路由選擇協(xié)議  Routing Protocols

當(dāng)兩臺(tái)非直接連接的計(jì)算機(jī)需要經(jīng)過幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，通常就需要路由器。路由器提供一種方法來開辟通過一個(gè)網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)的路徑。這種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)提供了冗余路徑以調(diào)整通信負(fù)載或倒行鏈路，通常有一條路徑由于費(fèi)用、速度或避開擁擠等理由優(yōu)選于其它路徑。路由選擇協(xié)議的任務(wù)是，為路由器提供他們建立通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)最佳路徑所需要的相互共享的路由信息。

當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)分組時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的每一層都附加一些信息給它。在接收方的對(duì)等層協(xié)議可以讀出這些信息。這些信息類似于通信會(huì)話的某些部分。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議附加路由選擇信息，這可能是通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的完整的路徑或是一些指示分組應(yīng)該采用那條路徑的優(yōu)先值。發(fā)送方添加的網(wǎng)絡(luò)層信息只能由路由器或接收方的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議讀取。中繼器和橋接器不能識(shí)別網(wǎng)絡(luò)層信息，只能傳送和轉(zhuǎn)發(fā)分組。

Routing Algorithms 路由選擇算法

一個(gè)路由器設(shè)備可能有兩個(gè)或多個(gè)可以發(fā)送數(shù)據(jù)分組的端口。它必須有一張轉(zhuǎn)發(fā)表（forwarding table）為每一個(gè)端口標(biāo)明一個(gè)特定地址。早期路由器不和其它路由器交換網(wǎng)絡(luò)上有關(guān)路由器的信息，因此，一個(gè)路由器通常沿著每條路徑發(fā)送數(shù)據(jù)分組，分組充滿網(wǎng)絡(luò)，并且發(fā)送的一些分組在網(wǎng)絡(luò)上無(wú)休止地循環(huán)。

為了避免這些問題，路由器可以依賴人工編程把選擇的路徑輸進(jìn)設(shè)備。這被稱為靜態(tài)路由選擇。動(dòng)態(tài)路由選擇是一個(gè)更好的方式，它依靠路由器收集網(wǎng)絡(luò)信息和建立自己的路由表。路由器相互交換路由表，并且歸并這些路由信息建立更新的路由表。從其它路由器上獲得的信息，提供到網(wǎng)絡(luò)上目的站點(diǎn)的路由中繼（hop）數(shù)或與路徑相關(guān)的費(fèi)用。同時(shí)，每個(gè)路由選擇設(shè)備上的路由表，應(yīng)該包含大體上一致的路由選擇信息。

在使用遠(yuǎn)程通信鏈路的廣域網(wǎng)中，規(guī)整化路由選擇是基本的，但是必須在遠(yuǎn)程通訊鏈路迅速改變（例如，線路斷）時(shí)，很快地調(diào)整到新的路徑拓?fù)?。一個(gè)典型的Internet可能由2個(gè)、10個(gè)甚至50個(gè)路由器組成，這些路由器可以通過撥號(hào)異步鏈路或?qū)Ｓ酶咚贁?shù)字線路（如T1）互相連接。對(duì)于一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上傳送的數(shù)據(jù)分組，它們到達(dá)路由器時(shí)由路由器查看目的地址，并沿著最佳或非常合適的路由將分組發(fā)送到接收站。這樣一條路由取決于所用的路由選擇算法類型。

路由選擇協(xié)議基本上有兩類：距離向量和鏈路狀態(tài)，將在下面用兩段文字介紹這兩類協(xié)議。

距離向量路由選擇協(xié)議

距離向量路由選擇協(xié)議的分組傳送路由是根據(jù)到接收站的hop數(shù)或費(fèi)用決定的，這些信息由各相鄰的路由器提供。技術(shù)上通常都遵循Bellman－Ford算法。

一個(gè)路由器有幾個(gè)端口，每個(gè)端口都有指定的價(jià)值，這些價(jià)值是由網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)定的。用使用一條線路實(shí)際費(fèi)用的多少，作為一種衡量手段表明一條線路比另一條好或壞。此外，相鄰的那些路由器告訴它們把分組送往目的站要花費(fèi)的代價(jià)。路由器將端口的價(jià)值加到相鄰路由器的價(jià)值上，如下面的例子：

端口1價(jià)值10 + 相鄰路由器價(jià)值17＝27。

端口2價(jià)值20 + 相鄰路由器價(jià)值5＝25。

端口3價(jià)值30 + 相鄰路由器價(jià)值7＝37。

在這種情況下，路由器將通過端口2傳送分組，因?yàn)樗砻鞯浇邮照镜拇鷥r(jià)最少。假如有必要，用鄰接端口2的路由器再計(jì)算到下一個(gè)路由器的路徑價(jià)值。

路由信息，如下一個(gè)hop的地址等都存在表中，并且路由器大約每隔30秒互相交換表。初始時(shí)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只知道直接相連的路由器。當(dāng)一個(gè)路由器得到一張表，它將表項(xiàng)與自己的表進(jìn)行比較。根據(jù)這些信息，它用新增路由或刪除路由來修改表。表中信息包含：

□網(wǎng)絡(luò)號(hào)；

□端口號(hào)；

□價(jià)值度量；

□下一個(gè)hop的地址。

價(jià)值度量是路由器向前傳送分組到網(wǎng)中下一個(gè)路由器時(shí)選擇路徑所用的量值。通用距離向量路由選擇協(xié)議有：

□路由選擇信息協(xié)議（RIP）是一個(gè)首先在Xerox網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（XNS）中實(shí)現(xiàn)，而后又在Novell的NetWare中實(shí)現(xiàn)的距離向量路由選擇協(xié)議。

□內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議（IGRP）是由Cisco開發(fā)的距離向量路由選擇協(xié)議。

□路由選擇表維護(hù)協(xié)議（RTMP）是一個(gè)在兩個(gè)AppleTalk區(qū)中選取最佳路徑的Apple協(xié)議，大約每10秒廣播一次。

距離向量路由選擇不適合于有幾百個(gè)路由器的大型網(wǎng)或經(jīng)常要更新的網(wǎng)。在大型網(wǎng)中，表的更新過程可能過長(zhǎng)，以至于最遠(yuǎn)的路由器的選擇表不大可能與其它表同步更新。在這種情況下，鏈路狀態(tài)路由選擇更可取些。另外，鏈路狀態(tài)協(xié)議能夠?yàn)榘踩鹨姲褭C(jī)密信息隔離在特殊區(qū)域，或避開網(wǎng)上正在進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、多媒體通訊等擁擠區(qū)域。并且，路由選擇信息表在必要時(shí)進(jìn)行交換而不是規(guī)律性地交換，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)上的信息流量。

鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議

鏈路狀態(tài)路由選擇比距離向量路由選擇需要更強(qiáng)的處理能力，但它可以對(duì)路由選擇過程提供更多的控制和對(duì)變化響應(yīng)更快。路由選擇可以基于避開擁塞區(qū)、線路的速度、線路的費(fèi)用或各種優(yōu)先級(jí)別。Dijkstra算法用于計(jì)算路由，根據(jù)如下：

□分組到達(dá)目的站經(jīng)過的路由器數(shù)量，這叫做路由中繼（hop），并且hop數(shù)越少越好。

□局域網(wǎng)間傳輸線路的速度。有些路由使用低速異步連接，而另一些路由使用高速數(shù)字鏈路。

□信息擁塞將造成延遲。如果一臺(tái)工作站傳送一個(gè)大文件，路由器可以通過不同的路徑發(fā)送分組以避免交通阻塞。

□路由的費(fèi)用，網(wǎng)絡(luò)管理員定義的一個(gè)度量，通常是根據(jù)傳輸介質(zhì)確定的。最便宜的路徑可能不是最快的，但對(duì)某些類型的傳輸卻更為可取。

最常用的鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議是優(yōu)先開放最短路徑（OSPF），它和OSI的中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)（IS－IS）是類似的。OSPF的原型是Proten開發(fā)的，是從OSIIS－IS的一個(gè)早期版本中派生出來的。OSPF在Internet和TCP／IP網(wǎng)上IP通信的路由選擇中使用。IS－IS既可在IP通信中使用，也可在OSI通信中使用。

OPSF路由選擇表僅當(dāng)在需要時(shí)更新，而不是定時(shí)更換。這有效地減少了通信流量和節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。通過網(wǎng)絡(luò)的路徑由上述標(biāo)準(zhǔn)選定。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理員可以根據(jù)信息傳送的類型編制通過網(wǎng)絡(luò)的路徑。例如，當(dāng)線路有較高數(shù)據(jù)傳輸率時(shí)，即使通過網(wǎng)絡(luò)的那條路徑有較多的hop數(shù)也是很可取的；另一方面，對(duì)于不大重要的信息將安排在低速低值的線路上傳送。

Autonomous Environments 自治環(huán)境

Internet路由選擇（TCP／IP）和OSI路由選擇使用了一個(gè)自治系統(tǒng)（AS）或管理區(qū)域（AD）的概念，可以簡(jiǎn)單地理解成區(qū)域（domains）。一個(gè)區(qū)域是一些使用相同路由選擇協(xié)議的主機(jī)和路由器的集合，如圖R－11中所示，它們使用相同的路由選擇協(xié)議和由單一機(jī)構(gòu)管理。換句話說，一個(gè)區(qū)域可以是一所大學(xué)或其它機(jī)構(gòu)管理的一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)。例如Internet是一個(gè)由教育部門、政府機(jī)關(guān)和各個(gè)公司管理的自治系統(tǒng)鏈接起來的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

每個(gè)機(jī)構(gòu)都有自己的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，通過外部網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)連接（注：Internet網(wǎng)以前把路由器稱作網(wǎng)關(guān)，但現(xiàn)在已把它們叫做路由器了）。Internet有內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。OSI協(xié)議也使用了自治系統(tǒng)的概念，但在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由選擇稱為域內(nèi)路由選擇，區(qū)域之間的路由選擇稱為域間路由選擇。

實(shí)踐中并非所有路由器對(duì)網(wǎng)上每一個(gè)其它系統(tǒng)都進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，所以可以有不同的協(xié)議、劃分不同的區(qū)域。在Internet網(wǎng)上有幾百萬(wàn)個(gè)地址！路由選擇信息的組織是層次結(jié)構(gòu)的，所以每個(gè)路由選擇設(shè)備只需要有足夠的信息就可以引導(dǎo)信息分組到下一個(gè)重要的路由器。

內(nèi)部／域內(nèi)協(xié)議

有許多種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，并有幾種在Internet網(wǎng)上常用，這些協(xié)議已在條目“AppleTalk路由選擇”，“Internet路由選擇”和“OSI的路由選擇”中討論。

□地址解析協(xié)議（ARP）是一個(gè)Internet（TCP／IP）協(xié)議，它為內(nèi)部路由器傳遞數(shù)據(jù)報(bào)提供了一種方法。

□路由選擇信息協(xié)議（RIP）是一種距離向量路由選擇協(xié)議。

□優(yōu)先開放最短路徑（OSPF）是一種鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議，它優(yōu)于RIP。OSPF是Internet網(wǎng)中最常用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，但OSI IS－IS協(xié)議也用于Internet。

□端系統(tǒng)到中間系統(tǒng)（ES－IS）是OSI公布的一種協(xié)議，它幫助端系統(tǒng)（如用戶的計(jì)算機(jī)）尋找定位路由器，并提供一種方法使路由器告知端系統(tǒng)（ES）它們的存在。

□中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)（IS－IS）也是OSI的一種路由選擇協(xié)議，它為一個(gè)域內(nèi)兩個(gè)路由器之間傳送信息分組提供動(dòng)態(tài)路由。IS－IS是一種鏈接狀態(tài)協(xié)議。

□內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議（IGRP）是Cisco開發(fā)的一種距離向量路由選擇協(xié)議。

外部／域間協(xié)議

在自治域的邊界是路由器（以前在Internet網(wǎng)上被稱為網(wǎng)關(guān)）。這些路由器和其它路由器用外部協(xié)議或Internet術(shù)語(yǔ)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）交換信息。

□外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）是Internet上最初的域間路由選擇協(xié)議?，F(xiàn)在它已被周邊網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）取代了。支持EGP的路由器也必須支持BGP。

□周邊網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）提供有關(guān)相鄰點(diǎn)可達(dá)性信息。BGP可以減低帶寬需求，這是因?yàn)槁酚蛇x擇信息是增量交換的，而不是在路由器間發(fā)送路由選擇數(shù)據(jù)庫(kù)信息。BGP也提供了基于策略的算法，使網(wǎng)絡(luò)管理者對(duì)路由選擇有較多的控制權(quán)，例如對(duì)某些信息傳輸實(shí)行優(yōu)化的能力。

□域間路由選擇協(xié)議（IDRP）是一種OSI無(wú)連接分組（CLNP）的OSI路由選擇協(xié)議。IDRP包含路由選擇的策略，但它不大可能在Internet上代替BGP。IDRP可用一種協(xié)議進(jìn)行IP和CLNP的域間路由選擇來增加對(duì)IP的支持。

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