7-路由协议基础

1. 路由协议概述

  路由协议（ Routing Protocol）：用于路由器动态寻找网络最佳路径，保证所有路由器拥有相同的路由表，如OSPF、 RIP、 IGRP、 EIGRP等路由协议。当所有的路由器了解整个网络的拓扑结构以后，就可以通过路由协议来发送数据，以上说的这些路由协议都是属于动态路由。

2. 静态路由和动态路由

  也就是说，路由主要分为两类：即静态路由和动态路由。从管理层面来说，静态路由比较容易部署/修改（小网络），动态路由协议一般路由的体积比较大，管理相对比较复杂（大网络）。但是从技术层面来说，动态路由协议能够适应各种网络结构的拓扑，能够智能检测网络状态；静态路由技术无法实现，需要人工干预，包括后面我们学习的RIP ，EIGRP，OSPF，ISIS ，BGP这些路由协议都是动态路由。

3. 动态路由协议分类

  简单来说，动态路由选择就是根据路由器根据协议查找网络并更新路由选择表，比如常见的动态路由协议有：RIP ，EIGRP ，OSPF，ISIS ，BGP ，openflow。

  对于学习和应用层次来说，重点掌握OSPF，ISIS，BGP这几种就够用了，对于SDN网络开发，openflow是必备的。

  另外，动态路由协议分类大概分为以下几类：算法特征、运行范围、有类无类

3.1 算法特征

   距离矢量：距离矢量就是路由协议会根据路由距离的远近来判断到达目的网络的最佳路径选择，例如在RIP路由协议中，数据报每经过一个路由器，就是一跳，到达目标网络最少需要经过几跳被认为是最佳路径，矢量是用于指明目的网络方向。

   在下一篇中我们要学的RIP就是基于距离矢量的路由协议。另外还有EIGRP、BGP这几个也是基于距离矢量的路由协议。

  链路状态：链路状态就是根据链路的一个带宽的状态来决定链路路径的选择，基于链路状态的路由协议有OSPF、ISIS。

关于距离矢量和链路状态：

基于距离矢量的路由选择：

假设pc1到pc2有两条路径可选
路径1：pc1–>R1–>R2–>pc2
路径2：pc1–>R1–>R3–>R2–>pc2
如果是按距离矢量来选择路由路径的话，显然路径1对于pc1来说无疑是最佳的路由路径。

基于链路状态的路由选择：

  但是如果此时再根据链路的带宽状态来选择路由路径的话，路径1中R1–>R2的带宽是120KB/s，而路径2中R1–>R3–>R2的带宽是2M/s，显然是路径2的带宽速度比路径1要快几十倍不止，也就是说，路径2从带宽的速度上弥补了路由距离上的不足，甚至可以忽略路由路径的距离，根据链路状态选择路径2是最佳路由路径。

3.2 运行范围

按基于运行范围来看，主要有IGP和EGP两个协议：
   IGP是内部网关协议（internal gateway protocol）的简称，一般是由一个组织控制或管理的网络。比如：RIP，EIGRP，OSPF，ISIS等都是内部网关协议的一种。

  EGP是外部网关协议（external gateway protocol）的简称，一般是用于两个不同组织控制或管理的网络之间通信，BGP是边界网关协议，是外部网关协议的一种。

  如图2所示，移动，联通，电信三大运营商部使用的都是不同的内部网关协议，移动内部跑的是RIP，EIGRP协议；电信内部跑的是OSPF路由协议；联通内部跑的是ISIS协议。但是他们相互之间想要进行通信资源的整合，就必须把网络连接起来，而BGP协议就是相当于把互联网中的资源进行连接，相当与连接不同网络的一个边界一样。

3.3 有类和无类

  RIPv1、IGRP协议只能识别分类编址的ip地址，比如：A类，B类，C类地址

  RIPv2、EIGRP、OSPF、ISIS、BGP只能识别无分类编址的ip地址，没有分类的概念，现在使用的更多是无分类编址来划分网络ip地址。

4. 通用路由选择算法

  按照现在的网络环境来说，一个网络中肯定是不止一条链路的，而是由非常多的链路，而路由协议在进行选择最佳路由路径时，一般会根据两个原则：最长匹配原则和管理距离。

4.1 最长匹配原则

  当路由器访问目的地并且有多条路径时，将目的IP地址跟本地路由条目进行对比，从左到右匹配的比特越多，则越精准，优先级越高。

比如要访问的目标地址为8.8.8.8，此时路由表中的路由路径有以下几种：
路径1：8.8.0.0
路径2：8.8.8.0
路径3：8.0.0.0
路径4：8.8.8.8

  通过目标ip地址和路由表中的路径的比特位，从左到右对比可知，路径4是完美匹配，所以优先选择路径4。

4.2 管理距离

  管理距离（Administrator Distance）简称AD，也称为优先级，越小越优先，管理距离用来衡量路由器已收到的，来自邻居路由器的路由选择可信度，管理距离是一个0 - 255之间的整数，其中0表示最可信，255意味着最不可信了。

  换句话说，管理距离可以用于衡量不同路由协议直接的路径优劣，下面是常见的路由协议的管理距离，数值越小优先级越高级：

Connect：0
Static：0或1
RIP：120
EIGRP：90或170
OSPF：110
ISIS：115
BGP：20或200

常见的RIP协议的管理距离是120，OSPF的管理距离是110

4.3 度量值

  度量值（Metric），用于衡量同一路由协议的路径优劣。度量便是路由协议用于计算路径的方式/参数，例如带宽、长短、MTU、延迟等等，一般度量值在同一个路由协议下面才有意义，不同的路由协议采用的度量值也不一样，比如RIP就采用跳数，而EIGRP就比较牛掰了，采用的是混合度量值。

RIP： 跳数
EIGRP： 混合度量值（带宽，延迟，负载，可信度，MTU）
OSPF: 链路带宽

关于度量值，我们再回到图1中：
假设当前R1，R2，R3路由设备运行的是OSPF协议。
路径1：R1–>R2
路径2：R1–>R2–>R3
  那么此时就不需要看路由设备之间的路由距离了，因为OSPF协议的路由距离都是110，也就是说，只要运行OSPF协议的路由设备的管理距离都是110，那么此时只能通过不同路径的度量值来判断好坏了，而是根据不同路径的链路带宽来算了。另外在计算度量值时，是先看最长匹配原则，再看管理距离，最后看度量值。