【网络协议】动态路由协议

前言

本文将概述动态路由协议，定义其概念，并了解其与静态路由的区别。同时将讨论动态路由协议相较于静态路由的优势，学习动态路由协议的不同类别以及无类别（classless）和有类别（classful）的特性等。

【网络协议】静态路由详解

文章目录

- 前言
- 正文
- 定义
- 分类
- 路由协议的运行原理
- 动态路由协议的优缺点
- EGP vs IGP
- 距离矢量路由协议 vs 链路状态路由协议
- 类路由协议与无类路由协议
- 管理距离与度量值

正文

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为了让网络中的所有设备实现通信，手动配置所有静态路由的管理开销将非常大，因为所有静态路由都需要手动配置。

对于网络管理员来说，教会路由器如何自动找到从一个点到另一个点的路径是否更加轻松？动态路由协议正是为了解决这个问题而设计的。

动态路由协议是用于大型网络的一种解决方案，它能够减少因配置静态路由而带来的复杂性。在大多数网络中，通常会同时使用动态路由和静态路由的组合。

定义

路由协议是一种使路由器能够交换路由信息的工具，它允许路由器动态学习远程连接的网络信息。这些信息会被添加到路由器的路由表中，并用作转发数据包的依据。

分类

动态路由协议可以按以下几种方式分类：
1.内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）
2.距离向量、路径向量和链路状态路由协议
3.有类别（Classful）和无类别（Classless）路由协议

以下表格列出了各种动态路由协议的类别。

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下表提供了本专栏所涵盖路由协议的详细信息：

缩写	全称	标准	年份	RFC
EIGRP	Enhanced Interior Gateway Routing Protocol	CISCO	1992	NULL
OSPFv2	Open Shortest Path First version 2	Open	1991	5709
OSPFv3	Open Shortest Path First version 3	Open	1999	5838

路由协议的运行原理

现在我们已经了解了路由协议的基本概念，需要进一步理解其运行方式。

路由协议由过程、消息、算法组成。它们用于使路由器能够从配置了相同路由协议的其他路由器中学习远程连接的网络。学到的路由被添加到路由表中，作为转发数据包的依据。

路由协议的功能包括：1.发现远程网络；2.维护最新的路由信息；3.确定路径。

路由协议的组成部分：

数据结构：用于存储远程网络的信息，通常保存在 RAM 中，例如邻居表和拓扑表。
算法：即确定到特定网络最佳路径的一系列步骤。
路由协议消息：用于维护最新路由信息的消息，例如 Hello 消息和更新消息。

尽管不同的路由协议运行方式可能有所不同，但所有路由协议都有一些共同特性：

在接口上交换信息以发现邻居路由器
交换已发布的路由
运行算法以确定最佳路径
将最佳路径添加到路由表
检测拓扑更改并进行必要的调整

动态路由协议的优缺点

优点
1.当拓扑发生变化时，能够动态交换路由信息。
2.相较于静态路由，管理开销较少，静态路由需要手动配置。
3.比静态路由更不易出错。
4.更具可扩展性，因为管理开销较低。

缺点
1.配置难度较高，需要管理员具备更多专业知识。
2.消耗更多的路由器资源，例如 CPU 和 RAM。

EGP vs IGP

按协议类型区分，路由协议分为以下两类：
1.EGP - 外部网关协议（Exterior Gateway Protocols）
2.IGP - 内部网关协议（Interior Gateway Protocols）

这种分类基于自治系统（Autonomous Systems）。

自治系统（也称为路由域）是指由同一管理机构控制的一组路由器。例如，一家公司 XYZ 的所有网络都构成一个自治系统，而连接总部和分支机构的租赁线路及由 ISP 管理的网络构成另一个自治系统。

以下展示了此分类的示例拓扑图。

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XYZ 控制的网络被标记为 AS 100，而 ISP 被标记为 AS 650。

内部网关协议 (IGP) 用于自治系统内的路由——即在一个自治系统内的路由。
外部网关协议 (EGP) 用于自治系统之间的路由——即在不同自治系统之间的路由。

例如，在这种情况下，XYZ 总部与分支机构之间的路由将使用 IGP，而公司 XYZ 与 ISP 之间的路由将使用 EGP。

距离矢量路由协议 vs 链路状态路由协议

按工作原理区分，内部网关协议 (IGP) 可以分为两种类型：

距离矢量路由协议
链路状态路由协议

距离矢量路由协议的意思是，路由信息以“距离和方向的矢量”形式被通告。
如果以游客寻路为例，使用距离矢量协议的游客将仅依靠路标来前进。他们不了解完整的地形或可能的障碍，仅知道下一个到达目的地的路标位置。

距离矢量路由协议适用于以下场景：

网络简单且扁平，不需要特殊的分层设计。
管理员对链路状态协议的配置和故障排查缺乏经验。
部署特定类型的网络，例如星型网络（hub-and-spoke）。
网络中最差收敛时间并不是主要关注点。

另一方面，如果游客拥有一份详细的地图，了解通往目的地的多条路径及其细节，他们将使用链路状态路由协议。

链路状态路由协议通常具备网络拓扑的完整视图，通常能够了解最佳路径以及备用路径。链路状态协议使用最短路径优先算法 (SPF) 来确定到网络的最佳路径。

链路状态路由协议适用于以下场景：

网络设计是分层的，通常出现在大型网络中。
管理员对链路状态协议的实现有良好的理解。
网络需要快速收敛。

类路由协议与无类路由协议

类路由协议 (Classful Routing Protocols)
类路由协议在路由更新中不包含子网掩码。这是因为它们在 CIDR 和 VLSM 引入之前设计的。
例如：RIPv1。

无类路由协议 (Classless Routing Protocols)
无类路由协议在路由更新中包含子网掩码和网络地址。

在本课程中，我们将重点关注无类路由协议，因为类路由协议在路由更新中不包含子网掩码，因此它们无法在已经划分子网的网络中工作，在现代网络中已不再使用。

管理距离与度量值

假设一个路由器有多个到达某网络的路径，它将如何确定最佳路径？

度量值 (Metric) 是路由协议用来分配到达远程网络成本的机制。
在游客寻路的例子中，这可能是游客前往目的地所需的燃料量。度量值用于在存在多条路径时确定到网络的最佳路径。

下表显示了本专栏中将涵盖的各种路由协议使用的度量值：

路由协议	度量值	描述
RIPv1	跳数 (Hop Count)	源网络与目标网络之间的路由器数量。
RIPv2	跳数 (Hop Count)	源网络与目标网络之间的路由器数量。
EIGRP	复合度量值	多种值的组合，用于确定最佳路径。复合度量将在 EIGRP 章节中讨论。
OSPFv2	成本 (Cost)	从路由器到目标网络的带宽或配置成本。
OSPFv3	成本 (Cost)	从路由器到目标网络的带宽或配置成本。