路由协议基础知识点汇总

注：文中部分在其他文章中多次引用。

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简介

路由（Routing）是数据通信网络中一个基本的概念。路由就是通过互联的网络把信息从源地址传输到目的地址的活动。路由发生在 OSI 网络参考模型中的第三层（即网络层）。我们将具有路由转发功能的设备称为广义上的路由器。

当路由器收到一个 IP 数据包，路由器会根据目的 IP 地址在设备上的路由表（Routing Table）中进行查找，找到 “最匹配” 的路由条目后，将数据包根据路由条目所指示的出接口或下一跳 IP 转发出去。路由表中装载着路由器通过各种途径获知的路由条目（Routes，Routing Table Entry）。路由器可通过静态、动态等方式获取路由条目并维护自己的路由表。

路由协议

较小的网络通常可以手动设置路由表（即静态方式），但较大且拥有复杂拓扑的网络可能常常变化，若要手动创建、维护路由表是不切实际的。

因此，人们希望路由器可以动态的（即动态方式）按照某种协议来自动创建维护路由表以解决这个问题，从而使得网络能够近自主的适应变化，避免故障。这些协议被称为路由协议。

路由协议的分类

路由协议可以有多种分类方式，常见的分类方式如下：

• 按照路由协议使用的算法划分：

  • 距离矢量路由协议，例如：RIP（Routing Information Protocol）

  • 链路状态路由协议，例如：OSPF（Open Shortest Path First）

• 按照路由协议作用的区域划分：

  • 内部网关协议（Interior Gateway Protocol），在单一的自治系统中交换路由信息，例如：OSPF（Open Shortest Path First）

  • 外部网关协议（Exterior Gateway Protocol），在不同的自治系统中交换路由信息，例如：BGP（Border Gateway Protocol）

常见的路由协议

• OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）
• RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）
• IS-IS（Intermediate System to Intermediate System， 中间系统到中间系统）
• BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）

其中，最多被使用到的路由协议为 OSPF 和 BGP。

路由迭代

路由必须有直连的下一跳才能够指导转发，但是路由生成时下一跳可能不是直连的，因此需要计算出一个直连的下一跳和对应的出接口，这个过程就叫做路由迭代。BGP 路由、静态路由和 UNR 路由的下一跳都有可能不是直连的，都需要进行路由迭代。

例如，BGP 路由的下一跳一般是非直连的对端 loopback 地址，不能指导转发，需要进行迭代。即根据以 BGP 学习到的下一跳为目的地址在 IP 路由表中查找，当找到一条具有直连的下一跳、出接口信息的路由后（一般为一条 IGP 路由），将其下一跳、出接口信息填入这条 BGP 路由的 IP 路由表中并生成对应的 FIB 表项。

对于 BGP 私网路由，需要隧道进行转发，路由的下一跳一般是远端 PE 的 Loopback 地址，不能指导转发，也需要进行路由迭代，即在隧道列表中查找到达该 Loopback 地址的隧道，将该隧道信息填入路由表中并生成对应的 FIB 表项。

路由器及路由基本原理

在因特网中，网络连接设备用来控制网络流量和保证网络数据传输质量。常见的网络连接设备有集线器（Hub）、网桥（Bridge）、交换机（Switch）和路由器（Router）。这些设备的基本原理类似，下面就以路由器为例来介绍一下设备的基本原理。

路由器是一种典型的网络连接设备，用来进行路由选择和报文转发。路由器根据收到报文的目的地址选择一条合适的路径（包含一个或多个路由器的网络），然后将报文传送到下一个路由器，路径终端的路由器负责将报文送交目的主机。

路由就是报文从源端到目的端的路径。当报文从路由器到目的网段有多条路由可达时，路由器可以根据路由表中最佳路由进行转发。最佳路由的选取与发现此路由的路由协议的优先级、路由的度量有关。当多条路由的协议优先级与路由度量都相同时，可以实现负载分担，缓解网络压力；当多条路由的协议优先级与路由度量不同时，可以构成路由备份，提高网络的可靠性。

静态路由与动态路由

静态路由与动态路由的区别

路由协议是路由器之间维护路由表的规则，用于发现路由，生成路由表，并指导报文转发。依据来源的不同，路由可以分为三类：

• 通过链路层协议发现的路由称为直连路由。
• 通过网络管理员手动配置的路由称为静态路由。
• 通过动态路由协议发现的路由称为动态路由。

静态路由配置方便，对系统要求低，适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。缺点是不能自动适应网络拓扑的变化，需要人工干预。

动态路由协议有自己的路由算法，能够自动适应网络拓扑的变化，适用于具有一定数量三层设备的网络。缺点是配置对用户要求比较高，对系统的要求高于静态路由，并将占用一定的网络资源和系统资源。

动态路由的分类

对动态路由协议的分类可以采用以下不同标准：

根据作用范围不同，路由协议可分为：

• 内部网关协议 IGP（Interior Gateway Protocol）：在一个自治系统内部运行。常见的 IGP 协议包括 RIP、OSPF 和 IS-IS。
• 外部网关协议 EGP（Exterior Gateway Protocol）：运行于不同自治系统之间。BGP 是目前最常用的 EGP 协议。

根据使用算法不同，路由协议可分为：

• 距离矢量协议（Distance-Vector Protocol）：包括 RIP 和 BGP。其中，BGP 也被称为路径矢量协议（Path-Vector Protocol）。
• 链路状态协议（Link-State Protocol）：包括 OSPF 和 IS-IS。

以上两种算法的主要区别在于发现路由和计算路由的方法不同。

路由表和 FIB 表

路由器转发数据包的关键是路由表和 FIB 表，每个路由器都至少保存着一张路由表和一张 FIB（Forwarding Information Base）表。路由器通过路由表选择路由，通过 FIB 表指导报文进行转发。

路由表

每台路由器中都保存着一张本地核心路由表（即设备的 IP 路由表），同时各个路由协议也维护着自己的路由表。

• 本地核心路由表

  路由器使用本地核心路由表用来保存决策优选路由，并负责把优选路由下发到 FIB 表，通过 FIB 表指导报文进行转发。这张路由表依据各种路由协议的优先级和度量值来选取路由。

  说明
  
  对于支持 L3VPN（Layer 3 Virtual Private Network）的路由器，每一个 VPN-Instance 拥有一个自己的管理路由表（本地核心路由表）。

• 协议路由表

  协议路由表中存放着该协议发现的路由信息。

  路由协议可以引入并发布其他协议生成的路由。例如，在路由器上运行 OSPF 协议，需要使用 OSPF 协议通告直连路由、静态路由或者 IS-IS 路由时，要将这些路由引入到 OSPF 协议的路由表中。

路由表中的内容

在路由器中，执行命令 display ip routing-table 时，可以查看路由器的路由表概要信息，如下所示：

<HUAWEI> display ip routing-table
Proto: Protocol        Pre: Preference
Route Flags: R - relay, D - download to fib, T - to vpn-instance, B - black hole route
------------------------
Routing Table: _public_
         Destinations