计算机网络第四章笔记（三）

路由表：路由器存储的条目，包含目的网络、子网掩码、下一跳、接口、度量等信息，常见路由条目如下：

|---------|--------|-------|
| 目的网络 | 子网掩码 | 下一跳 |
直连路由 ：路由器自动发现的直连网络路由（通过路由器接口IP与网络掩码按位与操作得到），无需手动配置。
静态路由 ：管理员手动配置的路由，适用于拓扑稳定的小型网络
默认路由 ：当路由表中无匹配条目时使用的"兜底"路由，通常配置为 0.0.0.0 。

2. 路由聚合

核心原理 ：将多个连续子网的共同前缀提取出来，生成一个更大的网络地址，减少路由表条目。
计算示例：
- 子网 192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24
- 共同前缀为 192.168.0.0/22（二进制前22位相同）
作用：减少路由表大小，降低路由器开销，提升收敛速度。

3. 最长前缀匹配

规则：路由器转发数据包时，选择与目的IP地址前缀最长的路由条目（网络前缀越长，地址快就越小，路由就越具体）。
示例：
- 目的IP：192.168.1.10
- 路由表条目：192.168.1.0/24 和 192.168.0.0/21
- 优先匹配 /24（前缀更长，更精确）

二、路由选择协议分类

自治系统（AS）

定义：由同一管理机构控制的一组网络，拥有唯一的AS号（16位或32位）。
核心协议分类：
- 内部网关协议（IGP）：AS内部的路由协议，如 RIP、OSPF。
- 外部网关协议（EGP）：AS之间的路由协议，如 BGP。

三、RIP（路由信息协议）

1. 核心原理

距离向量算法：以"跳数"（经过的路由器数量）为度量，最大跳数为15（16表示不可达）。
更新机制：
- 周期性更新：每30秒向邻居广播路由表。
- 触发更新：路由拓扑结构变化时立即发送更新报文，加速收敛。

2.主要特征

和谁交换信息：于自己的邻居路由器交换信息。

交换什么信息：交换自己的路由表。

什么时候交换信息：周期性交换（一般为30s），若路由拓扑结构发生变化也会触发更新。

3.主要问题

坏消息传的慢（由于形成路由环路所导致）

4. 解决措施

水平分割：路由器不向路由信息的来源方向发送该路由，避免环路。
毒性逆转：将来自某邻居的路由信息，以跳数16（不可达）发回给该邻居，快速消除环路。
触发更新：路由变化时立即发送更新，而非等待30秒周期性更新。
- 计时器：
  - 更新计时器：30秒（发送更新）
  - 超时计时器：180秒（路由未更新则标记为不可达）
  - 垃圾回收计时器：若再过120秒仍未收到邻居路由器发来的消息（删除不可达路由）

四、OSPF（开放最短路径优先）

1. 核心原理

链路状态算法：每个路由器生成链路状态通告（LSA），泛洪到全网，同步链路状态数据库（LSDB），再通过Dijkstra算法计算最短路径。
LSA包含两种链路状态：与直连网络的链路状态以及与邻居路由器的链路状态。

2. 关键机制

（1）邻居与邻接关系

Hello包 ：每10秒发送（广播网络）或30秒（非广播网络），用于发现邻居、建立邻接关系。
DR/BDR选举：在广播/非广播网络中，选举指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR），减少LSA泛洪量

（2）区域划分

骨干区域（Area 0） ：必须存在，所有非骨干区域必须连接到骨干区域，避免路由环路。
非骨干区域：标准区域、Stub区域、Totally Stub区域、NSSA区域等，用于减少LSA泛洪范围。
区域内部路由：所有接口都位于同一区域内。
区域边界路由器（ABR）：一个接口连接自身区域，另一个接口来连接主干区域。
自治系统边界路由器（ASBR）：自治系统内的，用于连接其他AS的路由器，引入外部路由。

（4）报文类型

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| 报文 | 作用 |
| Hello | 发现邻居、建立邻接关系 |
| DBD（数据库描述） | 同步LSDB的摘要信息 |
| LSR（链路状态请求） | 请求缺失的LSA |
| LSU（链路状态更新） | 发送LSA |
| LSAck（链路状态确认） | 确认LSU，保证可靠泛洪 |

3. 特点

优点：无环路、收敛快、适合大型网络。
缺点：配置复杂、对路由器性能要求较高。

五、BGP（边界网关协议）

1. 核心原理

路径向量算法：基于AS路径、本地偏好等属性选择最优路由，确保AS间无环路。
核心目标：在AS之间传递路由信息，支持策略路由（如基于政治、经济因素选择路由）。

2. 关键机制

（1）连接建立

基于TCP（端口179）建立可靠连接，分为：
- eBGP ：不同AS之间的BGP连接，通常直接物理连接。
- iBGP ：同一AS内部的BGP连接，要求全连接（或通过路由反射器/联盟优化）。

（2）路由属性

必选属性：AS_PATH、NEXT_HOP、ORIGIN
可选属性：LOCAL_PREF等
核心属性优先级：
- LOCAL_PREF（本地偏好，值越高越优先）
- AS_PATH（AS数量越少越优先）
- 热土豆算法（选择离自己最近的出口）
- Router ID（路由器的BGP标识，值越小越优先）

（3）报文类型

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| 报文 | 作用 |
| OPEN | 建立BGP连接，交换版本、AS号、Router ID等信息 |
| KEEPALIVE | 每60秒发送，维持连接（默认保持时间180秒） |
| UPDATE | 发送路由更新（新增/撤销路由），携带路由属性 |
| NOTIFICATION | 检测到错误时发送，关闭连接 |

六、路由器工作原理

1. 核心结构

路由选择部分 ：通过路由协议构建和维护路由表。
分组转发部分：
- 输入端口：接收数据包，提取目的IP，查找路由表，确定下一跳。
- 交换结构：将数据包从输入端口转发到输出端口。
- 输出端口：封装数据包，发送到下一跳。

2. 转发流程

输入端口接收数据包，进行物理层和数据链路层处理。
提取目的IP地址，在路由表中进行最长前缀匹配，确定下一跳和输出端口。
交换结构将数据包转发到输出端口。
输出端口进行数据链路层封装，发送到下一跳。

七、三大路由协议详细对比

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| 对比项 | RIP | OSPF | BGP |
| 协议类型 | IGP | IGP | EGP |
| 算法原理 | 距离向量 | 链路状态 | 路径向量 |
| 度量 | 跳数（最大15） | 链路带宽 | AS路径、LOCAL_PREF等 |
| 传输层协议 | UDP（520） | IP（89） | TCP（179） |
| 更新方式 | 周期性广播/组播 | 触发更新+可靠泛洪 | 增量更新 |
| 收敛速度 | 慢（数分钟） | 快（数秒） | 较慢（依赖策略） |
| 适用场景 | 小型网络 | 中大型企业网络 | 互联网AS之间 |
| 环路处理 | 水平分割、毒性逆转 | 无环路（链路状态算法） | AS_PATH防环 |