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网络层路由技术

发布时间 2023-12-28 21:09:31作者: 林每天都要努力

网络层路由技术

1、移动承载网络中的网络层协议

2G/3G的业务模式更多的是点到点的模式，直接实现基站和基站控制器之间的数据传递。

在4G LTE业务中， 第一，核心网侧的服务器集中化部署，基站允许在某个业务服务器出现故障之后同另外的服务器进行通信。第二，基站和基站之间的业务转发需求出现，出现一对多业务通信。

2、 路由基础

路由器A有一个数据包想要转发到网络N时，A会根据目的地址查找路由表，找到去往目标网路的出接口，从出接口进行转发。

IP路由过程

如图所示，IP路由过程分为三步：

（1）10.3.1.0网络的数据包被发送到与网络直连的RTA的E1端口上，RTA接收到数据包后，查找路由表，下一跳为10.1.2.2，出接口为E0

（2）RTB 收到数据包之后，查找自己的路由表，发现下一跳为10.2.1.2 出接口为E1 进行转发。

（3）RTC 查找路由表，下一跳为10.4.1.1 出接口为 E1

IP路由过程说明，路由器转发数据包依赖路由表，路由器要完成路由功能，要做到：

  1. 检查数据包的目的地址。
  2. 确定信息源。 路由器从哪里获取给定的目的地址？
  3. 发现可能的路由。到目的地址的可能路由有哪些？
  4. 选择最佳路由。到目的地址的最佳路由是哪条？路由器是否应在多条路径之间均衡负载？
  5. 验证和维护路由信息。 保证路由信息的有效性。

路由表中的路由来源：

  1. 链路层协议发现的路由。又称接口路由或直连路由 （只包括直连网段的路由）
  2. 由网络管理员手工配置的静态路由。
  3. 动态路由协议发现的路由。

常见的动态路由协议：

  1. 路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）
  2. 开放式最短路径优先协议（Open Shortest Path First，OSPF)
  3. 中间系统到中间系统协议（Intermediate System to Intermediate System， IS-IS）
  4. 边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）

按照作用范围分为IGP（内部网关协议：RIP、OSPF、IS-IS）和EGP（外部网关协议：BGP）

按照寻径算法和交换路由信息的方式，可以分为距离矢量协议（基于贝尔曼-福特算法，关心到目的网段的距离和方向，RIP、BGP）和链路状态协议（基于Dijkstra算法，关心最短路径，OSPF、IS-IS）

一个好的路由协议要具备：

  1. 正确性，路由协议能够正确找到最优的路由，并且无路由自环。
  2. 快收敛，当网络的拓扑发生变化时，路由协议能够迅速更新路由，适应新的网络拓扑。
  3. 低开销，要求协议自身的开销（内存、CPU、网络带宽）最小。
  4. 安全性，协议自身不易受攻击，有安全机制。
  5. 普适性，能适应各种网络拓扑结构和各种规模的网络，扩展性好。

3、路由信息协议 RIP

3.1基本原理

RIP是一种基于D-V算法的路由协议，通过UDP交换路由信息，每隔30s向外发送一次更新报文，如果链路在180s后未回应，则标记为不可达，在120s之后仍无回应，删除该路由。

RIP通过跳数衡量到达目的网络的距离，如果跳数大于等于16，视为不可达。

路由表初始化过程：

  1. RIP启动时的初始路由表仅包含本路由器的一些直连路由接口。
  2. RIP启动后向各个接口广播一个请求报文。
  3. 相邻的路由器收到请求报文之后，根据自己的路由表形成响应报文，并向该接口对应网络广播。
  4. RIP接收邻居路由器的响应，并形成自己的路由表。
  5. RIP根据D-V算法的特点，协议参加者包括主动机（路由器）和被动机（PC段）。

RIP路由表更新过程，收到新的路由表后，跟本身对比，然后选最优的进行更新。

RIP路由更新过程

RIP报文

3.2 RIP防环路机制

  1. 水平分割：从邻居学到的路由不在转发给邻居。
  2. 路由抑制：将故障路由置于16，抑制该路由。
  3. 抑制时间：出现故障路由后，在安全时间内不再更新路由表（错误路径），除非有更好路由（跳数更少）
  4. 触发更新：如果出现故障后，立即触发网络更新信息。

4、开放式最短路径优先协议 OSPF

​ OSPF是基于链路状态的算法的常用IGP路由协议。在OSPF域内，路由器之间交换的是链路状态信息，所有的链路状态信息集合成链路状态信息库，路由器通过最短路径优先算法（SPF）计算出到达目的地的最短路径。

4.1 基本原理

​ 互联网工程任务组IETF开发，运行于IP上，IP号为89。报文结构如下：

OSPF报文结构

OSPF具有很多显著的特点：

  1. 支持CIDR。
  2. 支持区域划分。
  3. 无路由自环。
  4. 路由变化收敛速度快。
  5. 使用IP多播收发协议数据。
  6. 支持多条等值路由。
  7. 支持协议报文的认证。

工作原理

OSPF路由计算过程

  1. 邻接关系建立。相邻的路由器会形成OSPF邻接关系。只有邻接关系建立好后，路由器之间才能交互各自知道的LSA。
  2. LSDB同步。所有的LSA的集合称为LSDB。
  3. SPF路由计算， 路由器以自己为根运行SPF算法，生成一棵最短路径树。
  4. 路由表生成。根据SPF计算出各自的路由信息，并添加到路由表。

​ 单区域OSPF： 区域是一组路由器和网络的结合，单区域指所有运行OSPF协议的路由器划分到同一个区域。

5、中间系统到中间系统协议 IS-IS

​ 实现基于无链接网络协议寻址的路由协议，与OSPF有相似，不同点如下。

  1. IS-IS直接运行于链路层之上，通过传递协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）来传递链路信息没完成链路数据库的同步。
  2. IS-IS协议报文采用TLV的格式，很容易扩展支持新的特性。

CLV三元组

5.1 工作原理

​ 工作原理和OSPF计算路由的过程相似。IS-IS定义了两种类型的网络：

  1. 点对点网络：两台路由器直连的网络。
  2. 广播型网络：支持两台路由器以上的路由器，并且具有广播能力的网络。

6、边界网关协议 BGP

6.1 工作原理

BGP工作原理

为了建立AS 65101 和AS 65103 的通信，需要构建IBGP连接。

（1）BGP路由通告原则

  1. BGP连接一建立，BGP Speaker 将把自己所有的BGP路由通告给新的节点。
  2. BGP只把自己使用的路由通告给节点。
  3. BGP Speaker 从EBGP获得的路由会向它所有BGP节点通告，包括EBGP和IBGP邻居。
  4. BGP Speaker 不会把自己从IBGP获得的路由通告给它的IBGP邻居。
  5. BGP Speaker 从IBGP获得的路由是否通告给EBGP 节点，要依据IGP和BGP同步的情况。

（2）BGP路由的注入

  1. 通过Network 命令，把IP路由表内的路由信息注入BGP中。
  2. 通过Import 命令把其他协议的路由信息注入BGP。