可把这些信息包括进来。通过区域标识符来识别报文是来自外部还是内部的路由器，从而保证了路由的可靠性。3.3.7 OSPF协议支持特定主机（host-specific）路由、子网(sub-nets)路由和特定网络 (network-specific)路由。3.3.8 OSPF中的聚合链路配置 在同一区域内，必须保证各主机的IP地址是连续的，这样才能通过发送聚合LSA报文来表示整个区域的地址空间。通过发送聚合LSA报文，大大降低了各区域间路由器交换的信息量。下图是聚合链路配置前后的比较： No Summarization: Specific-Link LSA Summarization Hides Link Changes 在配置聚合链路路由后，如果链路状态发生改变并不需要通告给主干路由，也不会引起每个路由器都从新计算路由表。由此可见，聚合链路配置的好坏直接影响带宽、CPU和内存资源的占用情况。3.4 OSPF设计规则 在对基于OSPF协议的路由器组网配置中，应注意以下几个方面：1 每个区域的路由器数不应超过100，同一AS内区域数应少于28；2 主干路由的拓扑结构尽量简单，避免拥塞，并要保证其通信的可靠性；3 主干路由的直径尽可能减小；、4 使用totally stubby areas 方式，以提供与其他路由协议（如RIP）的路由互通性；、5 在区域边界路由器ABR间和各自治系统边界路由器间建立最优化的聚合链路。第四章 IGRP和E-IGRP协议4.1 IGRP协议内部网管路由选择协议（IGRP）是Cisco系统公司在八十年代中期开发的一种路由选择协议。内部网关路由协议是为那些具有任意复杂的拓扑结构、具有不同带宽和延迟特性的传输媒体的自治系统(AS)提供的一个可靠的路由方案。IGRP不仅可以运行于IP网络上，而且能运行于OSI无连接网络协议（CLNP）的网络中。 4.1.1 IGRP协议的特性 IGRP是一个基于距离向量算法的内部网关协议。 IGRP使用组合计量标准（向量），它将互连网络的延迟、带宽、可靠性和负载通过加权计入路由选择向量。IGRP既可以使用管理员设置的加权系数，也可以使用缺省的加权系数自动计算优化路由。IGRP为这些计量标准提供了一个很宽的选择范围，网络的可靠性和负载可用1255来衡量，带宽可在1200bps10Gbps之间，延迟可分为124个等级。网络管理员能通过设置这些权值因子来影响路由选择。IGRP允许多路径路由，两条同样带宽的线路可轮流传数据，如果一条线路关闭，它将自动切换到另一条线路。在路径量度标准不同的情况下，多路径路由仍可以使用，如：一条路径的计量标准比其他路径低三倍，那么它比其它路径好三倍，即它比其他路径的利用率高三倍。只有用最佳路由计量标准计算出的路径才能作为多路径使用。 IGRP协议利用计时器来控制路由选择，如更新计时器、无效计时器、占线计时器和清除计时器。更新计时器指定了路由更新消息发送的频率，IGRP更新周期为90秒。无效计时器指定一个路由器等待的时间，时间一过即宣布这个指定的路由无效，这一变量的缺省值三倍于更新周期，即270秒。占线时间变量为指定占线的期限，IGRP中缺省值为更新周期*3+10秒，即280秒。清除计时器指定了一个路由从路由选择表中被清除之前占线的时间，IGRP中该值默认为路由选择更新周期的七倍。4.1.2 IGRP协议稳定性的保证机制1. 阻停机制：用于防止周期性的路由更新信息恢复某条已失效的路由。发生这种情况的原因是未收到网络故障信息的设备向一个已收到网络故障信息的设备发定期的路由更新信息。因此，必须设置网络的阻停时间略长于更新整个网络路由信息的时间。这种方法与RIP协议中的抑制技术十分相似。2. 水平分割：用于防止相邻路由器间的路由循环。其原理及实现方法同于RIP协议中水平分割技术。3. 阻碍反转更新：水平分割可以在两个相连的路由器间防止路由选择循环，而阻碍反转更新则在克服更大的路由选择循环时是必要的。当路由选择计量标准的增长时容易导致路由选择循环，用阻碍反转更新可以除去这一路由，并将它设为阻止状态。4.2 E-IGRP协议为适应各种大规模网络互连的要求，Cisco公司在IGRP的基础之上于九十年代开发了E-IGRP协议。 E-IGRP将链路状态协议的性能集成到距离向量协议之中，合并了弥散修正法则（DUA）。E-IGRP与IGRP保持了良好的兼容性，提供了与IGRP路由器互操作的能力。自动重分发机制允许将IGRP路由器导入E-IGRP中，反之，将一个E-IGRP路由器加入到一个已存在的IGRP网络中也是可行的。并且，两个协议的计量标准也可以直接转换。4.2.1 E-IGRP特性介绍E-IGRP与其他协议相比，具有以下特点：1. 快速聚敛 运行E-IGRP的路由器存储所有与其相邻路由器的路由表，以快速适应路由的变化。路由时首先查本地路由表，若无正确路由信息，则查询邻接路由器，查询不断扩散直到找到合适路由。2. 支持可变长度的子网掩码 这一功能给网络管理员提供了更加灵活的子网划分方法。使路由器能根据网络号的边界自动汇总子网路由，E-IGRP还可在任意接口的任意比特位进行汇总配置。3. 部分的边界路由更新 与IGRP的周期发送路由更新信息不同，E-IGRP仅在量度更新时发送部分路由更新信息；部分路由更新信息在传播时将自动以需要更新路由信息的路由器为界，不再继续传播，有效地限制了路由广播。因此E-IGRP比IGRP节约带宽。4. 支持多种网络层协议 E-IGRP支持AppleTalk、IP和Novell NetWare等网络协议。AppleTalk通过路由选择表维护协议（RTMP）实施路由的重新分配；IP通过OSPF、RIP、IS-IS或BGP实施路由的重新分配；Novell则通过Novell RIP或服务发布协议（SAP）实施路由的重新分配。 4.2.2 E-IGRP技术基础 为了提供更强的路由选择功能，E-IGRP采用了以下几种新技术，它们综合了不同的路由选择技术：1 相邻路由器的发现或恢复路由器利用相邻路由器的发现或恢复技术动态获取与其直接相连的网络上的路由器的信息。通过定期发送低负载的小hello数据包，来发现相邻路由器是否可到达或不可操作，当某路由器收到相邻路由器发送的hello数据包，它便认为该路由器处于活动状态，并与其交换路由选择信息。2. 可靠的传输协议（RTP）可靠的传输协议负责为发送给相邻路由器的E-IGRP数据包排序，并确保其正确发送。RTP支持多目或单目数据包的混合传送，且仅对E-IGRP的数据包起可靠传输保证。为提高效率，RTP区分所发送的消息，如hello数据包则添加标志以通知接受者不需确认；其他数据包则要求确认。3. DUAL有限状态机E-IGRP协议路由计算的决策处理是通过DUAL有限状态机来实现的。DUAL使用距离信息来选择有效且无循环的路径，并为插入路由选择表选择路由，该路由选择表是基于可行的接任者而构造的。所谓可行的接任者是一个转发数据包的相邻路由器，通过它传输的路径是到目的地的最低开销，且保证不成为路由循环的一部分。正因采用了可行的接任者这种机制，当相邻的路由器改变了计量标准或当一个拓扑结构发生变化时，DUAL即可利用可行的接任者来转发路由，避免了对路由进行不必要的从新计算，大大节约了收敛时间。4. 协议支持模块协议支持模块负责指定相关的网络层协议。例如IP E-IGRP模块负责发送和接收以IP打包的E-IGRP报文，同时也负责分析E-IGRP报文，并将接收的消息通知DUAL，要求DUAL决定路由。第五章 边缘网关协议（BGP）5.1 背景BGP在TCP/IP网络中执行域间路由选择。BGP是一个对外网关协议（EGP），它假定自治系统内部的选路已经通过自治系统内的选路协议完成，这意味着它在自治系统或域间执行路由选择，并交换其他BGP系统的路由选择和可达性信息。BGP是侧重于确定地址路径的协议。开发BGP是为了替代它先前的产品，即已经过时的对外网关协议（EGP），BGP作为标准的对外网关路由协议已在全球互连网络上使用。BGP解决了EGP的一系列问题。现在BGP协议已发展到第四版BGP 4。52 BGP路由环境分类 BGP的路由选择执行可分为以下三种环境：l 自治系统间的系统路由选择l 自制系统内的系统路由选择l 通过自治系统的系统路由选择 自治系统间的系统路由选择发生在不同自治系统的两个或多个BGP路由器之间。在这些系统中，对等路由器利用BGP来维护互连网络拓扑结构的一致性。在自治系统间通信的BGP必须驻留在同一物理网络上。Internet就是一种使用这种路由选择的例证，BGP的使用有效地优化了路由路径的选择。自治系统内的系统路由选择发生在同一自治系统的两个或多个BGP路由器之间。在同一自治系统中，对等路由器利用BGP来维护互连网络拓扑结构的一致性。BGP用于指定哪一个路由器作为连接点，为特定的外部自治系统连接服务。Internet中也包括了自治系统内的系统路由选择部分，如一个组织（公司、大学）可以在自己的管理域或自治系统中利用BGP来提供优化的路由选择。通过自治系统的系统路由选择发生在两个或多个对等的BGP路由器之间，这些路由器在自治系统中交换数据，但不运行BGP。在一个自治系统环境中，BGP的交换不是发自自治系统内部，并且不会发到自治系统内部的节点上。BGP必须利用自治系统内的系统路由选择协议，通过自治系统传输BGP交换信息。下图是一个通过自治系统环境。5.3 BGP路由过程5.3.1 BGP的消息类型BGP协议的一个基本步骤就是在BGP路由器之间建立相邻体。所谓相邻体指相互间构成传送协议连接的两个BGP路由器。相邻体的成功建立取决于BGP报文的正确发送和处理。BGP报文有四种类型：l 打开报文（OPEN）l 更新报文（UPDATE）l 通告报文（NOTIFICATION）l 激活报文（KEEPALIVE）打开报文（OPEN）是在对等路由器之间打开一个BGP通信对话，建立传输协议连接之后双方发送的第一个报文。对等设备利用发送的激活报文验证打开报文，并且在交换、更新和激活报文之前验证。更新报文（UPDATE）为其他BGP系统提供路由选择更新信息，它允许路由器构造一个网络拓扑结构。在发送更新信息时，使用TCP确保传输的可靠性。更新报文可以从路由选择表中删除一个或多个无效路由，并且可以在删除其他路由的同时发布一个新路由。当监测到错误时，便发送通告报文（NOTIFICATION）。通告报文用于关闭一个激活的会话，并且通知其他已连接的路由器关闭会话的原因。激活报文（KEEPALIVE）通知BGP对等设备一个设备被激活，经常发送激活信息可避免会话到期而失效。5.4 BGP的工作机制BGP是用来在自治系统之间传递选路信息的路径向量协议。之所以称为路径向量，是因为在BGP选路信息中带有一个AS号码的序列，它指出一个路由已通过的路径。BGP把TCP作为它的传输协议（端口号179），这种做法保证了传输的可靠性，简化了BGP协议自身对传输的管理。当一个路由器新加入网络后，BGP路由器将交换它们全部的路由选择表。当网络信息改变时，就仅发送更新路由。BGP路由器不是定期发送路由选择更新消息，而且BGP路由选择更新消息只发布到网络的最佳路径。就CPU的开销及带宽分配而言，BGP所使用的路由增量更新技术显得十分优越。BGP使用一个单独的路由选择计量标准，该标准决定了一个已知网络的最佳路径。它包括一个随机的部件号，以指定一个特定连接的优先级。BGP计量值一般由管理员指定给每一个连接，它可以是路径通过的自治系统的数目、稳定性、速度、延迟或开销等。第六章 Internet 路由选择策略6.1 路由协议所处的网络层次 在OSI参考模型中，中继系统对应于下三层协议，即物理层、数据链路层、网络层。中继系统负责将用户端系统的数据准确、可靠地通过中继系统的通信线路传送到另一个用户端系统。作为中继系统中重要的网络互连设备之一的路由器，对应于OST模型的网络层，实现不同网络间分组的路由选择和存储转发。中继系统协议体系结构如图： IP OSI APPN DECnetAppleTalk 路由协议： RIP OSPFE-IGRP IS-IS BGP 网间传输协议： PPP HDLC X.25 帧中继 ATM 物理接口：RS-232RS-449X.21V.35 HSSI G.7036.2 各种路由协议性能比较路由协议算法类型更新机制计量标准功 能VLSMSumm RIPDistance Vector30 secHopsInterior RIPV2Distance Vector30 secHopsInterior IGRPDistance Vector90 secComp.Interior E-IGRPLink StateTrig.Comp.Interior OSPFLink StateTrig.CostInterior BGPDistance VectorTrig.NoExterior6.3 路由选择策略为了使数据包实时、准确的到达目的地，传输路径即路由的选择显得十分重要，这其中路由选择协议扮演了重要的角色。路由协议选择的好坏、路由器配置的正确与否直接关系到对网络带宽、网络拥塞程度的影响，数据包能否正确传递、接收，是否会造成时延过大及丢包。因此有必要对路由选择策略进行深入讨论。6.3.1 基于网络规模的路由策略在八十年代初期，因特网处于起步阶段，各种网络接入方案较为单一，网络规模也较小，因而