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電信博物館 > 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) > 因特網(wǎng)的游戲規(guī)則
> IP協(xié)議――天地本寬
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(guò)程實(shí)現(xiàn)的好壞會(huì)影響整個(gè)Internet網(wǎng)絡(luò)的效率。按應(yīng)用范圍的不同，路由協(xié)議可分為兩類：在一個(gè)AS（Autonomous System，自治系統(tǒng)，指一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)，就是把整個(gè)Internet劃分為許多較小的網(wǎng)絡(luò)單位，這些小的網(wǎng)絡(luò)有權(quán)自主地決定在本系統(tǒng)中應(yīng)采用何種路由選擇協(xié)議）內(nèi)的路由協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（interior gateway protocol），AS之間的路由協(xié)議稱為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（exterior gateway protocol）。這里網(wǎng)關(guān)是路由器的舊稱。現(xiàn)在正在使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)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(duì)于小型網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)用較為廣泛，但在面對(duì)大型網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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(zhǎng)，以至于網(wǎng)絡(luò)無(wú)法承受。因此對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)用。IS-IS與OSPF在質(zhì)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(jìn)工作，其修改節(jié)奏要比IS-IS快得多。這使得OSPF正在成為應(yīng)用廣泛的一種路由協(xié)議。現(xiàn)在，不論是傳統(tǒng)的路由器設(shè)計(jì)，還是即將成為標(biāo)準(zhǔn)的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換），均將OSPF視為必不可少的路由協(xié)議。
外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議最初采用的是EGP。EGP是為一個(gè)簡(jiǎn)單的樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，隨著越來(lái)越多的用戶和網(wǎng)絡(luò)加入Internet，給EGP帶來(lái)了很多的局限性。為了擺脫EGP的局限性，IETF邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組制定了標(biāo)準(zhǔn)的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議--BGP。
下面對(duì)使用廣泛且很有活力的RIP，OSPF和BGP進(jìn)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(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。在默認(rèn)情況下，RIP使用一種非常簡(jiǎn)單的度量制度：距離就是通往目的站點(diǎn)所需經(jīng)過(guò)的鏈路數(shù)，取值為1~15，數(shù)值16表示無(wú)窮大。RIP進(jìn)程使用UDP的520端口來(lái)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(fēng)暴”，其后續(xù)的的分組將做隨機(jī)延時(shí)后發(fā)送。在RIP中，如果一個(gè)路由在180s內(nèi)未被刷，則相應(yīng)的距離就被設(shè)定成無(wú)窮大，并從路由表中刪除該表項(xiàng)。RIP分組分為兩種：請(qǐng)求分組和相應(yīng)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(jìn)的RIP-2，并在RFC 1723和RFC 2453中進(jìn)行了修訂。RIP-2定義了一套有效的改進(jìn)方案，新的RIP-2支持子網(wǎng)路由選擇，支持CIDR，支持組播，并提供了驗(yàn)證機(jī)制。
隨著OSPF和IS-IS的出現(xiàn)，許多人認(rèn)為RIP已經(jīng)過(guò)時(shí)了。但事實(shí)上RIP也有它自己的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于小型網(wǎng)絡(luò)，RIP就所占帶寬而言開銷小，易于配置、管理和實(shí)現(xiàn)，并且RIP還在大量使用中。但RIP也有明顯的不足，即當(dāng)有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)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(guò)它得知路由的接口去宣告路由。分割范圍解決了兩個(gè)路由器之間的路由環(huán)路問題，但不能防止3個(gè)或多個(gè)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(shí)立即傳輸它的路由表。這加速了網(wǎng)絡(luò)的聚合，但容易產(chǎn)生廣播泛濫。總之，環(huán)路問題的解決需要消耗一定的時(shí)間和帶寬。若采用RIP協(xié)議，其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所經(jīng)過(guò)的鏈路數(shù)不能超過(guò)15，這使得RIP協(xié)議不適于大型網(wǎng)絡(luò)。
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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)是對(duì)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(gè)路由器維護(hù)一個(gè)相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，保存整個(gè)AS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（AS不劃分情況下）。一旦每個(gè)路由器有了完整的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，該路由器就可以自己為根，構(gòu)造最短路徑樹，然后再根據(jù)最短路徑構(gòu)造路由表。對(duì)于大型的網(wǎng)絡(luò)，為了進(jìn)一步減少路由協(xié)議通信流量，利于管理和計(jì)算，OSPF將整個(gè)AS劃分為若干個(gè)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的路由器維護(hù)一個(gè)相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，保存該區(qū)域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(hù)連接；數(shù)據(jù)庫(kù)描述分組初始化路由器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的某部分信息已經(jīng)過(guò)時(shí)后，路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)請(qǐng)求分組，請(qǐng)求鄰站提供更新信息；路由器使用鏈路狀態(tài)更新分組來(lái)主動(dòng)擴(kuò)散自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)或?qū)︽溌窢顟B(tài)請(qǐng)求分組進(jìn)行響應(yīng)；由于OSPF直接運(yùn)行在IP層，協(xié)議本身要提供確認(rèn)機(jī)制，鏈路狀態(tài)應(yīng)答分組是對(duì)鏈路狀態(tài)更新分組進(jìn)行確認(rèn)。
相對(duì)于其它協(xié)議，OSPF有許多優(yōu)點(diǎn)。OSPF支持各種不同鑒別機(jī)制（如簡(jiǎn)單口令驗(yàn)證，MD5加密驗(yàn)證等），并且允許各個(gè)系統(tǒng)或區(qū)域采用互不相同的鑒別機(jī)制；提供負(fù)載均衡功能，如果計(jì)算出到某個(gè)目的站有若干條費(fèi)用相同的路由，OSPF路由器會(huì)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(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)可劃分出若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域根據(jù)自己的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算最短路徑，這減少了OSPF路由實(shí)現(xiàn)的工作量；OSPF屬動(dòng)態(tài)的自適應(yīng)協(xié)議，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化可以迅速地做出反應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)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(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓奶幚磉^(guò)程中僅需要最少的通信流量；OSPF提供點(diǎn)到多點(diǎn)接口，支持CIDR（無(wú)類型域間路由）地址。
OSPF的不足之處就是協(xié)議本身龐大復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較RIP困難。
三、BGP協(xié)議
RFC1771對(duì)BGP的最新版本BGP-4進(jìn)行了詳盡的介紹。BGP用來(lái)在AS之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息的交換，整個(gè)交換過(guò)程要求建立在可靠的傳輸連接基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣做有許多優(yōu)點(diǎn)，BGP可以將所有的差錯(cuò)控制功能交給傳輸協(xié)議來(lái)處理，而其本身就變得簡(jiǎn)單多了。BGP使用TCP作為其傳輸協(xié)議，缺省端口號(hào)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(duì)CIDR技術(shù)的支持。路徑向量中記錄了路由所經(jīng)路徑上所有AS的列表，這樣可以有效地檢測(cè)并避免復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的環(huán)路問題；對(duì)CIDR的支持，減少了路由表項(xiàng)，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(duì)等關(guān)系，其僅在最初的初始化過(guò)程中交換整個(gè)路由表，此后只有當(dāng)自身路由表發(fā)生改變時(shí)，BGP才會(huì)產(chǎn)生更新報(bào)文發(fā)送給其它路由器，且該報(bào)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(jì)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(lái)建立連接；更新分組用來(lái)通告可達(dá)路由和撤銷無(wú)效路由；周期性地發(fā)送存活分組，以確保連接的有效性；當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)差錯(cuò)時(shí)，發(fā)送通告分組。
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