这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第2篇笔记。

路由

在使用设备进行网络通信的时候就一定会涉及到路由。路由（routing）是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程

让我们试着通过一个类比来理解路由。想象一个场景，你下班后正准备从公司开车回家，此时路上塞满了车辆，你将在手机地图上查找道路和交通状况。根据路况，你将选择最通畅的那条路回家。

动态路由

路由协议有静态和动态协议两种，动态路由跟静态路由是相对的。动态路由协议，就是路由器能够自己建立路由表，不需要管理员手动一条一条将路由加表，这样就节省了许多人力。同时当网络中出现故障时，路由器可以自行检测链路，并选择最优的路径进行数据转发。

所有的动态路由协议在TCP/IP协议栈中都属于应用层的协议。但是不同的路由协议使用的底层协议不同。

四种动态路由协议：内部网关协议（RIP、OSPF、IS-IS）、外部网关协议（BGP）

1、RIP协议-路由信息协议

属于最早的动态路由协议优点：节约成本，对资源消耗较低，配置简单，对硬件要求低，占用CPU、内存低，所以在小型网络中还有使用到。缺点：计算路由慢，链路变化了收敛慢，能够保存的路由表相对较小，最多只能支持15台设备的网络，只适用于小型网络

RIP是应用较早使用较为普遍的内部网关协议，是典型的距离矢量协议（距离矢量的意思，假设现在有R1->R2->2.2.2.0/24这条链路，对于R1来说，发送到目标，朝着R2方向两跳，矢量就是有方向的） 。RIP是基于UDP，端口520的应用层协议。

实现：RIP采用周期性广播的方式更新整张路由表，即相互交换路由表学习自己不知道的网段（新路由加入时，初始化的路由表上有该路由直通的其他路由信息）。RIP需要经过N轮学习完成路由器的所有网段位置的学习进而收敛，实现内部网关全网可达。

收敛的解释：当所有路由表都包含相同的网络信息且无新信息时收敛结束。路由器在完成收敛之前无法完成正常工作。

RIP缺陷拓展：RIP环路

RIP环路产生过程

1、首先假设10.4.0.0网段Down掉，那么C路由器会在路由表中去掉10.4.0.0网段的路由信息，此时没毛病；

2、当下一个更新周期来到时，B会向C更新自己的路由表，C一看B的路由表中有10.4.0.0网段的路由且metric = 1自己没有，所以会在自己的路由表中加入一跳路由：

目标网段：10.4.0.0。 矢量： S0 （从B学习到的所以方向从S0口出）。 距离： 2 （C路由表中为1所以此处应 + 1）

3、此时便形成路由环路，没有防环机制的话，10.4.0.0这条路由会被一直在网络中的路由器学习更新，每学一次metric值便增加1，如此往复直到达到无穷大，耗尽路由器资源网络瘫痪。

RIP防环机制：

（1）规定最大跳数为16，凡是达到16跳为不可达路由。

（2）水平分割：收到广播信息的端口不进行广播。不加限制的时候，RIP环产生的一个重要原因是路由器所有信息发往所有相邻路由器。经过水平分割之后，路由器必须有选择的发送路由信息，即当向某个相邻路由器发送更新消息时，绝不能包含从从该路由得到的信息。

（3）路由毒（Route Poisoning）化或毒性反转：如果10.4.0.0挂掉了，立刻将该目标的距离设为16不可达，并泛洪告诉其他路由，例如上图的A和B，随之B和A会在第一时间收到消息，将该4.0网段从自己的路由表中删除（此处的删除非真正的删除，只是隐藏起来在RIP的数据库中，并启动一个抑制计时器，在有效时间范围之内4.0若是恢复可重新回到路由表中）。

2、OSPF协议-开放最短路径优先协议

      OSPF解决了RIP的缺点，OSPF 是基于链路状态（ Link State ）的自治系统内部路由协议，用来替代 RIP 协议

最短路径说明：

 

OSPF是一种链路状态路由协议。在链路状态路由协议中路由器对全网拓扑完全了解。是"传信的路由”，A将信息放在一封信里发给B，B对其不做任何改变，拷贝下来，并将自己的信息放在另一封信里，两封信一起给c，这样，信息没有任何改变和丢失，最后所有路由器都收到相同的一堆信，这一堆信就是LSDB。然后，每个路由器运用相同的SPF算法，以自己为根，计算出SPF Tree(即到达目的地的各个方案），选出最佳路径，放入路由表中。

OSPF工作流程：

OSPF接口发送Hello包，建立邻居关系，之后学习链路状态信息（互相发送LSA链路状态通告相互通告路由），形成链路状态数据库（LSDB） 。再通过Dijkstra算法(SPF算法) ，计算最短路径树（cost最小）后放入路由表。

3、ISIS协议-中间系统到中间系统协议

传输网/运营商网络主要使用的协议优点：算法与OSPF类似，收敛快，安全性高。缺点：异常处理资料不如OSPF丰富

4、BGP协议-边界网关协议（交换路由信息）

一个简单的应用，比如BGP可以用于网通和电信之间路由的相互传递，如果使用其它IGP（OSPF或者ISIS）的话，会由于路由数量太多，无法计算出来路由，或者路由计算非常慢。同时，网通和电信之间网络放在一起使用内部网关协议是不安全的，网通没有理由信任电信的网络。

BGP应用于不同的AS之间，AS是指在同一组织管理下，使用统一选路策略设备的集合。

BGP是一种外部网关协议，其着眼点不在于发现和计算路由，而在于控制路由的传播和选择最佳路由，实现路由信息交换，即知道地址属于哪个AS，进行相应的转发，具体的路由实现交付内部网关协议实现。BGP具有如下优点：

（1）BGP是基于TCP的路由协议（端口号179），只要能够建立TCP就能够建立BGP；

（2）BGP只传递路由信息，不计算路由，不会暴露AS内部的网络拓扑；

（3）BGP的路由更新是触发更新，不是周期性更新；

（4）BGP是一种距离矢量路由协议，在设计上就避免了环路的发生；

BGP工作流程：

建立连接的两台设备互为对等体；BGP为确保两端设备都存活，要求运行BGP的设备周期性发送keepalive报文；若一端设备在超过存活时间未发布keepalive消息，就会认为对方已经停止BGP运行，于是会拆除TCP连接，并会将从对端学到的路由全部删除。

IBGP邻居：在同一个AS内，建立邻居的两个BGP路由器

EBGP邻居：在不同AS之间，建立邻居的两个BGP路由器

因为IBGP路由器是同一AS，若相互宣告网络会引起路由环路，则BGP规定IBGP只会向EBGP宣告路由信息。

若IBGP建立邻居交换路由信息后，但AS内部没有去往IBGP的路由，则路由信息被丢弃，所以需要进行IGP（内部网关）与BGP（边界网关）的路由同步。

BGP路由协议的主要目的是在自治系统之间传递路由信息，而不是发现和计算路由信息，所以路由信息需要通过配置指令的方式注入到奥BGP中，则BGP注入路由有两种方式：Network（发送）和import（导入）。