# 4.5 路由协议

## 一、路由协议概述

### 1.1 什么是路由协议

**路由协议**：
- 路由器之间交换路由信息的协议
- 用于建立和维护路由表
- 实现动态路由

### 1.2 路由协议的分类

**按范围分类**：
- **内部网关协议（IGP）**：自治系统内部使用
- **外部网关协议（EGP）**：自治系统之间使用

**按算法分类**：
- **距离向量路由协议**：RIP
- **链路状态路由协议**：OSPF、IS-IS
- **路径向量路由协议**：BGP

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## 二、内部网关协议（IGP）

### 2.1 RIP（Routing Information Protocol）

#### RIP概述

**RIP**：
- 距离向量路由协议
- 使用跳数作为度量
- 最大跳数：15
- 每30秒广播路由表

#### RIP的特点

**优点**：
- 简单
- 易于配置
- 开销小

**缺点**：
- 收敛慢
- 最大跳数限制（15跳）
- 可能产生路由环路
- 度量不精确（只考虑跳数）

#### RIP的工作原理

1. **初始化**：
   - 路由器只知道自己直连的网络
   - 距离为0

2. **交换路由信息**：
   - 每30秒向邻居发送路由表
   - 收到路由信息后更新自己的路由表

3. **路由表更新**：
   - 收到邻居的路由信息
   - 如果新路径更短，更新
   - 如果原路径的下一跳发送了新的信息，更新

#### RIP报文格式

```
| 命令（1字节） | 版本（1字节） | 必须为零（2字节） |
| 地址族标识符（2字节） | 必须为零（2字节） |
| IP地址（4字节） |
| 必须为零（4字节） |
| 必须为零（4字节） |
| 度量（4字节） |
```

**命令**：
- 1：请求
- 2：响应

**度量**：
- 跳数（1-16）
- 16表示不可达

#### RIP的版本

**RIP v1**：
- 有类路由协议
- 不支持子网掩码
- 广播更新

**RIP v2**：
- 无类路由协议
- 支持子网掩码（CIDR）
- 组播更新（224.0.0.9）
- 支持认证

#### RIP的路由环路问题

**问题**：
- 路由信息传播慢
- 可能形成路由环路

**解决方法**：
- **定义最大度量**：16跳为不可达
- **水平分割**：不向原方向通告路由
- **毒性逆转**：向原方向通告无穷大度量
- **抑制计时器**：延迟更新
- **触发更新**：立即发送更新

### 2.2 OSPF（Open Shortest Path First）

#### OSPF概述

**OSPF**：
- 链路状态路由协议
- 使用Dijkstra算法
- 无类路由协议
- 支持区域划分

#### OSPF的特点

**优点**：
- 收敛快
- 无路由环路
- 支持大规模网络
- 度量精确（带宽）
- 支持认证

**缺点**：
- 复杂
- 开销大
- 需要更多内存和CPU

#### OSPF的工作原理

1. **发现邻居**：
   - 发送Hello报文
   - 建立邻居关系

2. **交换链路状态**：
   - 发送LSA（链路状态通告）
   - 泛洪LSA到整个区域

3. **构建拓扑数据库**：
   - 收集所有LSA
   - 构建链路状态数据库（LSDB）

4. **计算最短路径**：
   - 使用Dijkstra算法
   - 计算到所有节点的最短路径
   - 生成路由表

#### OSPF的报文类型

**Hello报文**：
- 发现和维护邻居关系
- 10秒发送一次（广播网络）

**DD（Database Description）报文**：
- 描述链路状态数据库摘要
- 用于数据库同步

**LSR（Link-State Request）报文**：
- 请求特定的LSA

**LSU（Link-State Update）报文**：
- 发送完整的LSA
- 泛洪LSA

**LSAck（Link-State Ack）报文**：
- 确认收到LSA

#### OSPF的区域

**区域（Area）**：
- 将网络划分为多个区域
- 减少LSA泛洪范围
- 减少路由表大小

**区域类型**：
- **标准区域**：普通区域
- **骨干区域（Area 0）**：所有区域必须连接到骨干
- **Stub区域**：不接收外部路由
- **Totally Stubby区域**：不接收外部和区域间路由
- **NSSA（Not-So-Stubby Area）**：Stub区域但允许引入外部路由

**路由器类型**：
- **IR（Internal Router）**：所有接口在同一区域
- **ABR（Area Border Router）**：连接骨干区域和其他区域
- **BR（Backbone Router）**：至少一个接口在骨干区域
- **ASBR（AS Boundary Router）**：引入外部路由

#### OSPF的度量

**Cost（代价）**：
- Cost = 10⁸ / 带宽（bps）
- 带宽越大，Cost越小

**路径代价**：
- 路径上所有链路Cost之和

#### OSPF与RIP的比较

| 特性 | RIP | OSPF |
|-----|-----|------|
| 类型 | 距离向量 | 链路状态 |
| 算法 | Bellman-Ford | Dijkstra |
| 度量 | 跳数 | 带宽（Cost） |
| 收敛速度 | 慢 | 快 |
| 路由环路 | 可能 | 不会 |
| 网络规模 | 小（15跳） | 大 |
| 复杂性 | 简单 | 复杂 |
| 开销 | 小 | 大 |

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## 三、外部网关协议（EGP）

### 3.1 BGP（Border Gateway Protocol）

#### BGP概述

**BGP**：
- 路径向量路由协议
- 用于自治系统之间
- 当前版本：BGP-4

#### BGP的特点

**优点**：
- 支持大规模网络
- 支持策略路由
- 可靠传输（TCP）
- 无路由环路

**缺点**：
- 复杂
- 收敛慢

#### BGP的工作原理

1. **建立TCP连接**：
   - 使用TCP端口179
   - 建立BGP对等体（Peer）

2. **交换路由信息**：
   - 交换整个BGP路由表
   - 之后只交换变化

3. **维护路由信息**：
   - 定期发送Keepalive
   - 检测对等体状态

#### BGP的报文类型

**Open报文**：
- 建立BGP连接
- 协商参数

**Update报文**：
- 通告或撤销路由
- 主要报文类型

**Notification报文**：
- 报告错误
- 关闭连接

**Keepalive报文**：
- 维持连接
- 60秒发送一次

**Route-Refresh报文**：
- 请求重新发送路由

#### BGP的路径属性

**Well-known Mandatory（公认必遵）**：
- ORIGIN：路由来源
- AS_PATH：AS路径
- NEXT_HOP：下一跳

**Well-known Discretionary（公认自决）**：
- LOCAL_PREF：本地优先级
- ATOMIC_AGGREGATE：原子聚合

**Optional Transitive（可选过渡）**：
- AGGREGATOR：聚合者
- COMMUNITY：团体

**Optional Non-transitive（可选非过渡）**：
- MED（Multi-Exit Discriminator）：多出口区分

#### BGP的路由选择

**选择顺序**：
1. 最高WEIGHT（Cisco私有）
2. 最高LOCAL_PREF
3. 本地起源（network/redistribute/summary）
4. 最短AS_PATH
5. 最低ORIGIN类型（IGP < EGP < Incomplete）
6. 最低MED
7. eBGP优于iBGP
8. 最低IGP Cost到下一跳
9. 最老的eBGP路由
10. 最低Router ID
11. 最短Cluster List
12. 最低邻居IP地址

#### BGP的AS_PATH

**AS_PATH**：
- 记录路由经过的AS序列
- 防止路由环路
- 用于路由选择

**类型**：
- AS_SEQUENCE：AS序列
- AS_SET：AS集合（聚合路由）

#### iBGP和eBGP

**iBGP（Internal BGP）**：
- 同一AS内的BGP
- 需要全互联或路由反射器
- 管理距离：200

**eBGP（External BGP）**：
- 不同AS之间的BGP
- 直接连接
- 管理距离：20

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## 四、路由协议比较

### 4.1 IGP比较

| 特性 | RIP | OSPF | IS-IS |
|-----|-----|------|-------|
| 类型 | 距离向量 | 链路状态 | 链路状态 |
| 算法 | Bellman-Ford | Dijkstra | Dijkstra |
| 度量 | 跳数 | Cost | Cost |
| 收敛 | 慢 | 快 | 快 |
| 环路 | 可能 | 不会 | 不会 |
| 规模 | 小 | 大 | 大 |
| 区域 | 无 | 有 | 有 |
| 复杂性 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
| 应用 | 小型网络 | 企业网 | ISP |

### 4.2 EGP

| 特性 | BGP |
|-----|-----|
| 类型 | 路径向量 |
| 传输 | TCP |
| 度量 | 路径属性 |
| 收敛 | 慢 |
| 环路 | 不会 |
| 规模 | 极大 |
| 策略 | 支持 |
| 应用 | Internet |

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## 五、考研重点

1. **路由协议的分类**：
   - IGP和EGP
   - 距离向量、链路状态、路径向量

2. **RIP**：
   - 特点
   - 工作原理
   - 路由环路问题及解决方法
   - RIP v1和RIP v2的区别
   - 与OSPF的比较

3. **OSPF**：
   - 特点
   - 工作原理
   - 报文类型
   - 区域划分
   - 路由器类型
   - 度量（Cost）
   - 与RIP的比较

4. **BGP**：
   - 特点
   - 工作原理
   - 报文类型
   - 路径属性
   - 路由选择过程
   - iBGP和eBGP
   - AS_PATH的作用

5. **路由协议比较**

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*下一节：4.6 IP组播*