路由协议

1 如何配置路由

路由器是一台网络设备,它有多张网卡。当一个入口的网络包送到路由器时,它会根据一个本地的转发信息库,来决定如何正确地转发流量,这个转发库就是常说的路由表。

一张路由表中会有多条路由规则。每一条规则至少包含这三项信息:

  • 目的网络:这个包想去哪儿?
  • 出口设备:将包从哪个口转发出去?
  • 下一跳网关:下一个路由器的地址。

通过 route 命令 和 ip route 命令都可以进行查询或者配置的。例如,我们设置命令 ip route add 10.176.48.0/20 via 10.173.32.1 dev eth0 就说明要去 10.176.48.0/20 这个目标网络,要从 eth0 端口出去,经过 10.173.32.1。

此方法的核心思想是:根据目的地址来配置路由。

2 如何配置策略路由

当然,在真实的复杂的网络环境中,除了可以根据目的 ip 地址配置路由外,可以根据多个参数来配置路由,这就成为策略路由。

可以配置多个路由表,可以根据源 ip 地址、入口设备、TOS等选择路由表,然后在路由表中查找路由。这样可以使得不同来源的包走不同的路由。
例如,我们设置:

ip rule add from 192.168.1.0/24 table 10
ip rule add from 192.168.2.0/24 table 20

表示从 192.168.1.10/24 这个网段来的,使用 table 10 中的路由表,而从 192.168.2.0/24 网段来的,使用 table 20 的路由表。

在一条路由规则中,也可以走多条路径。例如,在下面中的路由规则中:

ip route add default scope global nexthop via 100.100.100.1 weight 1 nexthop via 200.200.200.1 weight 2

下一跳有两个地方,分别是 100.100.100.1 和 200.200.200.1,权重比分别为 1 比 2。

3 动态路由算法

使用动态路由路由器,可以根据路由协议动态生成动态路由表,随着网络运行状态变化而变化。

3.1 距离矢量路由算法

第一大类的算法称为距离矢量路由(distance vector routing)。它基于 bellman-Ford 算法。

这种算法的基本思路是:每个路由器都保存一个路由表,包含多行,每行对应网络中的一个路由器,每一行包含两部分信息,一个要到目标路由器,从那条线出去,另一个是到目标路由器的距离。

由此可以看出,每个路由器是知道全局信息的。那这个信息如何更新呢?每个路由器都知道自己和令居之间的距离,每过几秒,每个路由器都将自己所知的所有路由器的距离告诉令居,每个路由器也能从邻居那里得到相似的信息。

每个路由器根据新收集的信息,计算和其他路由器的距离,比如自己的一个令居距离目标路由器的距离为M,而自己距离邻居是 x,则自己距离目标路由器是 x+M。

此算法有以下两个问题
  1. 好消息传的快,坏消息传的慢。
  2. 每次发送的时候,要发送整个全局路由表。(网络大了更新负荷大。)

3.2 链路状态路由算法

第二大类算法是链路状态路由(link state routing),基于 dijkstra 算法。

这种算法的基本思路是:当一个路由器启动的时候,首先是发现令居,向令居 say hello,邻居都回复。然后计算和邻居的距离,发送一个 echo,要求马上返回,除以 2 就是距离。然后将自己和邻居之间的链路状态包广播出去,发送到整个网络的每个路由器。这样每个路由器都能够收到它和邻居之间的关系的信息。因而,每个路由器都能构建一个自己本地的完整的图,然后针对这个图使用 Dijkstra 算法,找到两点之间的最短距离。

此算法可以最快将损坏路由器消息广播出去。

4 动态路由协议

4.1 基于链路状态路由算法的 OSPF

OSPF(Open shortest Path First, 开放式最短路径优先)就是这样一个基于链路状态路由协议,广泛应用在数据中心的协议。由于主要用于数据中心内部,用于路由决策,因而成为内部网关协议(interior gateway protocol,简称 IGP)。

内部网关协议的重点是找到最短的路径。在一个组织内部,路径最短往往最优。当然有时候 OSPF 可以发现多个最短的路径,可以再这多个路径中进行负载均衡,这常常称为等价路由。这可以和接入层的负载均衡 LVS 结合实现高吞吐量的接入层设计。

4.2 基于距离矢量路由算法的 BGP

但是外网的路由协议,也即国家之间的有所不同,我们称之为外网路由协议(Border Gateway Protocol,简称 BGP)。

在网络世界,国家成为自治系统(Autonomous System)。自治系统分为几种类型:

  • Stub As:对外只有一个连接,这类 AS 不会传输其他的 AS 传输包。例如个人或小公司的网络。
  • Multihomed AS:可能有多个连接到其他的 AS,但是大多拒绝帮其他的 AS 传输包。例如一些大公司的网络。
  • Transit AS:有多个连接连接到其他的AS,并且可以帮助其他的 AS 传输包,例如主干网。
    每个自治系统都有边界路由器,通过它和外界建立联系。

BGP 又分为两类,eBGP 和 iBGP。一个用于 AS 之间,一个用于 AS 内部。

5 总结

  • 路由分为静态路由和动态路由,静态路由可以配置复杂的转发策略路由。
  • 动态路由主流算法有两种,距离矢量算法和链路状态算法。分别对应有 BGP 协议 和 OSPF 协议。

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