什么是路由选择协议(什么是路由选择协议,其作用是什么)

-路由选择协议（Routing Protocols）: 用于建立和维护路由表和按照达到数据包的目的地的最佳路径转发数据数据包的协议。比如，RIPV1，IGRP，OSPF等。 路由选择算法就是路由选择协议用于决定达到目的网络的最佳路径的计算方法。路由选择算法越简单，则路由器将使用的处理能力就越小。这将减少路由器的日常费用。

路由选择信息协议（RIP）是一个首先在Xerox网络系统（XNS）中实现，而后又在Novell的NetWare中实现的距离向量路由选择协议。 路由传送协议传送出去的数据包就像火车中的货物一样，而这个协议则是交通规则，火车是你传送出去的数据包的载体，就是你传送数据包的软件 .
打个比方，你要打的去A低，有1，2，3这3条路可以去。 路由选择协议相当于的哥，他给你选最好最近的路线。 路由传送协议相当于的士车，你比作传输数据，的士车就把你载到A地。

从本文开始介绍路由选择协议，也就是讨论路由表中的路由是怎么形成的。本文内容从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变化来划分，可以分为：静态路由选择策略和动态路由选择策略。(1)静态路由选择策略：即手工配每一条置路由。优点：简单，开销小。缺点：只适用小网络，难以适应网络状态的变化。(2)动态路由选择策略：又叫自适应路由选择。优点：能较好适应网络状态的变化，适用于大网络。缺点：实现复杂，开销大。由于互联网规模非常大，可以把互联网划分为许多较小的自治系统（autonomous system），记为AS。每个自治系统通常在相同管理控制下的路由器组成，在一个AS中的路由器都全部运行在同样的路由算法。各个AS之间彼此是互联的，因此一个AS中有一个或多个路由器用于不同AS之间的通信，即负责将本AS之外的目的地址转发分组，这些路由器称为网关路由器。根据上面描述，可以将路由选择协议划分为两个大类：内部网关协议和外部网关协议。(1)内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol）：即在一个自治系统内不使用的路由选择协议，常见的协议有RIP、OSPF协议。(2)外部网关协议EGP（External Gateway Protocol）：用于实现不同自治系统之间通信的传递，这样的协议就是EGP协议，目前使用最多的就是BGP的版本4（BGP-4）。自治系统之间的路由选择也叫域间路由选择，在自治系统之内的路由选择也叫域内路由选择。RIP（Routing Information Protocol）协议——路由信息协议，是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，最大的优点是简单。RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录（距离向量）。RIP协议对距离的定义如下：RIP协议是通过每个路由器要不断的和其他路由器交换路由信息，从而达到自治系统中所有节点都得到正确的路由信息。RIP协议考虑了和哪些路由器交换信息、交换什么信息以及什么时候交换信息这三个问题，RIP协议特点：路由器在刚开始工作时，它的路由表是空的，然后路由器就得出到直接相连的几个网络的距离（这些距离为1），接着每个络器也只是和自己相邻的路由器交换并更新信息。经过若干次交换后，所有路由器都会知道到达本自治系统汇总任何一个网络的最短距离和下一跳地址。对每一个相邻路由器发送过来的RIP报文，会进行一下步骤：(1)路由器R1接收到其相邻路由器R2发送过来的报文，先修改此报文的所有项目：把“下一条”字段中的地址都改为R2，并把所有的“距离”字段的值加1。每个项目都有三个关键字段：到目的网络N，距离是d，下一跳路由器是X。(2) 对修改后的RIP报文中的每一项，进行以下步骤：1)若原来的路由表中没有网络N，则把该项目添加到路由表中。2)如果R1路由表中已经有目的网络N，这时查看下一跳的地址，如果下一跳地址是R2，则把收到的项目替换原路由表中的项目。如果下一跳的地址不是R2，那么如果收到项目中距离小于路由表中的距离，则进行替换，否则什么也不做。(3)若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此路由器记为不可达的距离，即把距离设置为16。(4)返回。RIP存在一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将磁信息传送到所有的路由器。这一特点叫做：好消息传得快，坏消息传得慢。如下图所示，在正常的情况下，R1和R2交换信息，其中只画出了达到的网络1的表项。如果路由器R1到网1的链路出现了故障，R1无法达到网1，于是路由器R1把到网1的距离改为16（表示网1不可达），因而R1路由表响应的项目变为 “1,16,直接交付”。但是，可能需要经过30s后R1,才能把更新信息发送给R2,，然而R2可能已经先把自己的路由表发送给了R1，其中有到达网1的这一项“1,2,R1”。R1收到R2的更新报文后，会误认为自己无法直接到达网1，但是可经过R2到达网1，于是把收到的路由信息 “1,2,R1” 修改为 “1,3,R2”，表明“我到网1的距离是3，下一跳的R2”。同理，R2接收到又会更新自己的路由表为 “1,4,R1”，以为“我到网1的距离为4，下一跳为R1”....就这样一直更新下去，知道R1和R2到网1的距离为16时，R1和R2才知道网1是不可达的。所以，这就是：好消息传得快，坏消息传得慢的原因。

路由选择协议的核心是路由算法。即需要一种算法来获取路表中的各项，一个比较好的路由选择算法应该有以下特点[BELL86]:一个实际的路由选择算法，应该尽可能的接近于理想的算法，在不同的应用条件下，可以对上面提出的六个方面有不同的侧重。倘若从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应的进行调整变化来划分，则只有两大类：静态路由选择策略和动态路由选择策略。静态路由选择策略也叫做非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能即使适应网络状态的变化。对于很简单的小网络，完全可以采用静态路由选择，用人工配置每一条路由。动态路由选择也叫做自适应路由选择，其特点是能够较好的适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大，因此动态路由选择适用于较复杂的大网络。互联网采用的路由选择协议主要是自适应的(动态的)，分布式路由选择协议。由于以下两种原因，互联网采用分层次的路由选择协议：为此，可以把整个互联网划分为许多较小的自治系统AS(autonomous system),自治系统AS是在单一技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种自治系统内部的路由选择协议和共同的度量，一个AS对其他AS表现的出是一个单一的和一致的路由选择策略。在目前的互联网中，一个大的ISP就是一个自治系统。这样，互联网就把路由选择协议划分为两大类：自治系统之间的路由选择协议也叫做域间路由选择(interdomain routing)，而在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择(intradomain routing)。如图4-31RIP（routing information protocol）是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议[RFC1058],也叫路由信息协议，RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。最大的优点就是简单。RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录（因此这是一组距离，叫做距离向量），RIP将距离定义如下：从一路由器到直接连接的网络的距离为1，从路由器到非之间的网络的距离定义为所经过的路由器数+1。RIP协议的距离也称之为跳数，但是一条跳数最多只能包含15个路由器，因此，当距离=16时，就相当于不可达。因此RIP只能适用于小型互联网。注意的是，到直接连接的网络也定义为0(采用这种定义的理由是：路由器在和直接连接在该网络上的主机进行通信并不需要经过另外的路由器，既然经过每一个路由器都要将距离增加1，那么不经过路由器就不需要+1，就是0)。RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP选择一条具有最少路由器的路由（最短路由），哪怕还存在另一条高速低延时的但是路由器较多的路由。路由器在刚开始工作的时候，其内部路由表是空的。然后路由器就可以和直接相连的几个网络的距离(这些距离为1)，接着，每个路由器和与自己相连的路由器不断交换路由表信息，经过若干次更新后，所有的路由器最终就可以知道本自治系统中任何一个网络地址和最短下一跳路由器的地址。路由器最主要的信息是：到某个网路的距离（最短距离），以及下一跳的地址，路由表更新的原则是找出到每个网络的最短距离，这种算法又称之为距离向量算法。对每一个相邻的路由器发送过来的RIP报文，进行以下步骤：算法描述：其实就是求一个路由器到另一个路由器的最短距离。例题：已知路由器R6有表4-9(a)所表示的路由表，现在收到相邻路由器路由表R4发过来的路由更新信息，如图4-9(b)所示。试更新路由器R6的路由表。解：首先把R4发过来的路由表中的距离都+1：把这个表和R6的路由表进行比较：RIP协议让每一个自治系统中的所有路由都和自己的相邻路由器定期交换路由表信息，并不断更新路由表，使得每从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短距离（也就是跳数最小）。现在比较新的RIP协议报文格式是1998年提出的RIP2。RIP协议使用运输层的用户数据报（UDP端口为520）进行传输。RIP报文由首部和路由部分组成。RIP首部占4个字节，其中的命令字段指出报文的意义。RIP2报文中的路由部分有若干路由信息组成，每个路由信息需要用20字节。地址标识符(又称地址列别)字段用来标识所用的地址协议。如果采用IP地址就为2。路由标记填入自治系统号ASN（Autonomous System Number），这是考虑使用RIP有可能收到本自治系统以外的路由选择信息，再后面指出某个网络地址，下一跳路由器地址以及到此网络的距离，一个RIP报文最多可以包含25个路由，因而RIP报文的最大长度是4+20x25=504字节。如果超过，则必然再使用以恶搞RIP报文来传送。RIP还具有简单的鉴别功能，若使用鉴别功能，则将原来写入第一个路由信息(20字节)的位置用作鉴别，这时应该将地址标识符置为全1(0xFFFF),而路由标记写入鉴别类别，剩下的16字节作为鉴别数据，在鉴别数据之后才能写入路由信息，但这时只能写入24个路由信息。RIP存在的一个问题是当网络出现故障的时候，要经过比较长的时间才能将信息传送到所有的路由器，RIP协议的这一特点是：好消息传播的很快，而坏消息传播的很慢，网络出现故障的传播时间往往需要经过较长时间，这是RIP协议的一个主要缺点。为了使坏消息传播的更快些，可以采用多种措施，例如，让路由器记录收到某特定路由信息的接口，而不是让同一个路由信息再通过此接口反方向传送。总之，RIP协议最大的优点是实现简单，开销较小，但RIP协议缺点也很明显，首先限制了网络规模，因为路由器最大的跳数是15跳，一般中大型网络规模RIP协议就不适用了。其次就是路由器之间交换的路由信息是路由器中完整的路由表，因而随着网络规模变大，开销也就增加。最后就是好消息传播的很快，坏消息传播的很慢。

路由协议又叫RIP协议。最初是为Xerox网络系统的Xerox parc通用协议而设计的，是Internet中常用的路由协议。
近十年来，随着计算机网络规模的不断扩大，大型互联网络（如Internet）的迅猛发展，路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分，路由器也随之成为最重要的网络设备。用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及，人们已经不满足于仅在本地网络上共享信息，而希望最大限度地利用全球各个地区、各种类型的网络资源。而在目前的情况下，任何一个有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），无论采用的是快速以大网技术、FDDI技术，还是ATM技术，都离不开路由器，否则就无法正常运作和管理。 1 网络互连把自己的网络同其它的网络互连起来，从网络中获取更多的信息和向网络发布自己的消息，是网络互连的最主要的动力。网络的互连有多种方式，其中使用最多的是网桥互连和路由器互连。1.1 网桥互连的网络网桥工作在OSI模型中的第二层，即链路层。完成数据帧（frame）的转发，主要目的是在连接的网络间提供透明的通信。网桥的转发是依据数据帧中的源地址和目的地址来判断一个帧是否应转发和转发到哪个端口。帧中的地址称为“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是网卡所带的地址。网桥的作用是把两个或多个网络互连起来，提供透明的通信。网络上的设备看不到网桥的存在，设备之间的通信就如同在一个网上一样方便。由于网桥是在数据帧上进行转发的，因此只能连接相同或相似的网络（相同或相似结构的数据帧），如以太网之间、以太网与令牌环（token ring）之间的互连，对于不同类型的网络（数据帧结构不同），如以太网与X.25之间，网桥就无能为力了。网桥扩大了网络的规模，提高了网络的性能，给网络应用带来了方便，在以前的网络中，网桥的应用较为广泛。但网桥互连也带来了不少问题：一个是广播风暴，网桥不阻挡网络中广播消息，当网络的规模较大时（几个网桥，多个以太网段），有可能引起广播风暴（broadcasting storm），导致整个网络全被广播信息充满，直至完全瘫痪。第二个问题是，当与外部网络互连时，网桥会把内部和外部网络合二为一，成为一个网，双方都自动向对方完全开放自己的网络资源。这种互连方式在与外部网络互连时显然是难以接受的。问题的主要根源是网桥只是最大限度地把网络沟通，而不管传送的信息是什么。1.2 路由器互连网络路由器互连与网络的协议有关，我们讨论限于TCP／IP网络的情况。路由器工作在OSI模型中的第三层，即网络层。路由器利用网络层定义的“逻辑”上的网络地址（即IP地址）来区别不同的网络，实现网络的互连和隔离，保持各个网络的独立性。路由器不转发广播消息，而把广播消息限制在各自的网络内部。发送到其他网络的数据茵先被送到路由器，再由路由器转发出去。IP路由器只转发IP分组，把其余的部分挡在网内（包括广播），从而保持各个网络具有相对的独立性，这样可以组成具有许多网络（子网）互连的大型的网络。由于是在网络层的互连，路由器可方便地连接不同类型的网络，只要网络层运行的是IP协议，通过路由器就可互连起来。网络中的设备用它们的网络地址（TCP／IP网络中为IP地址）互相通信。IP地址是与硬件地址无关的“逻辑”地址。路由器只根据IP地址来转发数据。IP地址的结构有两部分，一部分定义网络号，另一部分定义网络内的主机号。目前，在Internet网络中采用子网掩码来确定IP地址中网络地址和主机地址。子网掩码与IP地址一样也是32bit，并且两者是一一对应的，并规定，子网掩码中数字为“1”所对应的IP地址中的部分为网络号，为“0”所对应的则为主机号。网络号和主机号合起来，才构成一个完整的IP地址。同一个网络中的主机IP地址，其网络号必须是相同的，这个网络称为IP子网。通信只能在具有相同网络号的IP地址之间进行，要与其它IP子网的主机进行通信，则必须经过同一网络上的某个路由器或网关（gateway）出去。不同网络号的IP地址不能直接通信，即使它们接在一起，也不能通信。路由器有多个端口，用于连接多个IP子网。每个端口的IP地址的网络号要求与所连接的IP子网的网络号相同。不同的端口为不同的网络号，对应不同的IP子网，这样才能使各子网中的主机通过自己子网的IP地址把要求出去的IP分组送到路由器上。2 路由原理当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时，它将直接把IP分组送到网络上，对方就能收到。而要送给不同IP于网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器，主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关（default gateway）”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。路由器转发IP分组时，只根据IP分组目的IP地址的网络号部分，选择合适的端口，把IP分组送出去。同主机一样，路由器也要判定端口所接的是否是目的子网，如果是，就直接把分组通过端口送到网络上，否则，也要选择下一个路由器来传送分组。路由器也有它的缺省网关，用来传送不知道往哪儿送的IP分组。这样，通过路由器把知道如何传送的IP分组正确转发出去，不知道的IP分组送给“缺省网关”路由器，这样一级级地传送，IP分组最终将送到目的地，送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了。目前TCP／IP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由器为基础的网络（router based network），形成了以路由器为节点的“网间网”。在“网间网”中，路由器不仅负责对IP分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定“网间网”的路由选择和维护路由表。路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路径，由路由选择算法来实现。由于涉及到不同的路由选择协议和路由选择算法，要相对复杂一些。为了判定最佳路径，路由选择算法必须启动并维护包含路由信息的路由表，其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中，根据路由表可将目的网络与下一站（nexthop）的关系告诉路由器。路由器间互通信息进行路由更新，更新维护路由表使之正确反映网络的拓扑变化，并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就是路由选择协议（routing protocol），例如路由信息协议（RIP）、开放式最短路径优先协议（OSPF）和边界网关协议（BGP）等。转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何将分组发送到下一个站点（路由器或主机），如果路由器不知道如何发送分组，通常将该分组丢弃；否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点，如果目的网络直接与路由器相连，路由器就把分组直接送到相应的端口上。这就是路由转发协议（routed protocol）。路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立的概念，前者使用后者维护的路由表，同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。下文中提到的路由协议，除非特别说明，都是指路由选择协议，这也是普遍的习惯。3 路由协议典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由。静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明发生了网络变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此在网络中动态路由通常作为静态路由的补充。当一个分组在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。根据是否在一个自治域内部使用，动态路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。这里的自治域指一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。自治域内部采用的路由选择协议称为内部网关协议，常用的有RIP、OSPF；外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择，常用的是BGP和BGP-4。下面分别进行简要介绍。3.1 RIP路由协议RIP协议最初是为Xerox网络系统的Xerox parc通用协议而设计的，是Internet中常用的路由协议。RIP采用距离向量算法，即路由器根据距离选择路由，所以也称为距离向量协议。路由器收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网。RIP使用非常广泛，它简单、可靠，便于配置。但是RIP只适用于小型的同构网络，因为它允许的最大站点数为15，任何超过15个站点的目的地均被标记为不可达。而且RIP每隔30s一次的路由信息广播也是造成网络的广播风暴的重要原因之一。3.2 OSPF路由协议80年代中期，RIP已不能适应大规模异构网络的互连，0SPF随之产生。它是网间工程任务组织（1ETF）的内部网关协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议。0SPF是一种基于链路状态的路由协议，需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些变量。利用0SPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息，并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。而基于距离向量的路由协议仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息。与RIP不同，OSPF将一个自治域再划分为区，相应地即有两种类型的路由选择方式：当源和目的地在同一区时，采用区内路由选择；当源和目的地在不同区时，则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销，并增加了网络的稳定性。当一个区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其它区路由器的正常工作，这也给网络的管理、维护带来方便。3.3 BGP和BGP-4路由协议BGP是为TCP／IP互联网设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。它既不是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其它自治域的BGP交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。BGP更新信息包括网络号／自治域路径的成对信息。自治域路径包括到达某个特定网络须经过的自治域串，这些更新信息通过TCP传送出去，以保证传输的可靠性。为了满足Internet日益扩大的需要，BGP还在不断地发展。在最新的BGp4中，还可以将相似路由合并为一条路由。3.4 路由表项的优先问题 在一个路由器中，可同时配置静态路由和一种或多种动态路由。它们各自维护的路由表都提供给转发程序，但这些路由表的表项间可能会发生冲突。这种冲突可通过配置各路由表的优先级来解决。通常静态路由具有默认的最高优先级，当其它路由表表项与它矛盾时，均按静态路由转发。