目录

一、路由基础

1. 路由的基本概念

2. 路由聚合

3. 最长前缀匹配

二、路由选择协议分类

自治系统（AS）

三、RIP（路由信息协议）

1. 核心原理

2.主要特征

3.主要问题

4. 解决措施

四、OSPF（开放最短路径优先）

1. 核心原理

2. 关键机制

（1）邻居与邻接关系

（2）区域划分

（4）报文类型

3. 特点

五、BGP（边界网关协议）

1. 核心原理

2. 关键机制

（1）连接建立

（2）路由属性

（3）报文类型

六、路由器工作原理

1. 核心结构

2. 转发流程

七、三大路由协议详细对比

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一、路由基础

1. 路由的基本概念

• 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：与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立即更新。

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（周期性发送更新）

    • 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，为了减少发送OSPF分组的数量，一般选举指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR，当DR出现问题时替代），普通的OSPF路由器只能与DR/BDR建立邻居关系，即普通OSPF路由器间不能直接交换信息必须同通过DR/BDR进行交换。

（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，标识符必须为0。

• 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。

（3）OSPF报文类型

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

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

1. 输入端口接收数据包，进行物理层和数据链路层处理。

2. 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。

3. 交换结构将数据包转发到输出端口。

4. 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

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