路由选择技术

Posted on 2006-06-16 10:29 Enjoy Life 阅读(1649) 评论(0) 编辑收藏引用所属分类: Linux Programming Doc

因特网的路由选择技术

前言

21 世纪将进入信息时代，信息高速公路将成为信息社会的主要传播媒体，因特网作为这项革命的推动力，近几年来急剧发展起来，用户已超过了 6000 万。由于因特网丰富的信息资源、灵活方便地信息存取方式，已越来越被人们所认同。因特网的连网概念是利用装有连网协议的路由器进行对等对话来选择路由，到达最终的目的地，因而路由选择是其核心技术。

本论文对常用的内部网关路由协议 RIP 、 OSPF 、 IGRP 、 E-IGRP 及外部网关路由协议 BGP 的特性、优缺点进行了比较讨论，并在此基础上提出了一些因特网上的路由选择策略，对路由的优化配置也提出了一些方案，如路由聚合的使用等。最后，对当今最新的路由交换技术，如多协议标记交换（ MPLS ）技术、线速路由交换机作了简单的介绍。

第一章路由选择概述

1.1 路由选择定义

路由选择是指选择通过互连网络从源节点向目的节点传输信息的通道，而且信息至少通过一个中间节点。路由选择工作在 OSI 参考模型的网络层。

1.2 路由选择的组成

路由选择包括两个基本操作，即最佳路径的判定和网间信息包的传送（交换）。两者之间，路径的判定相对复杂。

1.2.1 路径判定

在确定最佳路径的过程中，路由选择算法需要初始化和维护路由选择表（ routing table ）。路由选择表中包含的路由选择信息根据路由选择算法的不同而不同。一般在路由表中包括这样一些信息：目的网络地址，相关网络节点，对某条路径满意程度，预期路径信息等。

路由器之间传输多种信息来维护路由选择表，修正路由消息就是最常见的一种。修正路由消息通常是由全部或部分路由选择表组成，路由器通过分析来自所有其他路由器的最新消息构造一个完整的网络拓扑结构详图。链路状态广播便是一种路由修正信息。

1.2.2 交换过程

所谓交换指当一台主机向另一台主机发送数据包时，源主机通过某种方式获取路由器地址后，通过目的主机的协议地址（网络层）将数据包发送到指定的路由器物理地址（介质访问控制层）的过程。

通过使用交换算法检查数据包的目的协议地址，路由器可确定其是否知道如何转发数据包。如果路由器不知道如何将数据包转发到下一个节点，将丢弃该数据包；如果路由器知道如何转发，就把物理目的地址变换成下一个节点的地址，然后转发该数据包。在传输过程中，其物理地址发生变化，但协议地址总是保持不变。下图给出了交换过程：

源主机 PC

目的主机地址（协议地址）

路由器 1 （物理地址）

数据包

到目的主机地址（协议地址）

路由器 2 （物理地址）

路由器 1

数据包

路由器 2

数据包

到目的主机地址（协议地址）

路由器 3 （物理地址）

+

路由器 3

数据包

到目的主机地址（协议地址）

到目的主机地址（物理地址）

目的主机 PC

1.3 路由选择算法

各种路由算法不尽相同，主要是由于：首先，算法设计者的设计目标会影响路由选择协议的运行结果；其次，现有的各种路由选择算法对网络和路由器资源的影响不同；最后，不同的计量标准也会影响最佳路径的计算结果。

1.3.1 路由选择算法设计目标

1．最优性

最优性指路由选择算法选择最优路径的能力，最优路径取决于计量标准和用于计量的权值。

2．简易性和低开销

所谓简易性和低开销指必须用最少的软件和最低的开销来提供最有效的功能。

3. 强壮性和稳定性

强壮性和稳定性意味着路由选择协议必须在出现异常情况或突发事件时（如硬件故障，高负载状态和不正确操作）也能正常运行。稳定性则要求其能运行于各种不同的网络环境中，并且有良好容错性。

4. 快速收敛性

所谓收敛是指所有路由器在最佳路径上取得一致的过程。当路由器发送修正路由消息，该消息在网络上传播，引发路由器重新计算最优路由，并最终促使所有路由器承认新的最优路由，这就是路由收敛的过程。如果路由选择算法收敛过慢，会导致路由循环或网络发生故障。

5. 灵活性

灵活性要求路由选择算法能迅速准确地适应网络环境（如网络带宽、路由器队列大小、网络延迟）的变化。

1.3.2 路由算法类型

( 1 ) 静态和动态路由选择算法

静态路由选择算法严格来说并不是一种算法，而是由网络管理员在路由选择前就已手工建立了映射表。九十年代以来，大多数优秀路由选择算法都是动态的，通过分析接收的路由修正消息来适应网络环境的变化。但静态路由选择算法也可以弥补动态路由选择算法的某些不足，如可以指定一些无法选择路由的数据包转发到某个指定的路由器，以保证所有数据包都得到处理。

( 2 ) 单路径和多路径路由选择算法

一些复杂的路由选择协议支持多路径到达同一目的节点，多路径路由算法允许信息流在多条链路上进行复用，从而提高了数据吞吐率和可靠性，如 OSPF ， EIGRP 协议。

( 3 ) 平面和分层路由选择算法

在平面路由选择算法中，所有路由器是对等的，而在分层路由选择算法中，路由器被划分成主干路由器和非主干路由器。

分层路由类似于公司的组织结构。它将路由系统划分为自治系统、区域等逻辑节点。处于系统顶层的是主干路由器，域内的路由器只要了解本域的路由器，域之间来自非主干路由器的数据包先被传送到主干路由器中，再由主干路由器传送至目的节点，这样有效的减少了域之间的路由修正信息的广播。

( 4 ) 主机智能和路由器智能路由选择算法

在主机智能路由算法中，源节点决定整个发送路由，路由器仅是一个存储和转发设备，这种方式又叫源路由选择（ source routing ）。而路由器智能则是由路由器根据自己计算的结果来确定互连网络上的路径，现在我们所使用的路由器大多采用该种算法。

( 5 ) 内部网关和外部网关路由协议

这是根据路由选择协议运行的区域加以划分，内部网关路由协议包括 RIP 、 OSPF 、 IGRP 、 E-IGRP 、 IS-IS 等；外部网关路由协议包括 BGP 等。

( 6 ) 链路状态路由选择算法和距离向量路由选择算法

链路状态（ link state ）路由选择算法将路由选择信息发送至互连网络的所有节点上，每个路由器只能传递描述其自身链接状态的那部分路由选择表。而距离向量（ distance vector ）路由选择算法（也称作 Bell-Man 算法）要求每个路由器将路由选择表的全部或部分传送到与其向邻的路由器中。实际上，链路状态路由选择算法只传送小部分的更新信息，而距离向量路由选择算法将大部分或全部的更新信息传送到与其向邻的路由器中。

由于链路状态路由选择算法收敛速度较快，因此，它比距离向量路由选择算法更易避免路由循环。但因链接状态路由选择算法需要占用更多的 CPU 和内存资源，故比距离向量路由选择算法难以支持和实现。

1.4 路由选择计量标准

路由选择算法使用许多不同的计量标准确定最优路由。常用的计量标准有如下几种：

( 1 ) 路径长度（ path length ）

路径长度是最普遍的一种计量标准。在路由选择协议允许网络管理员为每个网络链路分配任意权值的情况下，路径长度是指所经过的每条链路的权值之和，采用这种方式的有 OSPF 协议。当路由选择协议定义了站点数目的情况下，路径长度指数据包从源节点到目的节点过程中通过网络产品（如路由器）的数目。这种方式的典型协议有 RIP 协议。

( 2 ) 可靠性（ reliability ）

可靠性指每个网络链路的可靠性，即网络链路是否容易出故障，出故障是否容易恢复。通常用比特 - 错误率描述。网络管理员可以为每条链路分配不同的可靠性等级。

( 3 ) 路由选择延迟（ routing delay ）

路由选择延迟指的是通过互连网络从源节点向目的节点发送数据包所需的时间。延迟时间取决于诸多因素，其中包括网络链路的带宽及网络堵塞程度、沿途每个路由器端口的队列和传输的物理距离等。延迟时间是一种应用最广泛最有用的计量标准。

( 4 ) 带宽（ bandwidth ）

带宽指链路传输信息流容量的能力。但带宽大并不意味着路由就好，如果链路非常忙，则通过它向目的节点传送数据包所需时间可能会更长。

( 5 ) 负载（ load ）

负载指网络资源的繁忙程度，可用多种不同方式计算，包括 CPU 利用率和每秒处理数据包的次数。

( 6 ) 通信开销（ communication cost ）

通信开销指传输数据包的费用，尤其是公司关心运行费用胜过运行性能时，这是一种重要的计量标准。

1.5 路由传输协议和路由选择协议

路由传输协议 (Routed Protocol) 指互连网络上进行路由传输的协议，如 IP ， DECnet , AppleTalk , Novell NetWare , OSI ,Xerox NS 等。

路由选择协议 (Routing Protocol) 指那些执行路由选择算法的协议，即控制数据包选路的协议，如 RIP ， OSPF ， IGRP ， E-IGRP ， BGP ， IS-IS 等。本文将重点讨论此类协议的特点及应用策略。

需要注意的是，在 IP 路由选择中，每个节点只将数据包向前传送，而不管它是否能到达目的地，也就是说，在路由选择时，路由选择协议不向源节点提供差错报告，这项工作由网间控制信息协议（ ICMP ）来完成。

第二章选路信息协议（RIP）

RIP 来源于加利福尼亚伯克利分校设计的routed(路由守护神)程序，因将其附加在流行的4BSD UNIX 系统上一起分发，从而使得许多TCP/IP网点更本没考虑其技术上的优劣就采用了routed并开始使用RIP协议。

2.1 路由算法

RIP 协议的基础就是基于本地网的距离矢量算法而实现的。它将通信的机器分为主动的（active）和被动的（passive/silent）。主动路由器向其他相邻路由器通告其路由，发送全部或部分路由表信息，而被动路由器接收通告并在此基础上更新其路由，它们自己并不通告路由。只有路由器能以主动方式使用RIP，而主机只能使用被动方式。

当路由器以主动方式运行RIP协议时，它将每隔30秒广播一次报文，该报文包含了路由器当前的选路数据库中的信息。每个报文由序偶构成，每个序偶包括一个IP网络地址和一个代表到达该网络的距离的整数构成。运行RIP协议的主动机器和被动机器都要监听所有的广播报文，并根据距离矢量算法来更新其路由表。

2.1.1 度量标准

RIP 使用跳数度量（hop count metric）来衡量到达目的地站点的距离。在RIP度量标准中，将路由器到它直接相连的网络的跳数定义为1。因此从给定原站到目的站的一条路径的跳数（number of hops/hop count）对应于数据报沿该路径传输时所经过的路由器数。RIP中跳数的取值范围为1 — 16 ，16表示无穷大。

2.1.2 RIP 报文格式

0 8 16 24 31

命令（1-5）	版本	必为零
网1的协议族		必为零
网1的IP地址
必为零
必为零
至网1距离
网2的协议族		必为零
网2的IP地址
必为零
必为零
至网2距离
┄┄

2.1.3 性能和可靠性的改进：

1 . 为防止路由在两个或多个费用相等的路径之间振荡不定，RIP规定在得到费用更小的路由之前保留原有的路由不变。即当路由器收到另一个路由器传来的路由时，它将保留该路由直到收到更好的路由。

2. RIP 规定所有收听者必须对通过RIP获得的路由设置定时器。当路由器在路由表中安置新的路由时，也应设置计时器。当该路由器又收到关于该路由的另一个广播报文后，定时器也要重新设置。如果经过180秒后还没有下一次该路由的通告，它就变成了无效路由。这种设置定时器的方式，使得运行RIP协议的路由器能够及时检测到网络上的其他路由器是否发生故障（如崩溃）及对路由表完成更新操作。

2.2 RIP 协议的缺陷

RIP 协议的距离矢量算法和度量标准决定了其以下几个缺点：

1 ．使用跳数来衡量最短路径并不一定能得到最佳结果，这种方法仅仅是对路由耗费的粗略衡量。当某条路由的跳数较小，但传输耗费较大，RIP协议仍会选择该路由，这时RIP就失败了。例如：一条经过三个以太网的跳数为3 的路径，可能比经两条低速串行线的跳数为2 的路径快的多。

2 ． RIP 协议规定了其路由的跳数最大为15 ，这大大限制了网络的规模和协议的使用范围。因此，对那些实际跳数在16左右的互连网络，管理者要么把他们划分为若干部分，要么采用其他协议，以使得用较小的跳数来防止出现的不稳定现象。

3． RIP 协议所使用的距离矢量算法会产生慢收敛（slow convergence）和无限计数（count of infinity）问题，从而引发各路由器的路由表不一致。

图1 慢收敛问题

如图1，现假设（b）中R1到网络2的连接失败，那么R1立即更新了它的选路表把该路由的距离设置为16（无穷大）。在下一次广播时，R1应通告这一消息，但可能其他路由器在R1广播之前就广播了其路由。如（b）中假设R2正好在R1与网络2连接失败时通告其路由，因此R1就会收到R2的报文，并使用通常的距离矢量算法：它注意到R2有到达网络2的费用更低的路由，计算出到达网络2需要3 hops,然后在路由表中装入新的通过R2到达网络2的路由，而R2中仍是通过R1到达网络2的路由。这样的话，R1和R2中的任一个路由器收到去网络2的数据报之后，就会把该报文在两者之间来回传送直到其寿命计时器超时溢出。这就是由于RIP的慢收敛所引起的选路的环路。

4 ．由于距离矢量算法要求每个路由器发送全部或部分路由表信息，这使得每次广播的报文信息量较大，耗费了大量宝贵的带宽，使RIP协议在广域网上的工作效率极低。即便不出现广播雪崩，周期性的广播也会导致网络流量随路由器的增加而急剧增长；同时，在广域网中，抑制时间可能太长，使得高层协议使用的定时器超时从而中断连接。

2.3 慢收敛问题的解决：

2.3.1 水平分割更新技术（ split horizon update ）

为了防止路由选路的环路问题，我们引入了水平分割更新技术。在使用水平分割技术时，路由器记录下收到各路由的接口，而当此路由器通告路由时，就不会把该路由再通过那个接口送回去。如图 1 ，路由器 R2 不会把它到网络 2 的距离为 2 的路由再通告给 R1 ，因此当 R1 与网络 2 连接失败，它就不会再通告该路由。经过几轮选路更新后，所有的机器都会知道网络 2 不可到达。

2.3.2 抑制技术（ hold down timer ）

抑制技术迫使参与协议工作的路由器，在收到关于某网络不可到达的信息后的一段固定时间内，忽略任何关于该网络的路由信息，用于防止周期性的路由更新信息恢复某条已失效的路由。这段抑制时间的典型长度是 60 秒。该技术的思想是等待足够的时间以便确信所有的机器都收到坏消息，从而避免错误的接收内容过时的报文。发生这种情况的原因是未收到网络故障信息的设备向一个已收到网络故障信息的设备发定期的路由更新信息。因此，必须设置网络的阻停时间略长于更新整个网络路由信息的时间。

抑制技术的缺点是：如果出现了选路回路，那么在抑制期间内这些回路仍会维持下去，更严重的是，在抑制期内所有不正确的路由也保留了下来，即便是有替代路由的存在。

2.3.3 阻碍反转更新技术（ poison reverse update ）

当一条连接消失后，路由器在若干个更新周期内都保留该路由，但是在广播路由时则规定该路由的费用为无限长。为提高阻碍反转更新技术的效率，它应该与触发更新技术结合。触发更新技术使得路由器在收到坏消息后就立即进行广播，而不必等到下一个广播周期。这样就减少了因相信好消息而容易出错的时间。

第三章开放最短路径优先协议 (OSPF)

开放最短路径优先协议（OSPF）是由网间工程任务组织（IETF）的内部网关协议（IGP）工作组为IP网络而开发的一种路由协议。OSPF是在80年代中期创立的，当时RIP已不能适应大规模、异构的网络。OSPF的设计克服了RIP协议的许多限制，如：缺乏稳定性、慢收敛及路由环路等问题。顾名思义，OSPF有两个主要特征：第一是它的开放性，OSPF协议是面向大众的，其协议规范由RFC（Request for Comments）1247规定；第二个特性是它是基于SPF算法的协议，SPF算法又称为Dijkstra算法。

3.1 技术基础及 SPF 算法

OSPF 是基于链路状态的路由选择协议，它要求每个路由器将链路状态通告 LEA （ Link Status Advertisement ）发送到相同层次域内的所有其他路由器。有关连接接口、所用连接标准及其他变量信息都包含在 LEA 中。采用 OSPF 协议的路由器首先必须接收有关的链路状态信息，并通过累加链路状态信息，利用 SPF 算法计算到达每个节点的最短路径。与 RIP 协议相比，后者是基于距离矢量的路由选择协议，其执行距离矢量算法的路由器将全部路由选择表放在路由选择更新消息中发送给其他相邻的路由器。

SPF 路由算法是 OSPF 操作的基础，当某个 SPF 路由器上电后，它首先初始化其路由协议的数据结构，然后就等待驱动其接口的低层协议。一旦路由器判定其接口已被驱动，它就用 OSPF 的问候协议来查询其邻接路由器，这里的邻接路由器是指那些与公共网络有接口的路由器。路由器向其邻接路由器发送问候报文，并接收其邻接路由器的问候报文。除了用于查询其邻接路由器外，问候报文还可用于让路由器知道其他的路由器目前是否在多路访问网络中，问候报文将选定一个指定路由器 DR (Design Router) 或一个备份路由器 BDR （ Backup Designated Router ）。指定路由器负责整个多路访问网络的 LSA 的产生。在网络中，指定路由器拥有最高的优先极。指定路由器的建立降低了网络的通信流量，减少了拓扑数据库的容量。

当两个相邻路由器的链路状态同步时，这两个路由器被称为“毗连的”（ Adjacent ）。在多路访问网络中，由指定路由器来决定哪两个路由器是毗连的。拓扑数据库在每对相毗连的路由器间同步，毗连的路由器控制路由协议报文的发布，这些报文仅在毗邻的路由器上发送接收。

每个路由器周期性地发送一个 LSA ，在路由器状态发生变化时也发送 LSA 。 LSA 包括毗连的路由器的信息，通过将毗连路由器与链路状态相比较，可以迅速发现出故障的路由器，并及时改变网络的拓扑。利用 LSA 产生的拓扑数据库，每个路由器都可以以本身为根节点，计算出一个最短路径树，利用最短路径树，就可以产生路由表。

3.2 路由选择的分级：

与 RIP 协议不同， OSPF 协议在同一层次内进行路由选择。同一层次内最大的实体就是自治系统（ AS ）。 AS 是一个具有共同管理者，并共享同一种路由选择策略的网络的集合。在自治系统中，可将相邻的网络及主机划分为若干个称为区域（ Area ）的子集，每个区域是自封闭的（ selfcontained ），区域的拓扑对于该区域外的实体来说是不可见的。因此，在给定网点上的多个区域保留独立地改变其内部网络拓扑结构的能力的前提下，还能相互合作，利用 OSPF 来选择路由。同时，区域内路由器交换各自路由信息，区域间通过主干路由器完成路由更新信息的传送，这样减少了参与路由更新的路由器及广播的信息量，由于保持了区域拓扑的独立性， OSPF 的路由选择交换量比 AS 未被分割时小。相比之下， RIP 协议每一站点的路由改变，其路由更新消息将触发所有路由器的路由更新。

根据源地和目的地是否在同一区域， OSPF 路由选择可分为两种类型：区域内部路由选择和区域间路由选择。

一个拓扑数据库实际上可看作是反应路由器间相互关系的一张全局的网络结构图。拓扑数据库包括从同一区域内的所有路由器收到的 LSA 的集合，由于同一区域内的路由器共享同样的信息，因此，它们有一致的拓扑数据库。区域边界路由器不但为每个区域维护单独的拓扑数据库，而且负责在两个区域间分布路由选择信息。

可将运行 OSPF 协议的网络中的路由器分为四类：

1．内部路由器：属于同一区域内，并与网络直接相连的路由器的集合。

2．区域边界路由器 ABR （ Area Border Router ）：用以与其他区域交换路由信息的路由器，应保证其与主干路由器相连。

3． OSPF 主干负责在不同区域发布路由信息，它包括所有的区域边界路由器、不完全包括在任何区域内的网络、及与它们相连的路由器。

4．自治系统边界路由器（ ASBR ）：用以与其他自治系统交换路由信息的路由器。

下图是一个具有几个区域的互连网系统的例子。在该图中，路由器 R4 、 R5 、 R6 、 R10 、 R11 和 R12 组成了整个网间系统的主干。如果区域 3 中的主机 H1 想向区域 2 中的主机 H2 发送一个报文，则该报文首先发送到路由器 R13 ，路由器 R13 接着将该报文发送到路由器 R12 ，并由路由器 R11 沿着主干发送到边界路由器 R10 ，最后路由器 R10 通过两个区域内路由器，即路由器 R9 和路由器 R7 最终发送到主机 H2 。

图 2 分级 OSPF 互连网

主干本身也是 OSPF 的一个区域，同样，主干的拓扑对于所有其他区域内的路由器来说也是不可见的。不相邻的路由器也可被定义为属于同一区域的主干。在这种情况下，主干的连通性用虚链路表示，虚链路可以建立在任意两个主干路由器之间，用于共享一条到非主干区域的链路，就好象它们是直接相连的。

对于不同自治系统间的外部路由，运行 OSPF 的 AS 边境路由器要通过外部网关协议进行路由，这些外部协议包括外部网关协议（ EGP ）和边缘网关协议（ BGP ）。

3.3 OSPF 的其他特性

3.3.1 服务类型选路（ type of service routing ）

管理者能够为到某个目的站点规定若干条路由，每一条对应于一种服务类型（如低时延或高吞吐）。运行 OSPF 协议的路由器使用 IP 首部的目的站点地址和服务类型字段的内容来为数据报选择路由。 OSPF 是首批提供按服务类型选路功能的 IP 协议之一。

3.3.2 负载均衡功能（ load balancing ）

如果管理者对到某个目的站规定了若干条费用相同的路由， OSPF 把通信量均匀分配给这几条路由。 OSPF 是首批提供负载均衡功能的开放式 IGP 之一，而 RIP 协议仅为每个目的站点计算一条路由。

3.3.3 鉴别机制（ authenticated ）

让我们设想这样一种情况，在没有鉴别机制的 RIP 协议中，如果一个怀有恶意的人使用个人计算机广播了一条费用很底的路由报文，那么运行 RIP 协议的路由器和主机就会更改它们的路由表，从而数据报都被传送到了这台 PC 。为了避免这种情况， OSPF 提出了鉴别机制，用以保证“只有可信赖的路由器才能广播选路信息”。 OSFP 协议支持各种鉴别机制，而且允许各区域之间的鉴别机制互不相同。

3.3.4 支持多重接入（ multi-access ）

为适应可多重接入的网络（如以太网）， OSPF 扩展了 SPF 算法。 OSPF 让每个可多点接入的网络都代表网络上的所有链路，向连接在该网络上的每个路由器发送链路状态报文。

3.3.5 虚拟网络拓扑结构

OSPF 允许管理者描述一个从物理连接中舍弃细节而抽象出来的虚拟网络拓扑结构。例如，管理者可以在选路图上为两个路由器之间配上一条虚链路，而实际上这两个路由器之间的物理连接要通过整个网络进行通信。但虚链路的性能弱于普通链路，并且虚链路的建立增加了网络设计和配置的复杂性，因此，在 OSPF 中应尽量避免使用虚链路。

3.3.6 OSPF 允许路由器之间交换从其他（外部）网点得到的选路信息。一个或若干个连接到其他网点的路由器，在获得这些网点的信息后，在发送更新报文时可把这些信息包括进来。通过区域标识符来识别报文是来自外部还是内部的路由器，从而保证了路由的可靠性。

3.3.7 OSPF 协议支持特定主机（ host-specific ）路由、子网 (sub-nets) 路由和特定网络 (network-specific) 路由。

3.3.8 OSPF 中的聚合链路配置

在同一区域内，必须保证各主机的 IP 地址是连续的，这样才能通过发送聚合 LSA 报文来表示整个区域的地址空间。通过发送聚合 LSA 报文，大大降低了各区域间路由器交换的信息量。下图是聚合链路配置前后的比较：

No Summarization: Specific-Link LSA

Summarization Hides Link Changes

在配置聚合链路路由后，如果链路状态发生改变并不需要通告给主干路由，也不会引起每个路由器都从新计算路由表。由此可见，聚合链路配置的好坏直接影响带宽、 CPU 和内存资源的占用情况。

3.4 OSPF 设计规则

在对基于OSPF协议的路由器组网配置中，应注意以下几个方面：

1．每个区域的路由器数不应超过 100 ，同一 AS 内区域数应少于 28 ；

2．主干路由的拓扑结构尽量简单，避免拥塞，并要保证其通信的可靠性；

3．主干路由的直径尽可能减小；、

4．使用 totally stubby areas 方式，以提供与其他路由协议（如 RIP ）的路由互通性；、

5．在区域边界路由器 ABR 间和各自治系统边界路由器间建立最优化的聚合链路。

第四章 IGRP 和 E-IGRP 协议

4.1 IGRP 协议

内部网管路由选择协议（IGRP）是Cisco系统公司在八十年代中期开发的一种路由选择协议。内部网关路由协议是为那些具有任意复杂的拓扑结构、具有不同带宽和延迟特性的传输媒体的自治系统(AS)提供的一个可靠的路由方案。IGRP不仅可以运行于IP网络上，而且能运行于OSI无连接网络协议（CLNP）的网络中。

4.1.1 IGRP 协议的特性

IGRP 是一个基于距离向量算法的内部网关协议。

IGRP 使用组合计量标准（向量），它将互连网络的延迟、带宽、可靠性和负载通过加权计入路由选择向量。IGRP既可以使用管理员设置的加权系数，也可以使用缺省的加权系数自动计算优化路由。IGRP为这些计量标准提供了一个很宽的选择范围，网络的可靠性和负载可用1—255来衡量，带宽可在1200bps—10Gbps之间，延迟可分为1—24个等级。网络管理员能通过设置这些权值因子来影响路由选择。

IGRP 允许多路径路由，两条同样带宽的线路可轮流传数据，如果一条线路关闭，它将自动切换到另一条线路。在路径量度标准不同的情况下，多路径路由仍可以使用，如：一条路径的计量标准比其他路径低三倍，那么它比其它路径好三倍，即它比其他路径的利用率高三倍。只有用最佳路由计量标准计算出的路径才能作为多路径使用。

IGRP 协议利用计时器来控制路由选择，如更新计时器、无效计时器、占线计时器和清除计时器。更新计时器指定了路由更新消息发送的频率，IGRP更新周期为90秒。无效计时器指定一个路由器等待的时间，时间一过即宣布这个指定的路由无效，这一变量的缺省值三倍于更新周期，即270秒。占线时间变量为指定占线的期限，IGRP中缺省值为更新周期*3+10秒，即280秒。清除计时器指定了一个路由从路由选择表中被清除之前占线的时间，IGRP中该值默认为路由选择更新周期的七倍。

4.1.2 IGRP 协议稳定性的保证机制

1. 阻停机制 ：用于防止周期性的路由更新信息恢复某条已失效的路由。发生这种情况的原因是未收到网络故障信息的设备向一个已收到网络故障信息的设备发定期的路由更新信息。因此，必须设置网络的阻停时间略长于更新整个网络路由信息的时间。这种方法与RIP协议中的抑制技术十分相似。

2. 水平分割 ：用于防止相邻路由器间的路由循环。其原理及实现方法同于RIP协议中水平分割技术。

3. 阻碍反转更新 ：水平分割可以在两个相连的路由器间防止路由选择循环，而阻碍反转更新则在克服更大的路由选择循环时是必要的。当路由选择计量标准的增长时容易导致路由选择循环，用阻碍反转更新可以除去这一路由，并将它设为阻止状态。

4.2 E-IGRP 协议

为适应各种大规模网络互连的要求，Cisco公司在IGRP的基础之上于九十年代开发了E-IGRP协议。 E-IGRP将链路状态协议的性能集成到距离向量协议之中，合并了弥散修正法则（DUA）。

E-IGRP 与IGRP保持了良好的兼容性，提供了与IGRP路由器互操作的能力。自动重分发机制允许将IGRP路由器导入E-IGRP中，反之，将一个E-IGRP路由器加入到一个已存在的IGRP网络中也是可行的。并且，两个协议的计量标准也可以直接转换。

4.2.1 E-IGRP 特性介绍

E-IGRP 与其他协议相比，具有以下特点：

1. 快速聚敛

运行E-IGRP的路由器存储所有与其相邻路由器的路由表，以快速适应路由的变化。路由时首先查本地路由表，若无正确路由信息，则查询邻接路由器，查询不断扩散直到找到合适路由。

2. 支持可变长度的子网掩码

这一功能给网络管理员提供了更加灵活的子网划分方法。使路由器能根据网络号的边界自动汇总子网路由，E-IGRP还可在任意接口的任意比特位进行汇总配置。

3. 部分的边界路由更新

与IGRP的周期发送路由更新信息不同，E-IGRP仅在量度更新时发送部分路由更新信息；部分路由更新信息在传播时将自动以需要更新路由信息的路由器为界，不再继续传播，有效地限制了路由广播。因此E-IGRP比IGRP节约带宽。

4. 支持多种网络层协议

E-IGRP 支持AppleTalk、IP和Novell NetWare等网络协议。AppleTalk通过路由选择表维护协议（RTMP）实施路由的重新分配；IP通过OSPF、RIP、IS-IS或BGP实施路由的重新分配；Novell则通过Novell RIP或服务发布协议（SAP）实施路由的重新分配。

4.2.2 E-IGRP 技术基础

为了提供更强的路由选择功能，E-IGRP采用了以下几种新技术，它们综合了不同的路由选择技术：

1．相邻路由器的发现或恢复

路由器利用相邻路由器的发现或恢复技术动态获取与其直接相连的网络上的路由器的信息。通过定期发送低负载的小hello数据包，来发现相邻路由器是否可到达或不可操作，当某路由器收到相邻路由器发送的hello数据包，它便认为该路由器处于活动状态，并与其交换路由选择信息。

2. 可靠的传输协议（RTP）

可靠的传输协议负责为发送给相邻路由器的E-IGRP数据包排序，并确保其正确发送。RTP支持多目或单目数据包的混合传送，且仅对E-IGRP的数据包起可靠传输保证。为提高效率，RTP区分所发送的消息，如hello数据包则添加标志以通知接受者不需确认；其他数据包则要求确认。

3. DUAL 有限状态机

E-IGRP 协议路由计算的决策处理是通过DUAL有限状态机来实现的。DUAL使用距离信息来选择有效且无循环的路径，并为插入路由选择表选择路由，该路由选择表是基于可行的接任者而构造的。所谓可行的接任者是一个转发数据包的相邻路由器，通过它传输的路径是到目的地的最低开销，且保证不成为路由循环的一部分。正因采用了可行的接任者这种机制，当相邻的路由器改变了计量标准或当一个拓扑结构发生变化时，DUAL即可利用可行的接任者来转发路由，避免了对路由进行不必要的从新计算，大大节约了收敛时间。

4. 协议支持模块

协议支持模块负责指定相关的网络层协议。例如IP E-IGRP模块负责发送和接收以IP打包的E-IGRP报文，同时也负责分析E-IGRP报文，并将接收的消息通知DUAL，要求DUAL决定路由。

第五章边缘网关协议（BGP）

5.1 背景

BGP 在TCP/IP网络中执行域间路由选择。BGP是一个对外网关协议（EGP），它假定自治系统内部的选路已经通过自治系统内的选路协议完成，这意味着它在自治系统或域间执行路由选择，并交换其他BGP系统的路由选择和可达性信息。BGP是侧重于确定地址路径的协议。

开发BGP是为了替代它先前的产品，即已经过时的对外网关协议（EGP），BGP作为标准的对外网关路由协议已在全球互连网络上使用。BGP解决了EGP的一系列问题。现在BGP协议已发展到第四版BGP 4。

5 ．2 BGP 路由环境分类

BGP 的路由选择执行可分为以下三种环境：

l 自治系统间的系统路由选择

l 自制系统内的系统路由选择

l 通过自治系统的系统路由选择

自治系统间的系统路由选择发生在不同自治系统的两个或多个BGP路由器之间。在这些系统中，对等路由器利用BGP来维护互连网络拓扑结构的一致性。在自治系统间通信的BGP必须驻留在同一物理网络上。Internet就是一种使用这种路由选择的例证，BGP的使用有效地优化了路由路径的选择。

自治系统内的系统路由选择发生在同一自治系统的两个或多个BGP路由器之间。在同一自治系统中，对等路由器利用BGP来维护互连网络拓扑结构的一致性。BGP用于指定哪一个路由器作为连接点，为特定的外部自治系统连接服务。Internet中也包括了自治系统内的系统路由选择部分，如一个组织（公司、大学）可以在自己的管理域或自治系统中利用BGP来提供优化的路由选择。

通过自治系统的系统路由选择发生在两个或多个对等的BGP路由器之间，这些路由器在自治系统中交换数据，但不运行BGP。在一个自治系统环境中，BGP的交换不是发自自治系统内部，并且不会发到自治系统内部的节点上。BGP必须利用自治系统内的系统路由选择协议，通过自治系统传输BGP交换信息。下图是一个通过自治系统环境。

5.3 BGP 路由过程

5.3.1 BGP 的消息类型

BGP 协议的一个基本步骤就是在BGP路由器之间建立相邻体。所谓相邻体指相互间构成传送协议连接的两个BGP路由器。相邻体的成功建立取决于BGP报文的正确发送和处理。

BGP 报文有四种类型：

l 打开报文（OPEN）

l 更新报文（UPDATE）

l 通告报文（NOTIFICATION）

l 激活报文（KEEPALIVE）

打开报文（OPEN）是在对等路由器之间打开一个BGP通信对话，建立传输协议连接之后双方发送的第一个报文。对等设备利用发送的激活报文验证打开报文，并且在交换、更新和激活报文之前验证。

更新报文（UPDATE）为其他BGP系统提供路由选择更新信息，它允许路由器构造一个网络拓扑结构。在发送更新信息时，使用TCP确保传输的可靠性。更新报文可以从路由选择表中删除一个或多个无效路由，并且可以在删除其他路由的同时发布一个新路由。

当监测到错误时，便发送通告报文（NOTIFICATION）。通告报文用于关闭一个激活的会话，并且通知其他已连接的路由器关闭会话的原因。

激活报文（KEEPALIVE）通知BGP对等设备一个设备被激活，经常发送激活信息可避免会话到期而失效。

5.4 BGP 的工作机制

BGP 是用来在自治系统之间传递选路信息的路径向量协议。之所以称为路径向量，是因为在BGP选路信息中带有一个AS号码的序列，它指出一个路由已通过的路径。

BGP 把TCP作为它的传输协议（端口号179），这种做法保证了传输的可靠性，简化了BGP协议自身对传输的管理。

当一个路由器新加入网络后，BGP路由器将交换它们全部的路由选择表。当网络信息改变时，就仅发送更新路由。BGP路由器不是定期发送路由选择更新消息，而且BGP路由选择更新消息只发布到网络的最佳路径。就CPU的开销及带宽分配而言，BGP所使用的路由增量更新技术显得十分优越。

BGP 使用一个单独的路由选择计量标准，该标准决定了一个已知网络的最佳路径。它包括一个随机的部件号，以指定一个特定连接的优先级。BGP计量值一般由管理员指定给每一个连接，它可以是路径通过的自治系统的数目、稳定性、速度、延迟或开销等。

第六章 Internet 路由选择策略

6.1 路由协议所处的网络层次

在 OSI 参考模型中，中继系统对应于下三层协议，即物理层、数据链路层、网络层。中继系统负责将用户端系统的数据准确、可靠地通过中继系统的通信线路传送到另一个用户端系统。作为中继系统中重要的网络互连设备之一的路由器，对应于 OST 模型的网络层，实现不同网络间分组的路由选择和存储转发。

中继系统协议体系结构如图：

OSI

APPN

DECnet

AppleTalk

路由协议 ：

RIP

OSPF

E-IGRP

IS-IS

BGP

网间传输协议：

PPP

HDLC

X.25

帧中继

ATM

物理接口：

RS-232

RS-449

X.21

V.35

HSSI

G.703

6.2 各种路由协议性能比较

路由协议	算法类型	更新机制	计量标准	功能	VLSM	Summ
RIP	Distance Vector	30 sec	Hops	Interior
RIPV2	Distance Vector	30 sec	Hops	Interior	√
IGRP	Distance Vector	90 sec	Comp.	Interior
E-IGRP	Link State	Trig.	Comp.	Interior	√	√
OSPF	Link State	Trig.	Cost	Interior	√	√
BGP	Distance Vector	Trig.	No	Exterior	√	√

6.3 路由选择策略

为了使数据包实时、准确的到达目的地，传输路径即路由的选择显得十分重要，这其中路由选择协议扮演了重要的角色。路由协议选择的好坏、路由器配置的正确与否直接关系到对网络带宽、网络拥塞程度的影响，数据包能否正确传递、接收，是否会造成时延过大及丢包。因此有必要对路由选择策略进行深入讨论。

6.3.1 基于网络规模的路由策略

在八十年代初期，因特网处于起步阶段，各种网络接入方案较为单一，网络规模也较小，因而路由选择也较为简单，主要采用 RIP 协议。

进入九十年代，随着各种先进的交换传输技术的不断涌现，数据通信业务迅猛发展，对数据传送的准确性、实时性也有了更高的要求。一些先进的路由协议如 OSPF 、 E-IGRP 应运而生，很好的适应了网络的需要。

不同的路由协议适应于不同规模的网络，因而有必要对网络的规模进行划分，以便选择路由协议。一般情况下，我们将网络系统划分为以下几类：

l 工作组级局域网

l 城域网

l 全局广域网

1. 工作组级局域网

工作组级局域网一般规模很小， PC<20 台， PC 间仅通过 Hub 进行总线型连接，与外部广域网无连接，或仅通过 Modem 连接。这种以太网系统不需要路由。组网示意图如下：

2. 城域网

尽管 RIP 协议有着一些缺点，但因一些网络设备如 3Com 6000 系列交换机的部分模块不支持 OSPF 路由协议，因此在城域网带宽较宽，网络直径不是太大的情况下，仍可考虑使用 RIP 协议进行路由选择。

但 RIP 协议存在着最大跳数（ hop ）的限制（不能超过 15 hops ） , 周期性发送路由广播信息等先天性缺陷，使它不能更好的适应大规模网络的路由任务，对带宽的消耗也过大。因此在设备支持的情况下，推荐使用 OSPF 协议。

3. 全局广域网

全局广域网就是指由不同机构的自治系统链接起来组成的互连网络，每个机构内还有自己的内部网络，整个网络系统有明显的层次结构。 Internet 网便是全局广域网的最好例子。为了便于管理，在 Internet （ TCP/IP ）路由选择和 OSI 路由选择中我们引入了自治系统（ AS ）或管理区域（ AD ）的概念，将整个网络划分为相对独立的模块，即自治系统、区域等逻辑部分，在不同的区域采用不同的路由协议。

下图是一全局广域网的路由策略示例：

                OSPF



             E-IGRP

                         域间        自治系统间

域间

OSPF

E-IGRP

BGP 路由

需要指出的是因在一全局广域网中采用了多种路由选择协议，所以各种路由选择协议间的协调同步显得十分重要，应根据具体情况对路由器加以配置。

6.3.2 基于收敛时间的选择策略

收敛时间指所有路由器在最佳路径上取得一致即从路由发生变化到全部完成路由更新所花费的时间。收敛速度的快慢直接关系到各路由器路由表是否能实时更新，进而影响到数据包的正确路由转发。 RIP 协议是基于距离向量算法的路由协议，每隔 30 秒广播一次路由表，所以收敛速度慢。 OSPF 是基于链路状态算法的路由协议， E-IGRP 是基于路径向量的路由协议，这两种协议仅在网络改变时才触发路由更新，因此收敛速度很快。在规模较大的网络中，象 RIP 这样慢收敛的路由协议无法保证网络中所有路由器的路由表更新同步，可能造成对数据包的路由按照尚未更新的错误路由表进行，很容易引起路由循环或网络发生故障。

因此，如果网络中的路由器设备较多，网络拓扑结构复杂，对数据的正确性、实时性要求高，且网络设备经常增减，引起网络拓扑结构的变化，对于这种路由表更新较为频繁的情况推荐使用 OSPF 协议或 E-IGRP 协议，这两种协议均能满足快速收敛的要求，保证了对路由表快速准确的更新。

6.3.3 基于带宽资源的策略

随着网络规模的不断扩大，网络用户不断增加，宝贵的带宽资源在通信中显得尤为重要。一个好的路由协议能在完成路由更新任务的同时最大限度的节约带宽，因此，如果路由协议对带宽消耗过大，不但无法完成正确的路由任务，而且将直接造成网络拥塞，影响数据包的正常传输。这一点在广域网（如I nternet ）上显得十分明显。

RIP 协议每隔30秒便广播一次路由，且每次广播路由表的全部信息，这种频繁的路由广播，消耗了大量带宽，增加了网络的负担。而OSPF、E-IGRP、BGP协议仅在网络拓扑结构、路由计量标准发生变化时，才广播路由更新信息，与RIP协议相比，路由广播的频度大为降低，免去了许多无效的路由广播，且广播内容也不是全部路由表，大大节约了带宽资源和路由器的CPU资源。

6.3.4 对可变长子网掩码的支持

可变长子网掩码(VLSM)指的是一个网络可以配置不同的掩码。可变长子网掩码的思想就是可以把一个网络划分为拥有不同地址数的子网，使得划分的每个子网拥有足够多的主机数，在划分网络时有更大的灵活度，更加有效的利用网络的IP地址资源。

RIP 协议版本1不支持VLSM，OSPF、E-IGRP和RIP版本2已能处理可变长子网掩码。这使得这些路由协议能更加灵活地适应不同网络情况，根据具体的应用情况对网络进行合理的逻辑划分，降低网络间路由选择的数据交换量。

如果一个网络需要按应用的类型划分为不同的部分，不同的部分间又要经常交换数据，在这种需要划分逻辑子网的网络中，推荐采用支持可变长子网掩码的路由协议如OSPF、 E-IGRP，它们能很好的配合网络的逻辑划分、配置及管理而进行更有效的路由。

6.3.5 基于负载平衡的策略

负载平衡涉及的是在多个连接上分配数据业务量的能力，需要注意的是负载平衡并不意味这负载等量分配。因为即使是在单一管理下的网络上流动，业务完全等量分配也是十分困难的，而且在一些情况下，并不要求业务量绝对平衡。

负载平衡的目的就是试图达到一个能够充分利用提供冗余度的多链路的分配模式。负载平衡是建立在多链路基础之上的，有效的负载平衡不但为用户提供冗余链路以保证在发生故障或连接中断时，采用默认路由，减少重新收敛时间，给用户提供冗余度；而且可以均衡数据量以减轻网络链路负担，提高传输效率。并不是所有协议都支持负载平衡，RIP协议就不可以，它在路由表中同时只支持一条路径到达目的地。OSPF可同时支持等值COST的六条路径到目的地，而且六条等值路径上的负载平衡算法是自动进行的。

负载平衡一般有两种工作方式，一种是按目的地分流（per destination），一种是按数据分流（per packet）。当按数据分流时，它将被打乱的数据包均衡分布到几条中继上同时传送，在数据包到达目的地后次序必须重排，势必使性能有所下降，故此种方法虽能实现完全均衡负载，但效果并不一定比分流方式好。因此，在实际应用中推荐采用按目的地不同的IP地址来进行分流，OSPF协议缺省是按地址分流。负载均衡的实现并不一定取决于物理链路状态，实际组网时，我们也可以通过人为配置命令使OSPF认为多条路径COST值相等，从而达到负载均衡的目的。

第七章路由选择的优化

一个好的组网方案不是设备的简单堆砌，而是根据应用需要，合理的选择协议，正确的划分网络层次，优化配置各类设备。在对路由协议的选择加以讨论的基础之上，提出地址聚合、路由约束等优化配置方案，具体实现如下。

7.1 地址聚合的应用

所谓地址聚合是以单一标志或通告来概括一个连续的地址块的做法。在综合路由的过程中，有必要对传统的IP地址A/B/C类别的表示方法加以改革，采用<前缀，长度>的表示法，即一个IP网络由一个IP地址和这个地址中最左边的相邻有效位来表示。如198.32.0.0，在C类网络中通常是非法的，但现在，在198.32..0.0/16的表示法中它就是有效的前缀。/16表示你在使用从最左面数的16位掩码。这类似于198.32.0.0 255.255.0.0。下图是聚合的实现和效率比较：

地址聚合首先遵循最长匹配选路规则，即当路由器必须在同一网络的两个不同长度的前缀间做出选择时，永远选择较长的掩码。比如，一个路由器在它的路由表上有下列两个表目：

---198.32.1.0/24 通过路径1

---198.32.0.0/16 通过路径2

当向主机198.32.1.1传递业务量时，路由器会设法以最长的前缀和目的地匹配，并会通过路径1传递。

最长匹配规则意味着，与多个域连接的目的地必须经常由这些域明确通告，也就是说，以其最具体的而不是聚合的形式通告。

不恰当的地址聚合往往会引起选路循环和黑洞。当数据包在域间往返绕圈子，永远无法到达目的地时，就形成了选路循环。因此，在聚合方式下，我们规定一个网络不允许按照一个不具体的路由到达一个目的地，该目的地必须与自己聚合路由内的一个路由匹配。同时，在聚合路由本身应设立一个空路由，对那些无法到达目的地的数据包，将被导入空路由，以避免循环。

上图说明ISP1把它的域聚合为单个路由198.32.0.0/13。假设ISP1及其用户Peter之间的链路中断了，而且ISP1有一个指向ISP2的默认路由0.0.0.0/0.0.0.0，用于ISP1内未知的地址。指向198.32.1.1的数据包会遵循聚合路由ISP1，当无法到达目的地时，将沿默认路由返回ISP2，这样数据包将会在ISP1和ISP2之间往返摆动，造成了选路循环。为防止这样的循环，可以在ISP1的边界路由器上配置一个空路由，丢弃那些无法到达目的地的数据包。

当数据包到达并停在一个不是想去的目的地，但又不能再向前进，就产生了黑洞（black hole）。产生黑洞的原因是由于不适当地聚合了别人的路由造成的。

假如ISP2发出一个把Bill和Jacky综合为一个更新信息（198.24.0.0/18）的聚合，就会产生一个路由黑洞。假设ISP2想通告这个聚合，那么去Subnet的数据包就会遵循最长匹配原则到达ISP2，如果ISP2没有列出与ISP1共有的每个IP地址范围，就会使数据包停留在ISP2处，形成黑洞。图7-4给出了改进的方法。

对于具体的情况，应采用不同的路由聚合设计。一般按用户的连接情况，分为单归路情况和多归路情况。对单归路用户应该从直接提供者那里得到单一相邻前缀，即可以抑制具体的路由，仅通告聚合路由。必须注意的是，当用户的提供者地址变化，用户必须从新编号，否则不能聚合用户地址。对多归路用户，地址分配应该以最大可能聚合方式进行，除非聚合冲击了冗余度，则冗余度应该优先考虑。

在多归路情况下，推荐采用聚合加上具体路由的方式，这是为使提供者在向用户发送业务量时会使用具体路由作出更好的决策。

如上图，AS1对于提供者AS2是多归路的，AS1可以仅发送聚合172.16.0.0/20到AS2，也可发送聚合和所有的具体路由。如果仅发送聚合，则AS1和AS2之间的数据包将永远仅经其中一个链路，非此即彼，这种情况会产生负载的不平衡性。当发送聚合和所有的具体路由，可以为每个链路中不同的路由发送不同的度量值，有效地平衡了负载。考虑到减轻网络的负担和避免使路由表复杂化，超出提供者的水平，从用户来的具体路由通常控制其停止在提供者一级。

7.2 采用约束为基础的路由

针对传统路由过程中，未对网络的流量加以特别规定，使得在路由过程中网络的流量控制较为复杂这一缺点，提出约束为基础的路由。约束为基础的路由是指网络管理员为两个路由器之间流量变化设置约束，由网络本身决定如何选择路由来满足这些约束。这样网络本身可以完成流量控制，均衡网络负载。

约束为基础的路由有如下的优点：

1．可以用很少的人工干预来实现原来需要很多人管理才能得到的流量控制效果；

2．在内部网关协议中动态分配信息，快速响应流量变化；

3．可以快速克服故障，减少收敛时间；

对于约束的方式，可以考虑以下几种方法：限定两个路由器之间的传输带宽；指定服务的等级。

第八章因特网路由设计示例

在网络方案设计时，我们通常根据其完成的功能不同，将整个网络结构划分为三层：核心层(Core Layer)、分布层(Distribution Layer)、接入层(Access Layer)。这种分层的划分方法，使各层保持相对的独立性，大大提高了设计的可靠性、层次感，也使系统变得易管理。

需要注意的是，在设计过程中应根据实际情况分层，并不完全分为三层结构。如一个办公室拨号网络的组建仅涉及接入层；而一个ISP的组网，则应分成上述三层结构。

在核心层内，一般涉及的是不同自治系统间的路由交换，因此应选择BGP协议，同时要注意对AS边缘路由器（ASBR）的配置；在分布层大多涉及不同域间的路由交换，可以选择OSPF、E-IGRP这些路由性能较好的协议，在这一层的设计中可以考虑对地址聚合的灵活运用，以减少不同域间路由更新数据量；对于接入层，由于接入方式多种多样，可以是DDN专线，也可以是拨号等，因此既可以使用RIP、OSPR等协议，也可根据实际情况灵活地运用静态路由、默认路由。以下是一些网络结构的路由配置示例：

情况一：一个小型办公室网络，用户较为集中，通过电话线拨号上网

对于这种用户的网络结构一般不会经常发生变化，与因特网连接也仅通过拨号的情况，其路由单一且基本不变化，可以考虑使用静态路由、默认路由，这样可以大大降低了因路由更新所占用的带宽，简化了对路由表的管理。

情况二：各部门地理位置分散的小型企业与各部门较集中的小型企业路由比较

因是小型企业组网，一般不会涉及多个自治系统间的路由配置，整个企业都处于同一自治域内，从路由的配置角度来看，仅会涉及到内部网关路由协议，如RIP、OSPF、E-IGRP等。对于地理位置分散的小型企业，考虑到路由表收敛等因素，应选择能进行快速收敛的OSPF协议，以保证各处路由表的一致性；对于地理位置相对较集中的企业，如果其路由器设备不是很多，也可以使用RIP协议。

在进行路由器配置时，企业的资金投入情况也是值得考虑的一个因素。当企业资金充足，用能力购买一些CPU速度快、RAM大的高端路由器时，可以使用OSPF等链路状态路由协议，这类协议对带宽占用较小，但要求路由器经常计算路由表，并存储网络的整个路由表情况，正好适合高端路由器的工作；当企业资金有限，无力购买高性能的路由器时，可以使用对CPU、RAM资源占用不高的RIP协议，还可配置静态路由。

情况三：一个大型ISP的路由设计。

大型ISP的路由设计是典型的三层模式结构，不仅涉及外部网关路由协议，而且涉及内部网关路由协议。在核心层，主要是不同自治系统之间的路由配置，协议一般为BGP协议；分布层的路由器间应采用性能好、适应能力强的OSPF、E-IGRP协议，因为这些协议支持可变长子网掩码，能实现地址聚合，从而可以最大限度的节约因特网的带宽；在接入层，可根据用户的具体情况选择接入方式，主要考虑用户接入的设备数量、接入用途等因素。

第九章路由技术展望

传统的路由器采用单CPU，它既负责完成包转发等实时业务，也负责路由计算、路由表的建立和修改等功能，这些功能全部用软件来实现。但由于CPU和软件结构的限制，使得这种传统路由器的包转发能力不到1M packet/s,难以得到提高。然而Internet的高速发展，网络的不断扩大，业务量及业务的复杂性不断增加，用户对网络的要求越来越高，传统的路由技术逐渐无法适应高效数据通信网的需要。多协议标记交换技术的诞生、线速路由交换机的采用有效地缓解了这种矛盾，使路由交换能力大为提高。

9.1 多协议标记交换技术（ MPLS ）

多协议标记交换是IP通信领域中的一项新技术，它采用集成模式，将IP技术与ATM技术良好地结合在一起，兼顾了ATM的高速性能、QoS性能、流量控制和IP的灵活性、可扩充性，是一种理想的骨干IP网路由交换技术。

多协议标记交换通过简化核心设备的实际转发功能，在内部引入面向连接的机制而不是无连接的IP技术，为每个路由建立一个标记交换路径LSP（Label Switch Path）。边缘标记交换路由器（LER）收到IP数据包后，加上一个多协议标记交换字头，沿事先脱机计算设置的标记交换路径向标记交换路由器（LSR）转发数据包，后续节点只需沿着由标记确定的路径转发数据包即可，大大简化了转发过程；当数据包转发到出口的边缘标记交换路由器（LER）时，LER将除去多协议标记交换字头，仍按IP终点地址向外转发数据包。

MPLS 的优势在于：

1．可以方便地监视每条标记交换路径的流量，同时通过设置新的标记交换路径来控制、均衡整个网络的流量。

2．解决了IPOA中的N平方问题，大大改善了可扩充性。

3．实现了许多以往技术所无法实现的路由功能，如显示路由功能，环路控制等。

4． MPLS 能充分利用整个网络的链路资源，并在网络发生故障时，能轻易地进行路径切换。

多协议标记交换技术已得到了业界的广泛支持，Cisco公司已公布了它的标记交换技术即Tag Switching技术。

9.2 线速路由交换机

针对传统路由器速度问题的根本解决办法是改变其结构，将路由计算、控制等非实时任务与包转发等实时任务分开，由不同部分完成。前者由CPU运行软件来完成，后者由专用集成电路（ASIC）硬件来完成。

包转发器负责包转发功能，它由输入、输出模块和硬件交换机构等部分组成。输入模块中的地址决定逻辑专用集成电路检验输入数据包的包头提取终点地址和其他控制信息，将地址与路由转发表比较，经过交换机构将数据包送到相应的输出模块。在输出模块中由硬件排队器，用于排列输出顺序以保证服务质量。这种路由器用硬件实现逐个数据包转发，按时钟的节拍进行，像导线传输一样，故称之为线速路由交换机。

线速路由交换机能支持各种路由协议，包括RIP、RIP V2、OSPF、IGRP、E-IGRP、BGP4等。线速路由交换机的背板交换速度可以达到几G bit/s，包转发速度可以达到几十兆包每秒，不但拥有传统路由器的全部功能，而且速度快上几十甚至上百倍。现在线速路由交换机已开始进入城域网和广域网领域，构成宽带IP网，美国的Abilane计划已选择用Cisco公司的GSR12000交换路由器构建下一代Internet倡议（NGI）的骨干网。

参考书目

[1] 《Cisco Internetwork Design》

[2] 《网络互连技术手册》

[3] 《因特网的路由选择方案》

[4] 《IP路由技术演化及发展趋势》

[5] 《网络互连与系统集成》

[6] 《用TCP/IP进行网际互连》

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