《网络规划与设计教程》第九章：-路由设计

第九章：

路由设计

1/31/20251内容提要路由背景知识路由机制路由协议的选择和应用1/31/20252背景知识背景知识路由基本原理路由算法路由协议1/31/20253路由基本原理路由获悉网络内部和网络之间的可达性，然后将这些可达性信息应用于将IP包转发到其目的地。1/31/20254通信量根据最长匹配进行转发例子1/31/20255路由算法选择路由算法通常综合考虑的设计目标：最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。快速收敛：收敛是在最佳路径的调整过程中所有路由器达到一致的过程。灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。1/31/20256路由算法路由算法按照种类可分为以下几种：静态和动态、单路和多路、平等和分级、源路由和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量。1/31/20257路由协议典型的路由选择方式有两种：静态路由：静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。动态路由：动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。1/31/20258路由协议根据是否在一个自治域内部使用，动态路由协议分为：内部网关协议（IGP）：常用的IGP有RIP、OSPF；外部网关协议（EGP）：常用的是BGP和BGP-41/31/20259RIP路由协议最初是为Xerox网络系统的Xeroxparc通用协议而设计的RIP采用距离向量算法，即路由器根据距离选择路由，所以也称为距离向量协议RIP使用非常广泛，它简单、可靠，便于配置。RIP也有明显的不足：当有多个网络时，会出现环路问题1/31/202510RIP路由协议环路问题的解决1、水平分割IETF提出了水平分割的方法，即路由器不可以通过它得知路由的接口去广播路由信息。水平分割解决了两个路由器之间的路由环路问题，但不能防止3个或多个路由器形成路由环路

2、触发更新要求路由器在链路发生变化时立即传输它的路由表。这加速了网络的收敛，但容易产生广播泛滥。1/31/202511OSPF路由协议0SPF是一种基于链路状态的路由协议；每个路由器都要向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息；链路状态算法使得他使用的带宽较少，不容易产生环路；比距离向量路由协议收敛速度更快，当网络拓扑结构出现变化时的路由能快速收敛；OSPF支持层次化路由另外，OSPF还支持CIDR等其它特征。1/31/202512OSPF路由协议---缺点OSPF实现复杂；OSPF要求网络工程师或管理人员完成大量配置工作以达到优化、稳定的路由；在OSPF网络中，还有很多需要理解、监视和使用的信息，这些信息在隔离和排除路由问题时是很有帮助的；另外，在实际应用中，OSPF的快速收敛时间和OSPF层次化路由有一定冲突，需要折衷。1/31/202513BGP和BGP-4路由协议BGP是为互联网设计的外部网关协议；用于多个自治域系统（AS）之间；它是基于路径向量的EGP。两种类型的BGP：外部BGP(eBGP，externalBGP，)eBGP是BGP的“正常”运作模式——在AS之间传递路径信息；内部BGP(iBGP，internalBGP、)iBGP用来在一个AS的边界路由器之间形成隧道以跨越该AS传递路径信息。1/31/202514内部BGP（iBGP）和外部BGP（eBGP）的应用1/31/202515内容提要路由背景知识路由机制

路由协议的选择和应用1/31/202516路由机制路由机制确定路由边界控制路由流1/31/202517确定路由边界1、功能域和工作组功能域（FA，FunctionalArea）是系统中共享类似功能的组。工作组（WG，WorkGroup）是具有共同的位置、应用和需求或者属于同一个组织的一组用户。2、路由边界路由边界是基于网络的管理需求对网络所进行的物理上和逻辑上的分隔，并把分割后的网络进行标识和分类。1/31/202518工作组和功能域的例子1/31/202519路由边界物理边界通过隔离局域网或非军事化区域（DMZ）、网络设备上的物理接口等来标识；逻辑边界可以由功能域、工作组、管理域（如自治系统AS）等来标识。1/31/202520路由边界的区分执行跨越边界传递路由信息的路由协议类型可以用于区分边界。例如，外部网关协议（EGP）主要在自治系统之间交换路由信息（可达性和路由测度）；内部网关协议（IGP）则主要在自治系统内部进行路由信息的通信。1/31/202521路由边界的区分“硬边界”(HardBoundary)来描述一个主要使用EGP来传递路由信息的路由边界；硬边界位于自治系统之间、自治系统和外部网络之间或者在自治系统内网络之间定义良好的分隔中。“软边界”(SoftBoundry)则是主要使用IGP的路由边界。软边界一般出现在一个自治系统中，通常位于功能域或者工作组的连接处。1/31/202522一个硬边界的例子1/31/202523软边界的例子1/31/202524控制路由流路由流（RoutingFlow）是路由器间交换路由信息而形成的通信流，在功能域之间和自治系统之间传递。路由信息包括：路由初始化信息、路由更新信息路由背景信息（如“hello”或“keepalive”消息）等。1/31/202525控制路由流1、控制技术缺省路由：通过缺省路由信息传播，在网络中提供缺省路由；路由过滤：使用路由过滤器来屏蔽路由；路由汇聚：用路由汇聚来简化路由通告；路由策略：在网络或者自治系统之间跨越边界处开发对等关系、路由策略和策略实施。1/31/202526控制路由流2、控制技术的应用1/31/202527

将路由控制技术应用到AS1的结果

1/31/202528将路由控制技术应用在AS2中的结果1/31/202529内容提要路由背景知识路由机制路由协议的选择和应用1/31/202530路由协议的选择和应用路由协议的选择和应用选择路由协议的标准路由协议的应用1/31/202531选择路由协议的标准1、路由协议的评估2、选择路由协议1/31/202532RIPv1RIPv2IGRPEIGRPOSPFBGP距离向量或链路状态距离向量距离向量距离向量高级距离向量链路状态路径向量内部或外部内部内部内部内部内部外部分级或无类分类无类分类无类无类无类支持的度量跳数跳数带宽，延迟，可靠性，负载带宽，延迟，可靠性，负载代价（100万除以Cisco路由上的带宽）路径属性值和其他可匹配置因子规模15跳15跳255跳1000台路由器每区域几百台路由器，支持几百个区域1000台路由器收敛时间可能很长（如果没有负载均衡）可能很长（如果没有负载均衡）快（使用触发更新与毒性逆转）非常快（快速DUAL）快（使用更新和保持活跃数据以及回撤路由）非常快（快速DUAL）资源消耗内存：低；CPU：低；带宽：高内存：低；CPU：低；带宽：高内存：低；CPU：低；带宽：高内存：中等；CPU：低；带宽：低内存：高；CPU：高；带宽：低内存：高；CPU：高；带宽：低安全性支持与路由认证无有无有有有设计、配置和故障排查的容易程度容易容易容易容易中等中等路由协议的总结和对比表1/31/202533选择路由协议网络的层次结构和互连通性可以帮助确定所要求的路由协议的复杂性和特性。在层次化网络中，网络的层级性要求网络按树型结构执行路由决策，交换路由信息及进行数据包转发。路由设计要考虑的另一个问题是路由协议的复杂性、易用性、以及协议的互操作性。1/31/202534路由协议的应用1、静态路由的使用2、RIP协议的使用3、OSPF协议的应用4、BGP协议的应用5、最小化网络中所用的路由协议的数目6、优先考虑简单的路由策略和机制7、重新评估1/31/2025351、静态路由的使用静态路由的优点：简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。静态路由主要应用在不需要路由协议的场合仅有一个路径进出某一区域或网络时1/31/202536仅有一个路径进/出的网络1/31/2025372、RIP协议的使用RIP协议是IGP协议，应用于自治域系统内部，RIP只适用于直径小于16的小型网络中，或者适用于层次简单、且连通性级别较低的网络中。在网络中具有低到中等级的层级和互连通性时，应考虑RIP/RIP-2。1/31/202538层级和互连通性的等级1/31/2025393、OSPF协议的应用OSPF协议是另一个应用于IGP的路由协议。OSPF是一个基于链路状态算法的IGP。OSPF还支持区域抽象，其提供用于路由信息的一个层级。OSPF的快速收敛时间和区域抽象需要一些权衡。另外，OSPF常应用于AS内划分区域的情形，以支持自治域系统内部的层次化路由，提高路由效率、稳定性和可管理性。1/31/2025404、BGP协议的应用BGP是应用于自治域系统之间互连的EGP协议。BGP是一个基于路径向量的EGP。BGP通过在用户定义的列表中使用TCP建立对等连接来交换路由信息。BGP的配置取决于策略定义的复杂性。1/31/2025415、最小化网络中所用的路由协议的数目路由协议数目的最小化是指在满足需求的情况下，使用尽可能小数目的路由协议，这是一种优化的路由设计方法。一般情况下，建议协议的最大数目是两个，且仅一个IGP。1/31/2025426、优先考虑简单的路由策略和机制在路由设计时，我们应该从最简单的路由策略开始，而在必要的时候又可以使用更为复杂的策略。1/31/202543一个网络中静态路由、IGP和EGP的例子应用1/31/2025447、重新评估随着路由和路由协议选择复杂性的增加，要对前面做出的决策重新评估。而不是仅仅把协议添加到网络上。我们将从下面三个方面进行探讨：在已经选定静态路由且已经将RIP/RIPv2选定为网络的另外—个区域的路由协议时，RIP/RIPv2将替换选定静态路由区域。在已经选定RIP/RIPv2且已经将OSPF选定为网络的另外一个区域的路由协议时，OSPF将替换选定RIP/RIPv2的区域。在一个骨