Routing Protocols
路由协议
路由协议运行在路由器之间，用来交换路由信息、维护路由表。它们服务于网络层的路径选择，但具体报文可能封装在不同下层协议中。例如 RIP 报文使用 UDP，BGP 使用 TCP，但它们的核心功能仍是路由选择。
三种协议对比：
| 比较点 | RIP | OSPF | BGP |
|---|---|---|---|
| 使用范围 | AS 内部 | AS 内部 | AS 之间 |
| 协议类别 | IGP | IGP | EGP |
| 基础思想 | 距离-向量 | 链路状态 | 路径向量与策略 |
| 主要度量 | 跳数 | 链路代价 | AS 路径和策略 |
| 交换对象 | 相邻路由器 | 区域内洪泛链路状态 | BGP 对等站 |
| 传输封装 | UDP 520端口 | 直接封装在 IP 中 | TCP 179端口 |
| 适用特点 | 小规模、简单网络 | 较大 AS，收敛较快 | AS 间可达性和策略控制 |
RIP 和 OSPF 解决的是一个 AS 内部如何选路；BGP 解决的是 AS 之间如何互相通告可达网络，并根据策略选择可接受的路径。
RIP
RIP 是内部网关协议，基于距离-向量思想。RIP 用跳数表示距离：
- 从一个路由器到直连网络的距离为 1。
- 每经过一个路由器，距离加 1。
- 最大有效距离为 15。
- 距离 16 表示不可达。
RIP 认为距离短的路由是好路由。如果到同一目的网络存在多条相同跳数的路由，可以做等价负载均衡。
RIP 的基本工作过程是：
- 路由器刚开始工作时，只知道自己到直连网络的距离。
- 每个路由器只和相邻路由器周期性交换路由信息。
- 每次收到邻居的距离向量后，按“邻居距离 + 到邻居代价”更新本地路由表。
- 经过若干轮交换后，各路由器得到到本 AS 内各网络的较短路径。
RIP 的条目更新要抓住三条：
- 同一下一跳传来的更新，无论距离变大还是变小，都要采用。
- 新发现的目的网络要加入路由表。
- 不同下一跳的新路径更短时，改用新路径。
RIP 的典型问题是“坏消息传播慢”。这来自距离-向量算法本身：路由器不知道完整路径，可能被邻居的旧信息误导，形成距离无穷计数。
RIP 常用的缓解措施包括：
- 最大距离限制：15 为最大有效距离，16 为不可达。
- 触发更新：路由变化时立即发送更新。
- 水平分割：从某接口学到的路由，不从同一接口反向发送。
RIP2 支持 VLSM/CIDR，提供简单鉴别，并支持多播。RIP 报文使用 UDP 520 端口。
RIP 的优点是实现简单、路由器开销小；缺点是最大距离限制使它不适合大型 AS，且坏消息传播慢。
OSPF
OSPF 是内部网关协议，基于链路状态算法。它不让路由器只听邻居宣告距离，而是让同一区域内的路由器同步链路状态数据库 LSDB，再各自运行最短路径算法。
OSPF 的核心概念包括：
| 概念 | 含义 |
|---|---|
| Hello 分组 | 发现和维护邻居关系 |
| 链路状态 | 路由器到邻居或直连网络的连接状态和代价 |
| LSA | 链路状态通告，描述本路由器的链路状态 |
| LSU | 链路状态更新分组，用来洪泛发送链路状态 |
| LSDB | 链路状态数据库，同一区域内应保持一致 |
OSPF 的五种分组是：
| 分组 | 作用 |
|---|---|
| Hello | 发现和维护邻居可达性 |
| Database Description | 发送本机 LSDB 摘要 |
| Link State Request | 请求缺少的链路状态项目 |
| Link State Update | 发送链路状态项目的详细信息 |
| Link State Acknowledgement | 确认收到链路状态更新 |
OSPF 的基本过程可以概括为：
- 相邻路由器周期性交换 Hello 分组，建立和维护邻居关系。
- 建立邻居关系后，交换数据库描述分组。
- 若发现自己缺少某些链路状态项目，就发送链路状态请求。
- 对方用链路状态更新分组发送详细信息。
- 收到后更新 LSDB，并发送链路状态确认。
- LSDB 同步后，各路由器运行最短路径算法，得到路由表。
- 链路状态变化时，使用洪泛法重新扩散更新。
在多点接入网络中，如果所有 OSPF 路由器都彼此建立完全邻接关系，会产生大量邻接和多播分组。OSPF 通过选举 DR 和 BDR 降低开销。
- DR 是指定路由器，代表该多点接入网络与其他路由器交换链路状态。
- BDR 是备用指定路由器，在 DR 故障时接替。
- 普通路由器主要与 DR/BDR 建立邻接关系。
OSPF 还支持区域划分。区域划分把链路状态洪泛限制在区域内部，减少整个 AS 的通信量。骨干区域负责连接其他区域，区域边界路由器在区域之间传递汇总后的路由信息。
BGP
BGP 是外部网关协议，用于自治系统之间。BGP 不能简单理解成“找最短路”的协议，因为不同 AS 的代价度量不统一，并且 AS 之间的路由选择还受商业关系、访问控制、策略偏好影响。
BGP 的基本对象是 BGP 发言人。两个 BGP 发言人先建立 TCP 连接，端口号为 179，然后在 TCP 连接上建立 BGP 会话并交换路由信息。互相建立 BGP 会话的双方称为邻站或对等站。
BGP 发言人交换的是网络可达性信息，尤其是到某网络要经过的一系列 AS。这个 AS 路径既能表达可达性，也能帮助避免 AS 级环路。
BGP-4 有四种报文：
| 报文 | 作用 |
|---|---|
| OPEN | 建立相邻 BGP 发言人的关系，初始化通信 |
| UPDATE | 通告新路由，或撤销过时路由 |
| KEEPALIVE | 周期性确认邻站连通性 |
| NOTIFICATION | 报告检测到的差错 |
BGP 刚运行时，邻站可能交换较完整的路由信息；之后通常只在变化时发送更新，以减少带宽和处理开销。