计算机三级网络技术知识汇总【4】

第四章 路由设计技术基础

1. IP路由选择

1.1 初识路由器

路由器（Router）是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。

1.2 分组转发

分组转发是指路由器转发 IP 分组的物理传输过程。一个主机通常是与一台路由器相连，这台路由器则默认为分组转发的路由器。

分组转发的分类：

1. 直接转发：同一网络
2. 间接转发：不同网络

1.3 路由选择算法分类

​ 静态路由选择算法：其路由信息是网络管理员手工配置的，且需要网络管理员手工修改路由表中的路由表项，以适应网络的拓扑结构变化或网络链路状态的变化。

​ 动态路由选择算法：其路由信息是通过相互连接的路由器彼此间交换路由信息，然后按照一定的算法计算并优化而得出的，同时为适应不断变化的网络，还需要在一定时间间隔对这些路由信息不断更新，以及时获得优化的路由选择效果。

​ 无类域间路由协议（CIDR），支持通过子网划分的相反过程来汇聚路由表项。

​ 无类域间路由协议使用网络前缀法表示路由表的表项，具体路由表的项目表示由“网络前缀”和“下一跳地址” 两项内容组成。路由选择变为从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由的过程。这就是“最长前缀匹配”的路由 选择规则。

2. 路由汇聚

此类题目主要考察输出端口的填写，如上题：

左边的为S0部分，右边为S1部分，从上到下的三个方框经过路由聚合就可以分别表示表格中从上到下的S0的输出端口，右侧同理。

路由聚合的方法：

以左上角的方框为例，将58.45.63.242和58.45.63.241这两个IP地址路由聚合。

• 首先将两个IP地址转化为二进制分别得到
  • 00111010.00101101.00111111.11110010（58.45.63.242）
  • 00111010.00101101.00111111.11110001（58.45.63.241）
• 聚合：找不同（一样的地方直接抄，不同的地方变为0）
  • 聚合后的二进制：00111010.00101101.00111111.11110000
  • 聚合后的十进制：58.45.63.240
• 填写答案，加上子网掩码用斜线记法
  • 一共32位有两位为主机位，故为30位
  • 58.45.63.240\30
• 补充：
  • 以上的聚合方法都是在最后一个位段产生不同，但是在聚合的时候如果遇到中间位段有不同的，那么即使后面的位段是相同的也需要归零处理。
    • 例如上图左下角的部分，即使最后一个位段都相同均为1，但是最后的目的网络的最后一个位段仍为0。
  • 同时也需要注意，聚合后的IP地址不能和已有的三个IP相同或者可分配的主机数大于3（这两条规则如果有一条不满足就需要借位），所以这种情况一般出现在中间那两个方框的聚合情况中。
    • 借位只需要将前面的网络位借一位给主机位，直到上面的两个条件满足，所以得出的最后的目的网络就会与正常求解得出的目的网络不一样。

3. 路由选 择协议

3.1 自治系统

Internet 采用分层的路由协议，将整个 Internet 划分成许多较小的自治系统。自治系统包括两方面的内容：

• 自治系统内部路由器了解内部网络的全部路由信息。

• 自治系统内部的路由器要向主路由器报告内部路由信息。

路由选择协议：内部网关协议（RIP/OSPF）和外部网关协议（BGP）。

3.2 路由信息协议

3.2.1 RIP（ 路由信息协议）

RIP（ 路由信息协议）是一种分布式、基于距离向量的内部网关协议。适用于小型同类型网络的一个自治系统内 的路由信息的传递。它使用**“跳数”**来衡量到达目标地址的路由距离。

3.2.1.1 RIP 的原理

路由刷新报文主要内容是由若干个**（V,D）**组成的表。

V：表示该路由器可以达到的目的网络或者目的主机；

D：对应该路由上的**“跳数”**。

RIP 规定，路由器每 30 秒向外广播一个（V,D）报文（周期性）。

RIP 规定，一条有限的路径长度不得超过 15。

3.2.1.2 RIP 的工作过程

• 接受路由表和原表比较是否有更新项。

• 最短路径原则。

3.2.2 最短路径优先协议（OSPF）

OSPF 是开放最短路径优先（Open Shortest Path First）协议，也是内部网关协议的一种，它的出现是为了解决RIP 协议中的不足。开放式最短路径优先协议主要用于在自治系统（AS）内部路由器之间传输路由信息，也是属于 内部网关协议。

OSPF 协议的特点：

（1）OSPF 使用分布式链路状态协议，而 RIP 使用的是距离向量协议（使用距离或跳数来确定传输路径）。

（2）OSPF 协议要求路由器发送的信息是本路由器与哪些路由器相连，以及链路状态的度量。链路状态“度量” 主要是指费用、距离、延时、带宽等。

（3）OSPF 协议要求当链路状态发生变化时用**“洪泛法”向所有**路由器发送此信息，而 RIP 仅向自己相邻的几 个路由器发送交换路由信息。

（4）OSPF 协议的路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有路由器最终都会建立一个链路状态数据库， 也就是全网拓扑结构图。

（5）为了适应规模很大的网络，并使更新过程收敛的更快，OSPF 协议将一个自治系统再划分为若干个更小的 范围，叫做区域。

（6）每个区域有一个 32 位区域标识符（用点分进进制表示），在一个区域内的路由器数不超过 200 个。

3.2.3 外部网关协议（BGP）

3.2.3.1 BGP 的主要特征：

（1）BGP 也称边界网关协议（又称为外部网关协议），是在 AS 之间传递路由信息以及控制优化路由信息。

（2）BGP 是一种“路径矢量”路由协议，BGP-4 采用了路由向量路由协议，与 RIP、OSPF 有很大区别。

（3）为了保证 BGP 的可靠传输，BGP 发言人之间交换信息需要先建立 TCP 连接：通过 TCP 的可靠传输机制、 重传、排序等机制来保证 BGP 消息报文传输的可靠性。

（4）BGP 支持 CIDR 和路由聚合，可以将一些连续的子网聚合合成较大的子网（突破了标准分类地址限制）， 从而可以在一定程度上控制路由表的快速增长，并降低了路由查找的复杂度。

（5）与 IGP 不同，BGP 最重要的特性是丰富的路由属性以及强大的路由过滤和路由策略。通过使用路由策略 等方法来更高路由属性，或根据路由更新信息中的属性来实现路由过滤和路由策略，从而使 BGP 的使用者可以非常灵活地对路由进行选路和控制。

3.2.3.2 BGP 路由选择协议工作过程

（1）边缘路由器初始化

（2）BGP 路由协议四种分组

• 打开（OPEN）报文：用来与相邻的另一个 BGP 发言人建立关系。

• 更新（UPDATE）报文：用来发送某一路由信息，以及列出要撤销的多条路由。

• 保活（KEEPALIVE）报文：**用来确认打开报文和周期性（**30 秒）地证实邻占关系。

• 通知（NOTIFICATION）报文：用来发送检测到的差错。