摘 要 在計算機網(wǎng)絡中，路由協(xié)議的選擇至關重要，它直接影響到一個網(wǎng)絡的性能，而路由協(xié)議的選擇又相當復雜。本文主要介紹幾種常用路由協(xié)議的工作原理，并對各種協(xié)議的特點進行分析、比較，以幫助網(wǎng)絡設計工程師在設計網(wǎng)絡時，能夠正確地選擇路由協(xié)議。

　　關鍵詞 路由協(xié)議 靜態(tài)路由 動態(tài)路由

1 概述

　　路由分為靜態(tài)路由和動態(tài)路由，其相應的路由表稱為靜態(tài)路由表和動態(tài)路由表。靜態(tài)路由表由網(wǎng)絡管理員在系統(tǒng)安裝時根據(jù)網(wǎng)絡的配置情況預先設定，網(wǎng)絡結構發(fā)生變化后由網(wǎng)絡管理員手工修改路由表。動態(tài)路由隨網(wǎng)絡運行情況的變化而變化，路由器根據(jù)路由協(xié)議提供的功能自動計算數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂剑纱说玫絼討B(tài)路由表。

　　根據(jù)路由算法，動態(tài)路由協(xié)議可分為距離向量路由協(xié)議（Distance Vector Routing Protocol）和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（Link State Routing Protocol）。距離向量路由協(xié)議基于Bellman-Ford算法，主要有RIP、IGRP（IGRP為Cisco公司的私有協(xié)議）；鏈路狀態(tài)路由協(xié)議基于圖論中非常著名的Dijkstra算法，即最短優(yōu)先路徑（Shortest Path First，SPF）算法，如OSPF。在距離向量路由協(xié)議中，路由器將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器；而在鏈路狀態(tài)路由協(xié)議中，路由器將鏈路狀態(tài)信息傳遞給在同一區(qū)域內的所有路由器。　　根據(jù)路由器在自治系統(tǒng)（AS）中的位置，可將路由協(xié)議分為內部網(wǎng)關協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP）和外部網(wǎng)關協(xié)議（External Gateway Protocol，EGP，也叫域間路由協(xié)議）。域間路由協(xié)議有兩種：外部網(wǎng)關協(xié)議（EGP）和邊界網(wǎng)關協(xié)議（BGP）。EGP是為一個簡單的樹型拓撲結構而設計的，在處理選路循環(huán)和設置選路策略時，具有明顯的缺點，目前已被BGP代替。

　　EIGRP是Cisco公司的私有協(xié)議，是一種混合協(xié)議，它既有距離向量路由協(xié)議的特點，同時又繼承了鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的優(yōu)點。各種路由協(xié)議各有特點，適合不同類型的網(wǎng)絡。下面分別加以闡述。

2 靜態(tài)路由

　　靜態(tài)路由表在開始選擇路由之前就被網(wǎng)絡管理員建立，并且只能由網(wǎng)絡管理員更改，所以只適于網(wǎng)絡傳輸狀態(tài)比較簡單的環(huán)境。靜態(tài)路由具有以下特點：

　　· 靜態(tài)路由無需進行路由交換，因此節(jié)省網(wǎng)絡的帶寬、CPU的利用率和路由器的內存。

　　· 靜態(tài)路由具有更高的安全性。在使用靜態(tài)路由的網(wǎng)絡中，所有要連到網(wǎng)絡上的路由器都需在鄰接路由器上設置其相應的路由。因此，在某種程度上提高了網(wǎng)絡的安全性。

　　· 有的情況下必須使用靜態(tài)路由，如DDR、使用NAT技術的網(wǎng)絡環(huán)境。

　　靜態(tài)路由具有以下缺點：

　　· 管理者必須真正理解網(wǎng)絡的拓撲并正確配置路由。

　　· 網(wǎng)絡的擴展性能差。如果要在網(wǎng)絡上增加一個網(wǎng)絡，管理者必須在所有路由器上加一條路由。

　　· 配置煩瑣，特別是當需要跨越幾臺路由器通信時，其路由配置更為復雜。

3 動態(tài)路由

　　 動態(tài)路由協(xié)議分為距離向量路由協(xié)議和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，兩種協(xié)議各有特點，分述如下。

　　1. 距離向量（DV）協(xié)議

　　 距離向量指協(xié)議使用跳數(shù)或向量來確定從一個設備到另一個設備的距離。不考慮每跳鏈路的速率。

　　 距離向量路由協(xié)議不使用正常的鄰居關系，用兩種方法獲知拓撲的改變和路由的超時：

　　· 當路由器不能直接從連接的路由器收到路由更新時；

　　· 當路由器從鄰居收到一個更新，通知它網(wǎng)絡的某個地方拓撲發(fā)生了變化。

　　在小型網(wǎng)絡中（少于100個路由器，或需要更少的路由更新和計算環(huán)境），距離向量路由協(xié)議運行得相當好。當小型網(wǎng)絡擴展到大型網(wǎng)絡時，該算法計算新路由的收斂速度極慢，而且在它計算的過程中，網(wǎng)絡處于一種過渡狀態(tài)，極可能發(fā)生循環(huán)并造成暫時的擁塞。再者，當網(wǎng)絡底層鏈路技術多種多樣，帶寬各不相同時，距離向量算法對此視而不見。

　　距離向量路由協(xié)議的這種特性不僅造成了網(wǎng)絡收斂的延時，而且消耗了帶寬。隨著路由表的增大，需要消耗更多的CPU資源，并消耗了內存。

　　2. 鏈路狀態(tài)（LS）路由協(xié)議

　　鏈路狀態(tài)路由協(xié)議沒有跳數(shù)的限制，使用“圖形理論”算法或最短路徑優(yōu)先算法。

　　鏈路狀態(tài)路由協(xié)議有更短的收斂時間、支持VLSM（可變長子網(wǎng)掩碼）和CIDR。

　　鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在直接相連的路由之間維護正常的鄰居關系。這允許路由更快收斂。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在會話期間通過交換Hello包（也叫鏈路狀態(tài)信息）創(chuàng)建對等關系，這種關系加速了路由的收斂。

　　不像距離向量路由協(xié)議那樣，更新時發(fā)送整個路由表。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只廣播更新的或改變的網(wǎng)絡拓撲，這使得更新信息更小，節(jié)省了帶寬和CPU利用率。另外，如果網(wǎng)絡不發(fā)生變化，更新包只在特定的時間內發(fā)出（通常為30min到2h）。

　　3. 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議和距離向量路由協(xié)議的比較

4 常用動態(tài)路由協(xié)議的分析

4.1 RIP

　　RIP（路由信息協(xié)議）是路由器生產商之間使用的第一個開放標準，是最廣泛的路由協(xié)議，在所有IP路由平臺上都可以得到。當使用RIP時，一臺Cisco路由器可以與其他廠商的路由器連接。RIP有兩個版本：RIPv1和RIPv2，它們均基于經(jīng)典的距離向量路由算法，最大跳數(shù)為15跳。

　　RIPv1是族類路由（Classful Routing）協(xié)議，因路由上不包括掩碼信息，所以網(wǎng)絡上的所有設備必須使用相同的子網(wǎng)掩碼，不支持VLSM。RIPv2可發(fā)送子網(wǎng)掩碼信息，是非族類路由（Classless Routing）協(xié)議，支持VLSM。

　　RIP使用UDP數(shù)據(jù)包更新路由信息。路由器每隔30s更新一次路由信息，如果在180s內沒有收到相鄰路由器的回應，則認為去往該路由器的路由不可用，該路由器不可到達。如果在240s后仍未收到該路由器的應答，則把有關該路由器的路由信息從路由表中刪除。

　　 RIP具有以下特點：

· 不同廠商的路由器可以通過RIP互聯(lián)；

· 配置簡單； · 適用于小型網(wǎng)絡（小于15跳）；

· RIPv1不支持VLSM；

· 需消耗廣域網(wǎng)帶寬；

· 需消耗CPU、內存資源。

　　RIP的算法簡單，但在路徑較多時收斂速度慢，廣播路由信息時占用的帶寬資源較多，它適用于網(wǎng)絡拓撲結構相對簡單且數(shù)據(jù)鏈路故障率極低的小型網(wǎng)絡中，在大型網(wǎng)絡中，一般不使用RIP。

4.2 IGRP

　　內部網(wǎng)關路由協(xié)議（Interior Gateway Routing Protocol，IGRP）是Cisco公司20世紀80年代開發(fā)的，是一種動態(tài)的、長跨度（最大可支持255跳）的路由協(xié)議，使用度量（向量）來確定到達一個網(wǎng)絡的最佳路由，由延時、帶寬、可靠性和負載等來計算最優(yōu)路由，它在同個自治系統(tǒng)內具有高跨度，適合復雜的網(wǎng)絡。Cisco IOS允許路由器管理員對IGRP的網(wǎng)絡帶寬、延時、可靠性和負載進行權重設置，以影響度量的計算。

　　像RIP一樣，IGRP使用UDP發(fā)送路由表項。每個路由器每隔90s更新一次路由信息，如果270s內沒有收到某路由器的回應，則認為該路由器不可到達；如果630s內仍未收到應答，則IGRP進程將從路由表中刪除該路由。

　　與RIP相比，IGRP的收斂時間更長，但傳輸路由信息所需的帶寬減少，此外，IGRP的分組格式中無空白字節(jié)，從而提高了IGRP的報文效率。但IGRP為Cisco公司專有，僅限于Cisco產品。

4.3 EIGRP

　　 隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和用戶需求的增長，原來的IGRP已顯得力不從心，于是，Cisco公司又開發(fā)了增強的IGRP，即EIGRP。EIGRP使用與IGRP相同的路由算法，但它集成了鏈路狀態(tài)路由協(xié)議和距離向量路由協(xié)議的長處，同時加入散播更新算法（DUAL）。

　　EIGRP具有如下特點：

　　· 快速收斂。快速收斂是因為使用了散播更新算法，通過在路由表中備份路由而實現(xiàn)，也就是到達目的網(wǎng)絡的最小開銷和次最小開銷（也叫適宜后繼，feasible successor）路由都被保存在路由表中，當最小開銷的路由不可用時，快速切換到次最小開銷路由上，從而達到快速收斂的目的。

　　· 減少了帶寬的消耗。EIGRP不像RIP和IGRP那樣，每隔一段時間就交換一次路由信息，它僅當某個目的網(wǎng)絡的路由狀態(tài)改變或路由的度量發(fā)生變化時，才向鄰接的EIGRP路由器發(fā)送路由更新，因此，其更新路由所需的帶寬比RIP和EIGRP小得多——這種方式叫觸發(fā)式（triggered）。

　　· 增大網(wǎng)絡規(guī)模。對于RIP，其網(wǎng)絡最大只能是15跳（hop），而EIGRP最大可支持255跳（hop）。

　　· 減少路由器CPU的利用。路由更新僅被發(fā)送到需要知道狀態(tài)改變的鄰接路由器，由于使用了增量更新，EIGRP比IGRP使用更少的CPU。

　　· 支持可變長子網(wǎng)掩碼。

　　· IGRP和EIGRP可自動移植。IGRP路由可自動重新分發(fā)到EIGRP中，EIGRP也可將路由自動重新分發(fā)到IGRP中。如果愿意，也可以關掉路由的重分發(fā)。

　　· EIGRP支持三種可路由的協(xié)議（IP、IPX、AppleTalk）。

　　· 支持非等值路徑的負載均衡。

　　· 因EIGIP是Cisco公司開發(fā)的專用協(xié)議，因此，當Cisco設備和其他廠商的設備互聯(lián)時，不能使用EIGRP

4.4 OSPF

　　開放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）協(xié)議是一種為IP網(wǎng)絡開發(fā)的內部網(wǎng)關路由選擇協(xié)議，由IETF開發(fā)并推薦使用。OSPF協(xié)議由三個子協(xié)議組成：Hello協(xié)議、交換協(xié)議和擴散協(xié)議。其中Hello協(xié)議負責檢查鏈路是否可用，并完成指定路由器及備份指定路由器；交換協(xié)議完成“主”、“從”路由器的指定并交換各自的路由數(shù)據(jù)庫信息；擴散協(xié)議完成各路由器中路由數(shù)據(jù)庫的同步維護。

　　OSPF協(xié)議具有以下優(yōu)點：

　　· OSPF能夠在自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫內表示整個網(wǎng)絡，這極大地減少了收斂時間，并且支持大型異構網(wǎng)絡的互聯(lián)，提供了一個異構網(wǎng)絡間通過同一種協(xié)議交換網(wǎng)絡信息的途徑，并且不容易出現(xiàn)錯誤的路由信息。　　· OSPF支持通往相同目的的多重路徑。

　　· OSPF使用路由標簽區(qū)分不同的外部路由。

　　· OSPF支持路由驗證，只有互相通過路由驗證的路由器之間才能交換路由信息；并且可以對不同的區(qū)域定義不同的驗證方式，從而提高了網(wǎng)絡的安全性。

　　· OSPF支持費用相同的多條鏈路上的負載均衡。

　　· OSPF是一個非族類路由協(xié)議，路由信息不受跳數(shù)的限制，減少了因分級路由帶來的子網(wǎng)分離問題。

　　· OSPF支持VLSM和非族類路由查表，有利于網(wǎng)絡地址的有效管理。

　　· OSPF使用AREA對網(wǎng)絡進行分層，減少了協(xié)議對CPU處理時間和內存的需求。

4.5 BGP

　　BGP用于連接Internet。BGPv4是一種外部的路由協(xié)議。可認為是一種高級的距離向量路由協(xié)議。

　　在BGP網(wǎng)絡中，可以將一個網(wǎng)絡分成多個自治系統(tǒng)。自治系統(tǒng)間使用eBGP廣播路由，自治系統(tǒng)內使用iBGP在自己的網(wǎng)絡內廣播路由。

　　Internet由多個互相連接的商業(yè)網(wǎng)絡組成。每個企業(yè)網(wǎng)絡或ISP必須定義一個自治系統(tǒng)號（ASN）。這些自治系統(tǒng)號由IANA（Internet Assigned Numbers Authority）分配。共有65535個可用的自治系統(tǒng)號，其中65512~65535為私用保留。當共享路由信息時，這個號碼也允許以層的方式進行維護。

　　BGP使用可靠的會話管理，TCP中的179端口用于觸發(fā)Update和Keepalive信息到它的鄰居，以傳播和更新BGP路由表。

　　在BGP網(wǎng)絡中，自治系統(tǒng)有： 1. Stub AS

只有一個入口和一個出口的網(wǎng)絡。

2. 轉接AS（Transit AS）

當數(shù)據(jù)從一個AS到另一個AS時，必須經(jīng)過Transit AS。

　　如果企業(yè)網(wǎng)絡有多個AS，則在企業(yè)網(wǎng)絡中可設置Transit AS。

　　IGP和BGP最大的不同之處在于運行協(xié)議的設備之間通過的附加信息的總數(shù)不同。IGP使用的路由更新包比BGP使用的路由更新包更小（因此BGP承載更多的路由屬性）。BGP可在給定的路由上附上很多屬性。

　　當運行BGP的兩個路由器開始通信以交換動態(tài)路由信息時，使用TCP端口179，他們依賴于面向連接的通信（會話）。

　　BGP必須依靠面向連接的TCP會話以提供連接狀態(tài)。因為BGP不能使用Keepalive信息（但在普通頭上存放有Keepalive信息，以允許路由器校驗會話是否Active）。標準的Keepalive是在電路上從一個路由器送往另一個路由器的信息，而不使用TCP會話。路由器使用電路上的這些信號來校驗電路沒有錯誤或沒有發(fā)現(xiàn)電路。　　某些情況下，需要使用BGP：

· 當你需要從一個AS發(fā)送流量到另一個AS時；

· 當流出網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流必須手工維護時；

· 當你連接兩個或多個ISP、NAP（網(wǎng)絡訪問點）和交換點時。

以下三種情況不能使用BGP：

· 如果你的路由器不支持BGP所需的大型路由表時；

· 當Internet只有一個連接時，使用默認路由；

· 當你的網(wǎng)絡沒有足夠的帶寬來傳送所需的數(shù)據(jù)時（包括BGP路由表）。

　　幾種常用動態(tài)路由協(xié)議的比較

　　范永清，男，1992年畢業(yè)于西安電子科技大學，工學學士，現(xiàn)供職于中國工商銀行三明市分行技術保障處，任網(wǎng)絡工程師。長期以來，主要從事計算機網(wǎng)絡的管理、維護工作，2000年12月，通過Cisco公司的CCNA認證。