路由算法与路由协议

路由算法与路由协议

选择转发IP分组的过程叫做：路由选择

路由选择的核心：路由选择算法

带权无向图

将网络抽象为一个带权无向图G=(N, E)，N代表结点集合，E是边的集合

网络中的路由器抽象为G的结点，连接两个路由器的网络链路抽象为G的边

网络链接的费用（比如时延）抽象为G的权值

存在结点X、结点Y：
如果两个结点间有边，则费用为：X到Y的权值
如果两个结点间没有边，费用为：无限

路由选择算法的分类

分类标准

1. 是否需要全局信息
2. 静态动态
3. 是否敏感

依据 是否需要全局信息 进行的划分

1. 全局式 路由选择算法，典型：链路状态 路由选择算法（LS算法）
2. 分布式 路由选择算法，典型：距离向量 路由选择算法（DV算法）

依据 静态动态 进行的划分

1. 静态：人工干预
2. 动态：LS算法、DV算法

链路状态路由选择算法（LS算法）

是一种全局式路由选择算法，每个路由器在计算路由时，需要构建整个网络的拓扑图

利用 Dijkstra算法 求最短路径

标识	含义
D(v)	到本次迭代为止，源结点到目的结点v的当前路径距离
P(v)	到本次迭代为止，在源结点到目的结点v的当前路径上，结点v的前序结点
c(x,y)	结点x到结点y之间直接链路的费用
S	结点的集合，用于存储源结点到该结点的最短路径已求出的终点集合

P(v)：如果路径上只有两个结点，则该值就是最后一个结点
例如：x->y P(y)=y

c(x,y)：如果x和y之间没有链路相连，则c(x,y)=

距离向量路由选择算法（DV算法）

基础是 Bellman-Ford 方程（简称 B-F方程）

令 d_x(y) 表示结点x到结点y的路径的最低费用，根据 B-F 方程，有以下的公式：
d_x(y) = min { c(x,v) + d_v(y) }

例子：
x -- 2 -- y、y -- 3 -- z、x -- 7 -- z
计算结果：
d_x(z) = min { c(x,z)+d_z(z), c(x,y)+d_y(z) } = min { 7+0, 2+3 } = 5

特点

1. 路由器分别维护自己的转发表（DV），并且接收邻居（与本路由器直接相连）的通知
2. 收到通知进行对比更新

层次化路由选择

大规模网络路由选择 最有效可行的解决方案

层次化路由选择原理

大规模互联网的路由划分为两层：

1. 自治系统 内 路由选择：计算到达自治系统内目的网络的路由
2. 自治系统 间 路由选择：负责其他自治系统网络的可达性消息

自治系统：
autonomous system, AS，互联网按组织边界划分为多个自治系统。每个自治系统由运行 相同 路由协议和路由选择算法的路由器组成

网关路由器：
每个自治系统存在至少一个与其他自治系统互连的路由器

Internt路由选择协议

根据层次化路由选择划分为：

1. 内部网关协议（Interior Gateway Protocol, IGP），Internet自治系统 内 路由选择协议
2. 外部网关协议（Exterior Gateway Protocol, EGP），Internet自治系统 间 路由选择协议

IGP的典型协议：

1. 路由信息协议（Routing Information Protocol, RIP）
2. 开放最短路径优先协议（Open Shortest Path First, OSPF）

EGP的典型协议：

1. 边界网关协议（Border Gateway Protocol, BGP）

RIP

适用于 较小 的自治系统（AS），基于 距离向量路由选择算法 的IGP协议

RIP报文，封装进 UDP 数据报

RIP特性：

1. RIP在度量路径时采用 跳数
2. RIP的费用定义在源路由器和目的子网之间
3. RIP被限制在网络直径不超过 15跳 的自治系统内部使用

OSPF

适用于 规模较大 的自治系统（AS），基于 链路状态路由选择算法 的IGP协议

直接封装于 IP 数据报

OSPF的优点：

1. 安全
2. 支持多条相同费用路径
3. 支持区别化费用度量
4. 支持单播路由与多播路由
5. 分层路由

BGP

实现跨自治系统的路由信息转换。典型版本是BGP4

直接封装于 TCP 报文段

BGP的4种报文：

1. OPEN（打开）报文
2. UPDATE（更新）报文
3. KEEPALINE（保活）报文
4. NOTIFICATION（通知）报文