3.8 路由选择器协议

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前言

在计算机网络中，路由选择协议起着至关重要的作用，它负责决定数据包从源节点到目标节点的传输路径，其性能直接影响网络的效率、可靠性和灵活性。路由选择协议主要分为静态路由选择和动态路由选择两大类，不同类型的协议适用于不同的网络环境和需求。

1 静态路由选择

①定义
静态路由是由网络管理员手动配置的路由信息。管理员根据网络拓扑结构，为每个路由器指定到达特定网络或主机的下一跳地址。

②优点

• 高安全性与稳定性：路由由管理员手动配置，不受动态路由协议中错误或不一致路由信息的影响，适用于对安全性和稳定性要求较高的网络环境，如小型企业或特定用途的网络。
• 低资源消耗：无需进行复杂的路由计算和信息交换，节省路由器的 CPU 和内存资源。

③缺点

• 缺乏灵活性：当网络拓扑发生变化（如链路故障或新网络加入）时，管理员必须手动更新所有相关路由器的路由表，尤其在大规模网络中，人工操作较为繁琐，且容易出错。
• 配置复杂且易出错：大规模网络需要配置大量的静态路由条目，容易产生配置错误，增加网络管理的复杂性。

2 动态路由选择

①定义
动态路由协议使得路由器能够自动学习和更新网络拓扑信息，并根据网络状态的变化调整路由表。

②优点

• 适应性强：能够自动适应网络拓扑的变化，如链路故障或网络拥塞，快速调整路由，减少网络中断，提高网络的可用性和可靠性。
• 易于管理：不需要人工干预，尤其适合拓扑结构复杂、变化频繁的网络环境。

③分类

• 内部网关协议（IGP）：用于自治系统内部的路由选择协议，包括 RIP、OSPF 和 IS-IS 等。
• 外部网关协议（EGP）：用于不同自治系统之间的路由选择协议，目前最常用的是 BGP。

3 自治系统（AS）

①定义
自治系统（Autonomous System，AS）是一个由单一管理机构管理、并采用统一路由策略的网络集合。在因特网中，不同的自治系统通过边界路由器相互连接。

②特点

• 自治系统内部的网络使用相同的路由协议
• 不同自治系统之间则需要使用域间路由协议进行通信。

4 域内路由选择

①定义
域内路由选择协议（IGP）用于自治系统内部的路由选择，常见协议包括：

• RIP：基于距离向量算法，简单易配置，但存在收敛慢和跳数限制等问题。
• OSPF：采用链路状态算法，收敛速度快，适用于大型企业网络，支持分层结构和路由汇总。
• IS-IS：与 OSPF 类似，适用于运营商网络，具有更好的扩展性和稳定性。

②特点
适用于网络内部的快速收敛、高效计算和动态调整。

5 域间路由选择

①定义
域间路由选择协议（EGP）用于不同自治系统之间的路由信息交换，最常用的是 BGP（边界网关协议）。

②BGP（边界网关协议）
基于路径向量算法，考虑多种因素（如网络策略和可达性等），不仅仅基于跳数或链路状态选择路由。

BGP 常用于因特网的核心路由，能够支持复杂的路由策略。

③特点

• 可靠性高：BGP 支持多种策略路由，可以实现自治系统之间的复杂路由决策。
• 适用范围：主要用于大规模网络互联，如互联网。

7 路由器基本结构

路由器主要由以下几部分组成：

• 输入端口：接收数据包，进行链路层解封装并初步错误检测。
• 输出端口：从交换结构接收数据包，进行链路层封装并发送。
• 交换结构：负责将数据包从输入端口快速、准确地转发到适当的输出端口。
• 路由处理器：运行路由协议，维护路由表，根据拓扑变化计算最佳路由，是路由器的控制中心。

随着网络技术的发展，如 软件定义网络（SDN） 的出现，路由器的架构和路由选择协议在不断优化，以适应云计算、大数据等新兴网络应用的需求。