1 概述
路由分為靜態(tài)路由和動態(tài)路由,其相應(yīng)的路由表稱為靜態(tài)路由表和動態(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。動態(tài)路由隨網(wǎng)絡(luò)運行情況的變化而變化,路由器根據(jù)路由協(xié)議提供的功能自動計算數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂剑纱说玫絼討B(tài)路由表。
根據(jù)路由算法,動態(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是為一個簡單的樹型拓撲結(jié)構(gòu)而設(shè)計的,在處理選路循環(huán)和設(shè)置選路策略時,具有明顯的缺點,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,同時又繼承了鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的優(yōu)點。各種路由協(xié)議各有特點,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)比較簡單的環(huán)境。靜態(tài)路由具有以下特點:
靜態(tài)路由無需進行路由交換,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:
管理者必須真正理解網(wǎng)絡(luò)的拓撲并正確配置路由。
網(wǎng)絡(luò)的擴展性能差。如果要在網(wǎng)絡(luò)上增加一個網(wǎng)絡(luò),管理者必須在所有路由器上加一條路由。
配置煩瑣,特別是當需要跨越幾臺路由器通信時,其路由配置更為復(fù)雜。
3 動態(tài)路由
動態(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,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)或向量來確定從一個設(shè)備到另一個設(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,用兩種方法獲知拓撲的改變和路由的超時:
當路由器不能直接從連接的路由器收到路由更新時;
當路由器從鄰居收到一個更新,通知它網(wǎng)絡(luò)的某個地方拓撲發(fā)生了變化。
在小型網(wǎng)絡(luò)中(少于100個路由器,或需要更少的路由更新和計算環(huán)境),距離向量路由協(xié)議運行得相當好。當小型網(wǎng)絡(luò)擴展到大型網(wǎng)絡(luò)時,該算法計算新路由的收斂速度極慢,而且在它計算的過程中,網(wǎng)絡(luò)處于一種過渡狀態(tài),極可能發(fā)生循環(huán)并造成暫時的擁塞。再者,當網(wǎng)絡(luò)底層鏈路技術(shù)多種多樣,帶寬各不相同時,距離向量算法對此視而不見。
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,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)議有更短的收斂時間、支持VLSM(可變長子網(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)議在會話期間通過交換Hello包(也叫鏈路狀態(tài)信息)創(chuàng)建對等關(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,更新時發(fā)送整個路由表。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只廣播更新的或改變的網(wǎng)絡(luò)拓撲,這使得更新信息更小,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開放標準,是最廣泛的路由協(xié)議,在所有IP路由平臺上都可以得到。當使用RIP時,一臺 Cisco路由器可以與其他廠商的路由器連接。RIP有兩個版本: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)沒有收到相鄰路由器的回應(yīng),則認為去往該路由器的路由不可用,該路由器不可到達。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:
不同廠商的路由器可以通過RIP互聯(lián);
配置簡單;
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的算法簡單,但在路徑較多時收斂速度慢,廣播路由信息時占用的帶寬資源較多,它適用于網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)相對簡單且數(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80年代開發(fā)的,是一 種動態(tài)的、長跨度(最大可支持255跳)的路由協(xié)議,使用度量(向量)來確定到達一個網(wǎng)絡(luò)的最佳路由,由延時、帶寬、可靠性和負載等來計算最優(yōu)路由,它在 同個自治系統(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IGRP的網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時、可靠性和負載進行權(quán)重設(shè)置,以影響度量的計 算。
像RIP一樣,IGRP使用UDP發(fā)送路由表項。每個路由器每隔90s更新一次路由信息,如果270s內(nèi)沒有收到某路由器的回應(yīng),則認為該路由器不可到達;如果630s內(nèi)仍未收到應(yīng)答,則IGRP進程將從路由表中刪除該路由。
與RIP相比,IGRP的收斂時間更長,但傳輸路由信息所需的帶寬減少,此外,IGRP的分組格式中無空白字節(jié),從而提高了IGRP的報文效率。但IGRP為Cisco公司專有,僅限于Cisco產(chǎn)品。
4.3 EIGRP
隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和用戶需求的增長,原來的IGRP已顯得力不從心,于是,Cisco公司又開發(fā)了增強的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)議的長處,同時加入散播更新算法(DUAL)。
EIGRP具有如下特點:
快速收斂??焖偈諗渴且驗槭褂昧松⒉ジ滤惴?,通過在路由表中備份路由而實現(xiàn),也就是到達目的網(wǎng)絡(luò)的最小開銷和次最小開銷(也叫適宜后繼, feasible successor)路由都被保存在路由表中,當最小開銷的路由不可用時,快速切換到次最小開銷路由上,從而達到快速收斂的目的。
減少了帶寬的消耗。EIGRP不像RIP和IGRP那樣,每隔一段時間就交換一次路由信息,它僅當某個目的網(wǎng)絡(luò)的路由狀態(tài)改變或路由的度量發(fā)生變 化時,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。
支持可變長子網(wǎng)掩碼。
IGRP和EIGRP可自動移植。IGRP路由可自動重新分發(fā)到EIGRP中,EIGRP也可將路由自動重新分發(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載均衡。
因EIGIP是Cisco公司開發(fā)的專用協(xié)議,因此,當Cisco設(shè)備和其他廠商的設(shè)備互聯(lián)時,不能使用EIGRP4.4 OSPF
開放式最短路徑優(yōu)先(Open Shortest Path First,OSPF)協(xié)議是一種為IP網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議,由IETF開 發(fā)并推薦使用。OSPF協(xié)議由三個子協(xié)議組成:Hello協(xié)議、交換協(xié)議和擴散協(xié)議。其中Hello協(xié)議負責檢查鏈路是否可用,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)庫信息;擴散協(xié)議完成各路由器中路由數(shù)據(jù)庫的同步維護。
OSPF協(xié)議具有以下優(yōu)點:
OSPF能夠在自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫內(nèi)表示整個網(wǎng)絡(luò),這極大地減少了收斂時間,并且支持大型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián),提供了一個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間通過同一種協(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使用路由標簽區(qū)分不同的外部路由。
OSPF支持路由驗證,只有互相通過路由驗證的路由器之間才能交換路由信息;并且可以對不同的區(qū)域定義不同的驗證方式,從而提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。
OSPF支持費用相同的多條鏈路上的負載均衡。
OSPF是一個非族類路由協(xié)議,路由信息不受跳數(shù)的限制,減少了因分級路由帶來的子網(wǎng)分離問題。
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對網(wǎng)絡(luò)進行分層,減少了協(xié)議對CPU處理時間和內(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。可認為是一種高級的距離向量路由協(xié)議。
在BGP網(wǎng)絡(luò)中,可以將一個網(wǎng)絡(luò)分成多個自治系統(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由多個互相連接的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成。每個企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或ISP必須定義一個自治系統(tǒng)號(ASN)。這些自治系統(tǒng)號由IANA (Internet Assigned Numbers Authority)分配。共有65535個可用的自治系統(tǒng)號,其中65512~65535為私 用保留。當共享路由信息時,這個號碼也允許以層的方式進行維護。
BGP使用可靠的會話管理,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
只有一個入口和一個出口的網(wǎng)絡(luò)。
2. 轉(zhuǎn)接AS(Transit AS)
當數(shù)據(jù)從一個AS到另一個AS時,必須經(jīng)過Transit AS。
如果企業(yè)網(wǎng)絡(luò)有多個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行協(xié)議的設(shè)備之間通過的附加信息的總數(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。
當運行BGP的兩個路由器開始通信以交換動態(tài)路由信息時,使用TCP端口179,他們依賴于面向連接的通信(會話)。 BGP必須依靠面向連接的TCP會話以提供連接狀態(tài)。因為BGP不能使用Keepalive信息(但在普通頭上存放有Keepalive信息,以允許 路由器校驗會話是否Active)。標準的Keepalive是在電路上從一個路由器送往另一個路由器的信息,而不使用TCP會話。路由器使用電路上的這 些信號來校驗電路沒有錯誤或沒有發(fā)現(xiàn)電路。 某些情況下,需要使用BGP:
當你需要從一個AS發(fā)送流量到另一個AS時;
當流出網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流必須手工維護時;
當你連接兩個或多個ISP、NAP(網(wǎng)絡(luò)訪問點)和交換點時。
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;
當Internet只有一個連接時,使用默認路由;
當你的網(wǎng)絡(luò)沒有足夠的帶寬來傳送所需的數(shù)據(jù)時(包括BGP路由表)。