计算机网络期末复习（计算机网络第八版）——第四章网络层

特点：
- 建立连接：通信前必须先建立一条虚电路（Virtual Circuit, VC），类似于电话通信中的拨号过程。
- 资源预留：虚电路建立后，网络会预留所需的资源（如带宽、路由等），确保通信的稳定性。
- 分组传输：分组只需携带虚电路编号，而非完整的目的地址，减少了分组头部的开销。
- 有序传输：分组按序到达终点，且不会丢失、重复或出错。
- 释放连接：通信结束后，必须释放虚电路。
优点：
- 提供可靠的端到端传输服务，适合对可靠性要求高的应用。
- 分组传输路径固定，减少了路由选择的复杂性。
缺点：
- 网络设备（如路由器）需要维护大量的连接状态信息，增加了复杂性和成本。
- 资源预留可能导致网络资源的浪费，尤其是在流量不均匀的情况下。
应用场景：
- 传统电信网（如电话网）采用这种方式，因为终端设备（如电话机）没有智能处理能力，网络必须保证可靠传输。

2. 数据报服务（无连接）

特点：
- 无需建立连接：每个分组独立发送，无需预先建立连接。
- 独立传输：每个分组独立查找路由，逐跳传送到目的主机，与前后分组无关。
- 无序传输：分组可能出错、丢失、重复或失序到达终点。
- 尽最大努力交付：网络层不提供服务质量的承诺，只负责尽力将分组送达目的地。
优点：
- 网络设计简单，路由器不需要维护连接状态，降低了设备复杂性和成本。
- 灵活性高，能够适应多种应用需求，尤其是对实时性要求不高但对灵活性要求高的应用。
- 网络资源利用率高，避免了资源预留带来的浪费。
缺点：
- 不提供可靠的端到端传输，分组可能会丢失、重复或失序。
- 需要运输层（如TCP）来实现可靠的传输，增加了端系统的负担。
应用场景：
- 互联网采用这种方式，因为端系统（如计算机）具有强大的差错处理能力，可以在运输层实现可靠的传输。

3. 争论的实质

电信网的经验：电信网的成功经验表明，面向连接的服务可以提供可靠的传输，但这种模式依赖于昂贵的设备和复杂的协议，适用于终端设备简单的场景（如电话机）。
互联网的设计思路：互联网的先驱者认为，计算机网络的端系统具有智能，能够处理差错和流量控制，因此网络层应该尽量简单，提供灵活的无连接服务，而将可靠传输的责任交给运输层。

4. 结论

互联网的选择：互联网最终选择了数据报服务，网络层提供尽最大努力交付的无连接服务，而运输层（如TCP）负责端到端的可靠传输。这种设计使得网络更加简单、灵活，能够适应多种应用需求，并显著降低了网络设备的成本。
历史验证：互联网的成功发展证明了这种设计思路的正确性，尽管早期有支持虚电路服务的标准（如X.25），但这些标准已逐渐被淘汰。
虚电路服务：面向连接，提供可靠的端到端传输，适合对可靠性要求高的应用，但网络设备复杂，成本高。
数据报服务：无连接，提供灵活的尽最大努力交付，适合互联网的广泛应用，网络简单，成本低，但需要运输层实现可靠的传输。

互联网的成功证明了数据报服务的优势，使得网络层保持简单，而将复杂的可靠传输任务交给运输层处理。

4.1.2 网络层的两个层面

路由器之间传送的信息

1）转发源主机和目的主机之间所传送的数据

2)传送路由信息

1. 数据层面（/转发层面）

转发表

2. 控制层面

远程控制器

4.2 网际协议IP

网际协议IP（Internet Protocol）

TCP/IP系统中最主要的协议之一

互联网标准协议之一

Kahn-Cerf协议

与协议IP配套使用

地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）

网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）

网际组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）

网络层==网际层==IP层

4.2.1 虚拟互连网络

网络互连的中间设备

1）转发器（repeater）：物理层使用的中间设备

2）网桥或桥接器（bridge）以及交换机：数据层使用的中间设备

3）路由器（router）：网络层使用的中间设备

4）网关（gateway）：在网络层以上使用的中间设备

网路互连——指用路由器进行网络互连和路由选择

直接交付

间接交付

互联网可以由多种异构网络互连组成

卫星链路—— $R_4$ 和 $R_5$

无线局域网—— $R_5$

“跳（hop）”

分组在传送途中的每一次转发

“下一跳（next hop）”

4.2.2 IP地址

1. IP地址及其表示方法

整个互联网——单一的、抽象的网络

IP地址——给连接到互联网上的每一台主机（或路由器）的每一个接口，分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符

由互联网名字和数字分配机构ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）进行分配

32位的二进制代码

点分十进制记法（dotted decimal notation）

两个字段

1）网络号

标志主机（或路由器）所连接到的网络

唯一的

2）主机号

标志该主机（标志该路由器）

唯一的

“::=”表示“定义为”

指明了连接到某个主机上的一个主机（或路由器）

2.分类的IP地址

A类、B类、C类——单播地址

主机号全0表示网络地址，全1表示广播地址。

分别适用于大、中、小型网络

D类——多播地址

用于多播通信（一对多），不区分网络号和主机号。

E类——保留地址

保留为今后使用

资源浪费：分类的IP地址设计存在明显的资源浪费。例如，A类地址块的主机号过多，导致很多单位申请A类地址后大量地址闲置；而C类地址块的主机号过少，无法满足一些单位的需求。
地址枯竭：随着互联网的快速发展，IP地址数量迅速消耗，分类的IP地址逐渐无法满足需求。
解决方案：为了解决这些问题，后来引入了无分类编址（CIDR）和子网划分等技术，以更灵活地管理和分配IP地址，延长了IPv4地址的使用寿命。

3. 无分类编址CIDR

无分类域间路由选择CIDR（Classless Inter-Domain Routing）

1）网络前缀

指明网络

后缀

n为0~23选取的任意值

斜线记法（slash notation）（/CIDR记法）

2）地址块

CIDR将具有相同网络前缀的所有连续IP地址组成一个“CIDR地址块”。
计算：已知CIDR地址块中的任何一个地址，可以通过网络前缀确定该地址块的最小地址（起始地址）和最大地址，以及地址块中包含的地址数量。
- 最小地址：网络前缀后的主机号全为0。
- 最大地址：网络前缀后的主机号全为1。
- 可指派地址数：通常是 $2^{32-n} - 2$ ，其中n是网络前缀的长度，减2是为了排除全0和全1的主机号。
示例：对于 128.14.35.7/20，其二进制表示为 10000000 00001110 00100011 00000111，网络前缀为前20位，主机号为后12位。最小地址为 128.14.32.0，最大地址为 128.14.47.255，包含 $2^{12}=4096$ 个地址，扣除全0和全1的主机号后，可指派地址数为 4094。

3）地址掩码

定义：地址掩码（或子网掩码）由一连串1和接着的一连串0组成，1的个数等于网络前缀的长度。它用于从IP地址中提取网络地址。
表示方法：在CIDR记法中，斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。例如，/20 对应的地址掩码为 255.255.240.0。
运算：通过将IP地址和地址掩码进行按位AND运算，可以快速得出网络地址。例如，128.14.35.7/20 的网络地址是 128.14.32.0/20。

4. IP地址的特点

4.2.3 IP地址与MAC地址

MAC地址——物理地址、硬件地址

IP地址和MAC地址区别

MAC地址

数据链路层使用的地址

IP地址

网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（称IP地址为逻辑地址是因为IP地址是用软件实现的）

4.2.4 地址解析协议ARP

1. ARP的作用

主要功能：地址解析协议（ARP, Address Resolution Protocol）用于将IP地址解析为链路层的MAC地址。它解决了在网络层使用IP地址，而在链路层需要使用MAC地址的问题。
应用场景：当一台主机或路由器需要与同一局域网内的另一台设备通信时，如果只知道对方的IP地址而不知道其MAC地址，ARP可以帮助找到对应的MAC地址。

2. ARP的工作原理

ARP高速缓存：每台主机和路由器都维护一个ARP高速缓存（ARP cache），其中存储了IP地址到MAC地址的映射表。这个缓存可以减少广播ARP请求的频率，提高效率。
ARP请求与响应：
1. 查找缓存：当主机A需要向主机B发送数据时，首先检查ARP高速缓存中是否有主机B的IP地址到MAC地址的映射。
2. 广播ARP请求：如果缓存中没有找到，主机A会广播一个ARP请求分组，内容包括自己的IP地址和MAC地址，并询问目标IP地址（例如209.0.0.6）的MAC地址。
3. 接收并响应：局域网上的所有设备都会收到这个ARP请求，只有目标主机B会响应，发送一个ARP响应分组，包含自己的IP地址和MAC地址。
4. 更新缓存：主机A收到响应后，将主机B的IP地址和MAC地址的映射添加到自己的ARP高速缓存中，以便后续通信使用。

3. ARP的优势

减少广播流量：通过ARP高速缓存，主机可以在多次通信中避免频繁广播ARP请求，减少了网络上的广播流量。
动态更新：ARP高速缓存中的条目具有生存时间（TTL），通常为10到20分钟。超过生存时间的条目会被删除，确保缓存中的信息是最新和准确的。

4. ARP的应用场景

同一局域网内通信：当主机A和主机B在同一局域网内时，主机A可以直接通过ARP解析出主机B的MAC地址，然后发送数据帧。
跨局域网通信：当主机A需要与不同局域网上的主机B通信时，主机A首先通过ARP解析出连接在同一个局域网上的路由器的MAC地址，然后将数据包发送给路由器。路由器再通过类似的步骤将数据包转发到目标主机所在的局域网。

5. 为什么需要两种地址（IP地址和MAC地址）

异构网络的兼容性：全世界存在各种不同的网络技术，它们使用的MAC地址格式各不相同。使用IP地址可以屏蔽这些差异，使得不同类型的网络能够相互通信。
简化寻址：IP地址提供了一个统一的寻址方案，使得全球范围内的主机可以通过IP地址进行通信，而不必关心底层链路层的具体实现。ARP则负责在需要时将IP地址转换为具体的MAC地址。
网络层次分离：IP地址属于网络层，适用于全球范围的路由选择；而MAC地址属于链路层，适用于局域网内的直接通信。这种层次分离使得网络设计更加灵活和高效。

6. 逆地址解析协议（RARP）

作用：RARP用于使只知道自己的MAC地址的主机能够获取其IP地址。然而，现在的DHCP协议已经包含了RARP的功能，因此RARP已不再常用。

4.2.5 IP数据报的格式

1. IP数据报首部的固定部分中的各字段

1. IP数据报首部的固定部分

IP数据报首部的固定部分长度为20字节，包含多个关键字段，确保数据报在网络中正确传输。以下是各字段的重点内容：

版本 (4位)：
- 指明IP协议的版本号，当前讨论的是IPv4（版本4）。通信双方必须使用相同的版本。
首部长度 (4位)：
- 表示首部的长度，单位是32位字长（4字节）。最小值为5（20字节），最大值为15（60字节）。如果首部长度不是4字节的整数倍，需用填充字段补齐。
区分服务 (8位)：
- 用于提供更好的服务质量（QoS），旧称“服务类型”。在使用区分服务时才起作用，通常不使用。
总长度 (16位)：
- 表示整个IP数据报（包括首部和数据部分）的总长度，单位为字节。最大值为65535字节。实际应用中，MTU（最大传输单元）限制了数据报的最大长度，例如以太网的MTU为1500字节。
标识 (16位)：
- 用于唯一标识每个数据报。当数据报分片时，所有分片的标识字段相同，便于重装。
标志 (3位)：
- MF (More Fragment)：指示是否还有后续分片。MF=1表示还有分片，MF=0表示这是最后一个分片。
- DF (Don't Fragment)：指示是否允许分片。DF=0允许分片，DF=1禁止分片。
片偏移 (13位)：
- 表示分片在原数据报中的位置，单位为8字节。除最后一个分片外，其他分片的长度必须是8字节的整数倍。
生存时间 (TTL, 8位)：
- 表示数据报在网络中的寿命，最初以秒为单位，现改为跳数限制。每经过一个路由器，TTL减1，当TTL为0时，数据报被丢弃。最大值为255。
协议 (8位)：
- 指出数据报携带的数据使用何种上层协议，如TCP、UDP等。常见协议及其对应的字段值如下：
  - ICMP: 1
  - TCP: 6
  - UDP: 17
  - IPv6: 41
首部检验和 (16位)：
- 仅检验IP首部，不包括数据部分。采用简单的反码算术运算进行校验，确保首部在传输过程中未被篡改或损坏。
源地址 (32位)：
- 发送IP数据报的主机的IP地址。
目的地址 (32位)：
- 接收IP数据报的主机的IP地址。

2. IP数据报首部的可变部分

选项字段：
- 长度可变，从1字节到40字节不等，用于支持排错、测量、安全等功能。选项字段很少使用，且增加了路由器处理的开销。因此，IPv6取消了可变部分，首部长度固定。

3. 分片与重组

分片原因：当IP数据报的总长度超过下层网络的MTU时，需要进行分片。
分片过程：
- 每个分片保留原始数据报的标识字段，确保分片后能正确重装。
- 片偏移字段指示分片在原数据报中的位置，便于接收方重组。
- MF标志位指示是否还有后续分片，DF标志位控制是否允许分片。

4. 生存时间 (TTL) 的作用

防止无限循环：TTL字段限制了数据报在网络中的转发次数，防止无法交付的数据报无限制地在网络中循环，浪费资源。
跳数限制：TTL的值每经过一个路由器减1，当TTL为0时，数据报被丢弃。初始值通常设置为1-255，具体值取决于应用需求。

4.3 IP层转发分组的过程

4.3.1 基于终点的转发

基于终点的转发

1. 源主机判断

检查目的主机是否在同一网络：
- 是：直接通过链路层交付给目的主机。
- 否：将分组发送给连接在本网络上的路由器。

2. 路由器处理

提取目的IP地址，使用子网掩码进行按位AND运算，得到网络前缀。
查找转发表，根据网络前缀确定下一跳路由器或直接交付给目的主机。
调用ARP协议，解析下一跳路由器的MAC地址，并将MAC地址写入链路层帧的首部。
通过链路层传输分组到下一跳路由器或目的主机。

3. 重复步骤

分组在每个路由器上重复上述过程，直到最终到达目的主机。

4.3.2 最长前缀匹配

根据最长前缀匹配的原则，即使128.1.24.1也符合128.1.24.0/22的条件，但由于128.1.24.0/24的前缀更长（即更加具体），因此应该选择这一条目进行匹配。这意味着分组应当通过接口1转发给公司A。

4.3.3 使用二叉线索查找转发表

二叉线索

二叉线索（Binary Trie）是一种用于高效查找无分类域间路由（CIDR）转发表的数据结构，它极大地提高了路由器处理分组的速度。

二叉线索是一种层次化的树形数据结构，其中IP地址的每一位决定了从根节点到叶节点路径上的左右分支选择。

每个叶节点代表一个唯一的网络前缀，并包含该前缀对应的子网掩码和下一跳信息。

加速CIDR转发表的查找

压缩技术

4.4 网际控制报文协议ICMP

（Internet Control Message Protocol）

4.4.1 ICMP报文的种类

ICMP差错报告报文、ICMP询问报文

ICMP报文主要分为两大类：

1）差错报告报文：

终点不可达（Type 3）：当路由器或主机无法将数据报送达目的地时发送。
时间超过（Type 11）：当数据报的TTL（生存时间）为零或分片重组超时时发送。
参数问题（Type 12）：当数据报首部字段值不正确时发送。
改变路由（重定向）（Type 5）：告知主机更好的下一跳路由器。

2）询问报文：

回送请求/回答（Type 8/0）：用于测试连通性和获取目的站状态。
时间戳请求/回答（Type 13/14）：用于测量往返延迟。

4.4.2 ICMP的应用举例

ICMP的应用

PING：使用ICMP回送请求和回答报文来测试两台主机之间的连通性。用户可以通过命令行工具（如Windows的ping命令）发送ICMP回送请求，并接收回应以评估网络状况。
Traceroute：通过发送带有递增TTL值的UDP数据报，逐步记录每个路由器的响应，最终确定从源到目的地的路径及各段的延迟。常用的命令有Unix的traceroute和Windows的tracert。

4.5 IPv6

4.5.1 IPv6的基本首部

IPv6的主要优势

更大的地址空间：128位地址，解决了IPv4地址耗尽的问题。
灵活的首部格式：通过扩展首部提供更多的功能，同时简化了路由器处理。
自动配置：支持即插即用，减少了对DHCP的依赖。
改进的安全性和服务质量：支持资源预分配，适用于实时音频/视频等应用。

固定长度：40字节。

字段：

版本（Version）：4位，标识为6。
通信量类（Traffic Class）：8位，用于区分数据报的优先级或类别。
流标号（Flow Label）：20位，用于标识特定的数据流，支持资源预分配。
有效载荷长度（Payload Length）：16位，指示除首部外的数据长度。
下一个首部（Next Header）：8位，指示后续的高层协议或扩展首部。
跳数限制（Hop Limit）：8位，类似于IPv4的TTL，防止数据报无限循环。
源地址和目的地址：各128位，分别标识发送方和接收方的地址。

4.5.2 IPv6的地址

单播（Unicast）：点对点通信。
多播（Multicast）：一点对多点通信，取代了广播的概念。
任播（Anycast）：发送到一组节点中的最近一个节点。

IPv6地址使用冒号十六进制记法，并且支持零压缩，使地址表示更加简洁。

4.5.3 从IPv4向IPv6过渡

双协议栈（Dual Stack）：主机或路由器同时支持IPv4和IPv6，逐步实现过渡。

隧道技术（Tunneling）：将IPv6数据封装在IPv4数据报中，通过IPv4网络传输，到达目的地后再解封装。

4.5.4 ICMPv6

功能增强：不仅用于差错报告，还整合了ARP和IGMP的功能，支持邻站发现（ND）和多播听众交付（MLD）。
报文分类：分为差错报文、信息报文、邻站发现报文和组成员关系报文。

4.6 互联网的路由选择协议

4.6.1 有关路由选择协议的几个基本概念

1. 理想的路由算法

理想的路由算法应具备以下特点：

正确性和完整性
计算简单性
自适应性（稳健性）
稳定性
公平性
最优性

实际应用中，路由算法需尽量接近理想状态，但不同应用场景可能对上述特性有不同的侧重。

静态与动态路由选择策略

静态路由选择：（/非自适应路由选择），适用于小规模且变化较少的网络。它通过人工配置固定路由，优点是简单、开销小，缺点是无法快速响应网络状态的变化。
动态路由选择：（/自适应路由选择），适用于大规模且动态变化的网络。它能根据网络状态自动调整路由，虽然实现复杂且开销较大，但能更好地应对网络变化和故障恢复。

2. 分层次的路由选择协议

为了管理互联网的大规模和复杂性，路由选择协议被划分为两个主要类别：

内部网关协议（IGP）：用于自治系统（AS）内部的路由选择。常见的IGP包括：
- RIP（Routing Information Protocol）：基于距离向量算法，适合小型网络。
- OSPF（Open Shortest Path First）：基于链路状态算法，适合大型网络，提供更好的性能和可扩展性。
- IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）
外部网关协议（EGP）：用于自治系统之间的路由选择。目前最常用的EGP是：
- BGP-4（Border Gateway Protocol 版本4）：用于自治系统间的路由交换，支持复杂的路由策略和多路径选择。
自治系统（AS）
- 自治系统（AS）
- 域内路由选择
- 域间路由选择
分层次路由选择的优势
- 简化路由表
- 保护隐私
- 提高效率

4.6.2 内部网关协议RIP

1. RIP的工作原理

RIP（Routing Information Protocol）是一种基于距离向量的分布式路由选择协议，广泛应用于小型互联网中。其主要特点如下：

简单性：每个路由器维护到其他所有网络的距离（跳数），并通过定期交换路由信息来更新路由表。
距离定义：从一个路由器到直接连接的网络的距离为1；到非直接连接的网络的距离是经过的路由器数加1。最大跳数为15，超过15则认为不可达（距离为16）。
信息交换：
- 仅与相邻路由器交换：不与非相邻路由器通信。
- 交换完整的路由表：每个路由器每隔30秒发送一次自己的路由表。
- 及时更新：当网络拓扑发生变化时，立即发送更新信息。
收敛过程：通过不断的路由信息交换，最终所有路由器都能获得到达每个网络的最短路径。

2. 距离向量算法

RIP使用距离向量算法来更新路由表，具体步骤如下：

接收并修改RIP报文：将接收到的RIP报文中的“下一跳”字段改为发送方路由器的地址，并将所有“距离”字段加1。
更新路由表：
- 如果路由表中没有该目的网络，则添加新条目。
- 如果已有该目的网络且下一跳是同一路由器，则替换为最新信息。
- 如果已有该目的网络但下一跳不同，且新距离更短，则更新路由表。
处理超时：如果3分钟内未收到某个相邻路由器的更新信息，则将其标记为不可达（距离设为16）。

3. RIP的优缺点

优点：
- 实现简单，配置容易。
- 开销较小，适合小型网络。
缺点：
- 规模限制：最大跳数为15，不适合大型网络。
- 开销增加：随着网络规模扩大，路由表交换的开销增加。
- 收敛慢：坏消息传播得慢，导致故障恢复时间较长。

4. RIP的改进版本

RIPv2（RFC 2453, STD 57）在性能上有所改进，支持以下特性：

无分类域间路由选择（CIDR）：支持更灵活的地址分配。
多播支持：可以通过多播方式发送路由更新。
鉴别机制：提供简单的安全验证功能。

5. RIP的传输

RIP报文通过UDP端口520进行传输，包含自治系统号（ASN）、目的网络地址、子网掩码、下一跳路由器地址和距离等信息。一个RIP报文最多可包含25个路由条目，超过时需分多个报文发送。

4.6.3 内部网关协议OSPF

1. OSPF的基本特点

OSPF（Open Shortest Path First）是一种基于链路状态的内部网关协议，旨在克服RIP的局限性。其主要特点如下：

开放性
最短路径优先
链路状态协议：与RIP的距离向量不同，OSPF通过洪泛法（flooding）向整个自治系统（AS）内的所有路由器发送链路状态信息。

关键特性：

洪泛法传播信息
链路状态数据库
灵活的度量
快速收敛
区域划分
负载均衡
安全性
支持CIDR和VLSM
序列号机制

2. OSPF的分组类型

OSPF使用五种类型的分组进行通信：

Hello分组：用于发现和维持邻站可达性，每10秒发送一次。
数据库描述分组：提供链路状态数据库的摘要信息。
链路状态请求分组：请求特定链路状态的详细信息。
链路状态更新分组：用洪泛法更新链路状态，是最核心的部分。
链路状态确认分组：确认收到的链路状态更新分组。

3. OSPF的传输方式

OSPF分组直接作为IP数据报的数据部分传送，使用IP协议字段值89，不依赖UDP。这种方式减少了通信开销，避免了分片问题。

4. 链路状态数据库同步

初始化：新路由器通过Hello分组发现邻居，使用数据库描述分组交换链路状态摘要，再用链路状态请求分组获取缺失的详细信息，最终同步链路状态数据库。
更新机制：链路状态发生变化时，路由器立即发送链路状态更新分组，使用可靠的洪泛法确保全网同步。每隔30分钟刷新一次链路状态。

5. 多点接入网络优化

对于以太网等多点接入网络，OSPF引入指定路由器（Designated Router, DR）机制，减少广播信息量。DR代表该网络上的所有路由器发送链路状态信息。

4.6.4 外部网关协议BGP

1. BGP的主要特点

BGP（Border Gateway Protocol）是互联网中自治系统（AS）之间路由选择的关键协议，目前使用的是第4个版本BGP-4。BGP的重要性在于它将全球数以万计的AS连接成一个完整的互联网。其主要特点如下：

路径向量协议：BGP不同于内部网关协议（如RIP和OSPF），它采用路径向量（Path Vector）机制，交换可达性信息而非最短路径。
策略驱动：BGP允许网络管理员根据政治、安全或经济策略设置路由选择规则，确保路由符合特定需求。
大规模网络适应性：BGP能够处理数十万个网络前缀，适用于互联网主干网的复杂环境。

关键特性：

eBGP与iBGP：
- eBGP（外部BGP）：用于不同AS之间的边界路由器通信，通过TCP端口179建立半永久性连接。
- iBGP（内部BGP）：用于同一AS内部的路由器间通信，确保所有路由器获得相同的BGP路由信息。iBGP要求AS内部所有路由器全连通。
避免兜圈子：BGP通过在AS-PATH属性中记录经过的AS号，防止路由环路。如果发现重复的AS号，BGP会丢弃该路由。
路由属性：
- AS-PATH：记录路由经过的AS序列。
- NEXT-HOP：指定下一跳路由器。
- LOCAL-PREF：本地优先级，影响路由选择。
路由选择原则：
- 本地偏好值最高：优先选择LOCAL-PREF值最高的路由。
- AS跳数最少：在相同LOCAL-PREF时，选择经过AS数量最少的路由。
- 热土豆算法：当上述条件相同时，选择最快离开本AS的路由。
- 最小BGP标识符：最后选择BGP标识符数值最小的路由。
四种报文类型：
- OPEN：建立BGP连接，协商参数。
- UPDATE：通告新路由或撤销旧路由。
- KEEPALIVE：确认连接状态，保持BGP会话活跃。
- NOTIFICATION：报告错误并关闭连接。

2. BGP路由

BGP路由的一般格式为：“前缀，BGP属性”=“前缀，AS-PATH, NEXT-HOP”。每个BGP路由包含以下要素：

前缀：目标网络的CIDR表示。
AS-PATH：路由经过的AS序列。
NEXT-HOP：下一跳路由器。

3. 自治系统的分类

互联网中的AS可以分为三类：

末梢AS（Stub AS）：只与直接连接的AS通信，不转发其他AS的流量。多归属AS（Multihomed AS）是连接到多个AS的末梢AS，增加冗余性。
穿越AS（Transit AS）：提供有偿的流量转发服务，通常拥有高速通信干线。
对等AS（Peering AS）：两个AS之间免费互换流量，基于事先协商的协议。

4. BGP的路由选择过程

当有多个BGP路由可供选择时，按以下顺序选择最佳路由：