路由器原理及常用的路由協(xié)議、路由算法近十年來，隨著計算機網絡規(guī)模的不斷擴大，大型互聯(lián)網絡（如Internet）的迅猛發(fā)展，路由技術在網絡技術中已逐漸成為關鍵部分，路由器也隨之成為最重要的網絡設備。用戶的需求推動著路由技術的發(fā)展和路由器的普及，人們已經不滿足于僅在本地網絡上共享信息，而希望最大限度地運用全球各個地區(qū)、各種類型的網絡資源。而在目前的情況下，任何一個有一定規(guī)模的計算機網絡（如公司網、校園網、智能大廈等），無論采用的是快速以大網技術、FDDI技術，還是ATM技術，都離不開路由器，否則就無法正常運作和管理。1網絡互連把自己的網絡同其它的網絡互連起來，從網絡中獲取更多的信息和向網絡發(fā)布自己的消息，是網絡互連的最重要的動力。網絡的互連有多種方式，其中使用最多的是網橋互連和路由器互連。1.1網橋互連的網絡網橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完畢數據幀（frame）的轉發(fā)，重要目的是在連接的網絡間提供透明的通信。網橋的轉發(fā)是依據數據幀中的源地址和目的地址來判斷一個幀是否應轉發(fā)和轉發(fā)到哪個端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是網卡所帶的地址。網橋的作用是把兩個或多個網絡互連起來，提供透明的通信。網絡上的設備看不到網橋的存在，設備之間的通信就如同在一個網上同樣方便。由于網橋是在數據幀上進行轉發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網絡（相同或相似結構的數據幀），如以太網之間、以太網與令牌環(huán)（tokenring）之間的互連，對于不同類型的網絡（數據幀結構不同），如以太網與X.25之間，網橋就無能為力了。網橋擴大了網絡的規(guī)模，提高了網絡的性能，給網絡應用帶來了方便，在以前的網絡中，網橋的應用較為廣泛。但網橋互連也帶來了不少問題：一個是廣播風暴，網橋不阻擋網絡中廣播消息，當網絡的規(guī)模較大時（幾個網橋，多個以太網段），有也許引起廣播風暴（broadcastingstorm），導致整個網絡全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。第二個問題是，當與外部網絡互連時，網橋會把內部和外部網絡合二為一，成為一個網，雙方都自動向對方完全開放自己的網絡資源。這種互連方式在與外部網絡互連時顯然是難以接受的。問題的重要根源是網橋只是最大限度地把網絡溝通，而不管傳送的信息是什么。1.2路由器互連網絡路由器互連與網絡的協(xié)議有關，我們討論限于TCP／IP網絡的情況。路由器工作在OSI模型中的第三層，即網絡層。路由器運用網絡層定義的“邏輯”上的網絡地址（即IP地址）來區(qū)別不同的網絡，實現網絡的互連和隔離，保持各個網絡的獨立性。路由器不轉發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網絡內部。發(fā)送到其他網絡的數據茵先被送到路由器，再由路由器轉發(fā)出去。IP路由器只轉發(fā)IP分組，把其余的部分擋在網內（涉及廣播），從而保持各個網絡具有相對的獨立性，這樣可以組成具有許多網絡（子網）互連的大型的網絡。由于是在網絡層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網絡，只要網絡層運營的是IP協(xié)議，通過路由器就可互連起來。網絡中的設備用它們的網絡地址（TCP／IP網絡中為IP地址）互相通信。IP地址是與硬件地址無關的“邏輯”地址。路由器只根據IP地址來轉發(fā)數據。IP地址的結構有兩部分，一部分定義網絡號，另一部分定義網絡內的主機號。目前，在Internet網絡中采用子網掩碼來擬定IP地址中網絡地址和主機地址。子網掩碼與IP地址同樣也是32bit，并且兩者是一一相應的，并規(guī)定，子網掩碼中數字為“1”所相應的IP地址中的部分為網絡號，為“0”所相應的則為主機號。網絡號和主機號合起來，才構成一個完整的IP地址。同一個網絡中的主機IP地址，其網絡號必須是相同的，這個網絡稱為IP子網。通信只能在具有相同網絡號的IP地址之間進行，要與其它IP子網的主機進行通信，則必須通過同一網絡上的某個路由器或網關（gateway）出去。不同網絡號的IP地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。路由器有多個端口，用于連接多個IP子網。每個端口的IP地址的網絡號規(guī)定與所連接的IP子網的網絡號相同。不同的端口為不同的網絡號，相應不同的IP子網，這樣才干使各子網中的主機通過自己子網的IP地址把規(guī)定出去的IP分組送到路由器上。1.3.1、路由與橋接路由相對于2層的橋接/互換是高層的概念，不涉及網絡的物理細節(jié)。在可路由的網絡中，每臺主機都有同樣的網絡層地址格式（如IP地址），而無論它是運營在以太網、令牌環(huán)、FDDI還是廣域網。網絡層地址通常由兩部分構成：網絡地址和主機地址。網橋只能連接數據鏈路層相同（或類似）的網絡，路由器則不同，它可以連接任意兩種網絡，只要主機使用的是相同的網絡層協(xié)議。1.3.2路由器連接網絡層與數據鏈路層網絡層下面是數據鏈路層，為了它們可以互通，需要“粘合”協(xié)議。ARP（地址解析協(xié)議）用于把網絡層(3層)地址映射到數據鏈路層(2層)地址，RARP(反向地址解析協(xié)議)則反之。雖然ARP的定義與網絡層協(xié)議無關，但它通常用于解析IP地址；最常見的數據鏈路層是以太網。因此下面的ARP和RARP的例子基于IP和以太網，但要注意這些概念對其他協(xié)議也是同樣的。1、地址解析協(xié)議網絡層地址是由網絡管理員定義的抽象映射，它不去關心下層是哪種數據鏈路層協(xié)議。然而，網絡接口只能根據2層地址來互相通信，2層地址通過ARP從3層地址得到。并不是發(fā)送每個數據包都需要進行ARP請求，回應被緩存在本地的ARP表中，這樣就減少了網絡中的ARP包。ARP的維護比較容易，是一個比較簡樸的協(xié)議。2、簡介假如接口A想給接口B發(fā)送數據，并且A只知道B的IP地址，它必須一方面查找B的物理地址，它發(fā)送一個具有B的IP地址的ARP廣播請求B的物理地址，接口B收到該廣播后，向A回應其物理地址。注意，雖然所有接口都收到了信息，但只有B回應當請求，這保證了回應的對的且避免了過期的信息。要注意的是，當A和B不在同一網段時，A只向下一跳的路由器發(fā)送ARP請求，而不是直接向B發(fā)送。下圖為接受到ARP分組后的解決，注意發(fā)送者的<IPaddress,hardwareaddress>對被存到接受ARP請求的主機的本地ARP表中，一般A想與B通信時，B也許也需要與A通信。2路由原理2.1IP地址在可路由的網絡層協(xié)議中，協(xié)議地址必須具有兩部分信息：網絡地址和主機地址。存貯這種信息最明顯的方法是用兩個分離的域，這樣我們必須考慮到兩個域的最大長度，有些協(xié)議(如IPX)就是這樣的，它在小型和中型的網絡里可以工作的很好。另一種方案是減少主機地址域的長度，如24位網絡地址、8位主機地址，這樣就有了較多的網段，但每個網段內的主機數目很少。這樣一來，對于多于256個主機的網絡，就必須分派多個網段，其問題是很多的網絡給路由器導致了難以忍受的承擔。IP把網絡地址和主機地址一起包裝在一個32位的域里，有時主機地址部分很短，有時很長，這樣可以有效運用地址空間，減少IP地址的長度，并且網絡數目不算多。有兩種將主機地址分離出來的方法：基于類的地址和無類別的地址。1、主機和網關主機和網關的區(qū)別常產生混淆，這是由于主機意義的轉變。在RFC中(1122/3和1009)中定義為：主機是連接到一個或多個網絡的設備，它可以向任何一個網絡發(fā)送和從其接受數據，但它從不把數據從一個網絡傳向另一個。網關是連接到多于一個網絡的設備，它選擇性的把數據從一個網絡轉發(fā)到其它網絡。換句話說，過去主機和網關的概念被人工地區(qū)分開來，那時計算機沒有足夠的能力同時用作主機和網關。主機是用戶工作的計算機，或是文獻服務器等?，F代的計算機的能力足以同時擔當這兩種角色，因此，現代的主機定義應當如此：主機是連接到一個或多個網絡的設備，它可以向任何一個網絡發(fā)送和從其接受數據。它也可以作為網關，但這不是其唯一的目的。路由器是專用的網關，其硬件通過特殊的設計使其能以極小的延遲轉發(fā)大量的數據。然而，網關也可以是有多個網卡的標準的計算機，其操作系統(tǒng)的網絡層有能力轉發(fā)數據。由于專用的路由硬件較便宜，計算機用作網關已經很少見了，在只有一個撥號連接的小站點里，還也許使用計算機作為非專用的網關。2、基于類的地址最初設計IP時，地址根據第一個字節(jié)被提成幾類：0:保存1-126:A類(網絡地址:1字節(jié)，主機地址:3字節(jié))127:保存128-191:B類(網絡地址:2字節(jié)，主機地址:2字節(jié))192-223:C類(網絡地址:3字節(jié)，主機地址:1字節(jié))224-255:保存3、子網劃分雖然基于類的地址系統(tǒng)對因特網服務提供商來說工作得很好，但它不能在一個網絡內部做任何路由，其目的是使用第二層(橋接/互換)來導引網絡中的數據。在大型的A類網絡中，這就成了個特殊的問題，由于在大型網絡中僅使用橋接/互換使其非常難以管理。在邏輯上其解決辦法是把大網絡分割成若干小的網絡，但在基于類的地址系統(tǒng)中這是不也許的。為了解決這個問題，出現了一個新的域：子網掩碼。子網掩碼指出地址中哪些部分是網絡地址，哪些是主機地址。在子網掩碼中，二進制1表達網絡地址位，二進制0表達主機地址位。傳統(tǒng)的各類地址的子網掩碼為：A類：B類：C類：假如想把一個B類網絡的地址用作C類大小的地址，可以使用掩碼。用較長的子網掩碼把一個網絡提成多個網絡就叫做劃分子網。要注意的是，一些舊軟件不支持子網，由于它們不理解子網掩碼。例如UNIX的routed路由守護進程通常使用的路由協(xié)議是版本1的RIP，它是在子網掩碼出現前設計的。上面只介紹了三種子網掩碼：、和，它們是字節(jié)對齊的子網掩碼。但是也可以在字節(jié)中間對其進行劃分，這里不進行具體講解，請參照相關的TCP/IP書籍。子網使我們可以擁有新的規(guī)模的網絡，涉及很小的用于點到點連接的網絡（如掩碼52，30位的網絡地址，2位的主機地址：兩個主機的子網），或中型網絡（如掩碼，20位網絡地址，12位主機地址：4094個主機的子網）。注意DNS被設計為只允許字節(jié)對齊的IP網絡(在.域中)。4、超網(supernetting)超網是與子網類似的概念--IP地址根據子網掩碼被分為獨立的網絡地址和主機地址。但是，與子網把大網絡提成若干小網絡相反，它是把一些小網絡組合成一個大網絡--超網。假設現在有16個C類網絡，從到，它們可以用子網掩碼統(tǒng)一表達為網絡。但是，并不是任意的地址組都可以這樣做，例如16個C類網絡到就不能形成一個統(tǒng)一的網絡。但是這其實沒關系，只要策略得當，總能找到合適的一組地址的。5、可變長子網掩碼(VLSM)假如你想把你的網絡提成多個不同大小的子網，可以使用可變長子網掩碼，每個子網可以使用不同長度的子網掩碼。例如：假如你按部門劃分網絡，一些網絡的掩碼可認為(多數部門)，其它的可為(較大的部門)。6、無類別地址(CIDR)因特網上的主機數量增長超過了原先的設想，雖然還遠沒達成232，但地址已經出現匱乏。1993年發(fā)表的RFC1519--無類別域間路由CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)--是一個嘗試解決此問題的方法。CIDR試圖延長IPv4的壽命，與128位地址的IPv6不同，它并不能最終解決地址空間的耗盡，但IPv6的實現是個龐大的任務，因特網目前還沒有做好準備。CIDR給了我們緩沖的準備時間?；陬惖牡刂废到y(tǒng)工作的不錯，它在有效的地址使用和少量的網絡數目間做出了較好的折衷。但是隨著因特網意想不到的成長出現了兩個重要的問題：已分派的網絡數目的增長使路由表大得難以管理，相稱限度上減少了路由器的解決速度。僵化的地址分派方案使很多地址被浪費，特別是B類地址十分匱乏。為了解決第二個問題，可以分派多個較小的網絡，例如，用多個C類網絡而不是一個B類網絡。雖然這樣可以很有效地分派地址，但是更加劇了路由表的膨脹（第一個問題）。在CIDR中，地址根據網絡拓撲來分派。連續(xù)的一組網絡地址可以被分派給一個服務提供商，使整組地址作為一個網絡地址（很也許使用超網技術）。例如：一個服務提供商被分派以256個C類地址，從到，服務提供商給每個用戶分派一個C類地址，但服務提供商外部的路由表只通過一個表項--掩碼為的網絡--來分辨這些路由。這種方法明顯減少了路由表的增長，CIDRRFC的作者估計，假如90%的服務提供商使用了CIDR，路由表將以每3年54%的速度增長，而假如沒有使用CIDR，則增長速度為776%。假如可以重新組織現有的地址，則因特網骨干上的路由器廣播的路由數量將大大減少。但這實際是不可行的，由于將帶來巨大的管理承擔。2.2、路由表假如一個主機有多個網絡接口，當向一個特定的IP地址發(fā)送分組時，它如何決定使用哪個接口呢？答案就在路由表中。來看下面的例子：目的子網掩碼網關標志接口4Ueth01Ueth1主機將所有目的地為網絡內主機(-54)的數據通過接口eth0(IP地址為4)發(fā)送，所有目的地為網絡內主機的數據通過接口eth1(IP地址為1)發(fā)送。標志U表達該路由狀態(tài)為“up”（即激活狀態(tài)）。對于直接連接的網絡，一些軟件并不象上例中同樣給出接口的IP地址，而只列出接口。此例只涉及了直接連接的主機，那么目的主機在遠程網絡中如何呢？假如你通過IP地址為54的網關連接到網絡，那么你可以在路由表中增長這樣一項：目的掩碼網關標志接口54UGeth0此項告訴主機所有目的地為網絡內主機的分組通過54路由過去。標志G(gateway)表達此項把分組導向外部網關。類似的，也可以定義通過網關到達特定主機的路由，增長標志H(host)：目的掩碼網關標志接口15554UGHeth0下面是路由表的基礎，除了特殊表項之外：目的掩碼網關標志接口55UHlo0default54UGeth1第一項是loopback接口，用于主機給自己發(fā)送數據，通常用于測試和運營于IP之上但需要本地通信的應用。這是到特定地址的主機路由(接口lo0是IP協(xié)議棧內部的“假”網卡)。第二項十分故意思，為了防止在主機上定義到因特網上每一個也許到達網絡的路由，可以定義一個缺省路由，假如在路由表中沒有與目的地址相匹配的項，該分組就被送到缺省網關。多數主機簡樸地通過一個網卡連接到網絡，因此只有通過一個路由器到其它網絡，這樣在路由表中只有三項：loopback項、本地子網項和缺省項（指向路由器）。2、重疊路由假設在路由表中有下列重疊項：目的掩碼網關標志接口5553UGHeth054UGeth053UGeth1default54UGeth1之所以說這些路由重疊是由于這四個路由都具有地址，假如向發(fā)送數據，會選擇哪條路由呢？在這種情況下，會選擇第一條路由，通過網關53。原則是選擇具有最長(最精確)的子網掩碼。類似的，發(fā)往的數據選擇第二條路由。注意：這條原則只合用于間接路由(通過網關)。把兩個接口定義在同一子網在很多軟件實現上是非法的。例如下面的設立通常是非法的（但是有些軟件將嘗試在兩個接口進行負載平衡）：接口IP地址子網掩碼eth0eth1對于重疊路由的策略是十分有用的，它允許缺省路由作為目的為、子網掩碼為的路由進行工作，而不需要作為路由軟件的一個特殊情況來實現?；仡^來看看CIDR，仍使用上面的例子：一個服務提供商被賦予256個C類網絡，從到。該服務提供商外部的路由表只以一個表項就了解了所有這些路由：，子網掩碼為。假設一個用戶移到了另一個服務提供商，他擁有網絡地址，現在他是否必須從新的服務提供商處取得新的網絡地址呢？假如是，意味著他必須重新配置每臺主機的IP地址，改變DNS設立，等等。幸運的是，解決辦法很簡樸，本來的服務提供商保持路由(子網掩碼為)，新的服務提供商則廣播路由(子網掩碼為)，由于新路由的子網掩碼較長，它將覆蓋本來的路由。3、靜態(tài)路由回頭看看我們已建立的路由表，已有了六個表項：目的掩碼網關標志接口55UHlo04Ueth01Ueth1default54UGeth54UGeth015554UGHeth0這些表項分別是怎么得到的呢？第一個是當路由表初始化時由路由軟件加入的，第二、三個是當網卡綁定IP地址時自動創(chuàng)建的，其余三個必須手動加入，在UNIX系統(tǒng)中，這是通過命令route來做的，可以由用戶手工執(zhí)行，也可以通過rc腳本在啟動時執(zhí)行。上述方法涉及的是靜態(tài)路由，通常在啟動時創(chuàng)建，并且沒有手工干預的話將不再改變。當IP子網中的一臺主機發(fā)送IP分組給同一IP子網的另一臺主機時，它將直接把IP分組送到網絡上，對方就能收到。而要送給不同IP于網上的主機時，它要選擇一個能到達目的子網上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負責把IP分組送到目的地。假如沒有找到這樣的路由器，主機就把IP分組送給一個稱為“缺省網關（defaultgateway）”的路由器上?！叭笔【W關”是每臺主機上的一個配置參數，它是接在同一個網絡上的某個路由器端口的IP地址。路由器轉發(fā)IP分組時，只根據IP分組目的IP地址的網絡號部分，選擇合適的端口，把IP分組送出去。同主機同樣，路由器也要鑒定端口所接的是否是目的子網，假如是，就直接把分組通過端口送到網絡上，否則，也要選擇下一個路由器來傳送分組。路由器也有它的缺省網關，用來傳送不知道往哪兒送的IP分組。這樣，通過路由器把知道如何傳送的IP分組對的轉發(fā)出去，不知道的IP分組送給“缺省網關”路由器，這樣一級級地傳送，IP分組最終將送到目的地，送不到目的地的IP分組則被網絡丟棄了。目前TCP／IP網絡，所有是通過路由器互連起來的，Internet就是成千上萬個IP子網通過路由器互連起來的國際性網絡。這種網絡稱為以路由器為基礎的網絡（routerbasednetwork），形成了以路由器為節(jié)點的“網間網”。在“網間網”中，路由器不僅負責對IP分組的轉發(fā)，還要負責與別的路由器進行聯(lián)絡，共同擬定“網間網”的路由選擇和維護路由表。路由動作涉及兩項基本內容：尋徑和轉發(fā)。尋徑即鑒定到達目的地的最佳途徑，由路由選擇算法來實現。由于涉及到不同的路由選擇協(xié)議和路由選擇算法，要相對復雜一些。為了鑒定最佳途徑，路由選擇算法必須啟動并維護包含路由信息的路由表，其中路由信息依賴于所用的路由選擇算法而不盡相同。路由選擇算法將收集到的不同信息填入路由表中，根據路由表可將目的網絡與下一站（nexthop）的關系告訴路由器。路由器間互通信息進行路由更新，更新維護路由表使之對的反映網絡的拓撲變化，并由路由器根據量度來決定最佳途徑。這就是路由選擇協(xié)議（routingprotocol），例如路由信息協(xié)議（RIP）、開放式最短途徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）和邊界網關協(xié)議（BGP）等。轉發(fā)即沿尋徑好的最佳途徑傳送信息分組。路由器一方面在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個站點（路由器或主機），假如路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄；否則就根據路由表的相應表項將分組發(fā)送到下一個站點，假如目的網絡直接與路由器相連，路由器就把分組直接送到相應的端口上。這就是路由轉發(fā)協(xié)議（routedprotocol）。路由轉發(fā)協(xié)議和路由選擇協(xié)議是互相配合又互相獨立的概念，前者使用后者維護的路由表，同時后者要運用前者提供的功能來發(fā)布路由協(xié)議數據分組。下文中提到的路由協(xié)議，除非特別說明，都是指路由選擇協(xié)議，這也是普遍的習慣。3路由協(xié)議典型的路由選擇方式有兩種：靜態(tài)路由和動態(tài)路由。靜態(tài)路由是在路由器中設立的固定的路由表。除非網絡管理員干預，否則靜態(tài)路由不會發(fā)生變化。由于靜態(tài)路由不能對網絡的改變作出反映，一般用于網絡規(guī)模不大、拓撲結構固定的網絡中。靜態(tài)路由的優(yōu)點是簡樸、高效、可靠。在所有的路由中，靜態(tài)路由優(yōu)先級最高。當動態(tài)路由與靜態(tài)路由發(fā)生沖突時，以靜態(tài)路由為準。動態(tài)路由是網絡中的路由器之間互相通信，傳遞路由信息，運用收到的路由信息更新路由器表的過程。它能實時地適應網絡結構的變化。假如路由更新信息表白發(fā)生了網絡變化，路由選擇軟件就會重新計算路由，并發(fā)出新的路由更新信息。這些信息通過各個網絡，引起各路由器重新啟動其路由算法，并更新各自的路由表以動態(tài)地反映網絡拓撲變化。動態(tài)路由合用于網絡規(guī)模大、網絡拓撲復雜的網絡。當然，各種動態(tài)路由協(xié)議會不同限度地占用網絡帶寬和CPU資源。靜態(tài)路由和動態(tài)路由有各自的特點和合用范圍，因此在網絡中動態(tài)路由通常作為靜態(tài)路由的補充。當一個分組在路由器中進行尋徑時，路由器一方面查找靜態(tài)路由，假如查到則根據相應的靜態(tài)路由轉發(fā)分組；否則再查找動態(tài)路由。根據是否在一個自治域內部使用，動態(tài)路由協(xié)議分為內部網關協(xié)議（IGP）和外部網關協(xié)議（EGP）。這里的自治域指一個具有統(tǒng)一管理機構、統(tǒng)一路由策略的網絡。自治域內部采用的路由選擇協(xié)議稱為內部網關協(xié)議，常用的有RIP、OSPF；外部網關協(xié)議重要用于多個自治域之間的路由選擇，常用的是BGP和BGP-4。下面分別進行簡要介紹。3.1RIP路由協(xié)議RIP協(xié)議最初是為Xerox網絡系統(tǒng)的Xeroxparc通用協(xié)議而設計的，是Internet中常用的路由協(xié)議。RIP采用距離向量算法，即路由器根據距離選擇路由，所以也稱為距離向量協(xié)議。路由器收集所有可到達目的地的不同途徑，并且保存有關到達每個目的地的最少站點數的途徑信息，除到達目的地的最佳途徑外，任何其它信息均予以丟棄。同時路由器也把所收集的路由信息用RIP協(xié)議告知相鄰的其它路由器。這樣，對的的路由信息逐漸擴散到了全網。RIP使用非常廣泛，它簡樸、可靠，便于配置。但是RIP只合用于小型的同構網絡，由于它允許的最大站點數為15，任何超過15個站點的目的地均被標記為不可達。并且RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是導致網絡的廣播風暴的重要因素之一。3.2OSPF路由協(xié)議80年代中期，RIP已不能適應大規(guī)模異構網絡的互連，0SPF隨之產生。它是網間工程任務組織（1ETF）的內部網關協(xié)議工作組為IP網絡而開發(fā)的一種路由協(xié)議。0SPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個路由器向其同一管理域的所有其它路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中涉及所有接口信息、所有的量度和其它一些變量。運用0SPF的路由器一方面必須收集有關的鏈路狀態(tài)信息，并根據一定的算法計算出到每個節(jié)點的最短途徑。而基于距離向量的路由協(xié)議僅向其鄰接路由器發(fā)送有關路由更新信息。與RIP不同，OSPF將一個自治域再劃分為區(qū)，相應地即有兩種類型的路由選擇方式：當源和目的地在同一區(qū)時，采用區(qū)內路由選擇；當源和目的地在不同區(qū)時，則采用區(qū)間路由選擇。這就大大減少了網絡開銷，并增長了網絡的穩(wěn)定性。當一個區(qū)內的路由器出了故障時并不影響自治域內其它區(qū)路由器的正常工作，這也給網絡的管理、維護帶來方便。3.3BGP和BGP-4路由協(xié)議BGP是為TCP／IP互聯(lián)網設計的外部網關協(xié)議，用于多個自治域之間。它既不是基于純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的重要功能是與其它自治域的BGP互換網絡可達信息。各個自治域可以運營不同的內部網關協(xié)議。BGP更新信息涉及網絡號／自治域途徑的成對信息。自治域途徑涉及到達某個特定網絡須通過的自治域串，這些更新信息通過TCP傳送出去，以保證傳輸的可靠性。為了滿足Internet日益擴大的需要，BGP還在不斷地發(fā)展。在最新的BGp4中，還可以將相似路由合并為一條路由。3.4路由表項的優(yōu)先問題在一個路由器中，可同時配置靜態(tài)路由和一種或多種動態(tài)路由。它們各自維護的路由表都提供應轉發(fā)程序，但這些路由表的表項間也許會發(fā)生沖突。這種沖突可通過配置各路由表的優(yōu)先級來解決。通常靜態(tài)路由具有默認的最高優(yōu)先級，當其它路由表表項與它矛盾時，均按靜態(tài)路由轉發(fā)。4路由算法路由算法在路由協(xié)議中起著至關重要的作用，采用何種算法往往決定了最終的尋徑結果，因此選擇路由算法一定要仔細。通常需要綜合考慮以下幾個設計目的：——（1）最優(yōu)化：指路由算法選擇最佳途徑的能力?！?）簡潔性：算法設計簡潔，運用最少的軟件和開銷，提供最有效的功能?！?）堅固性：路由算法處在非正常或不可預料的環(huán)境時，如硬件故障、負載過高或操作失誤時，都能對的運營。由于路由器分布在網絡聯(lián)接點上，所以在它們出故障時會產生嚴重后果。最佳的路由器算法通常能經受時間的考驗，并在各種網絡環(huán)境下被證實是可靠的?！?）快速收斂：收斂是在最佳途徑的判斷上所有路由器達成一致的過程。當某個網絡事件引起路由可用或不可用時，路由器就發(fā)出更新信息。路由更新信息遍及整個網絡，引發(fā)重新計算最佳途徑，最終達成所有路由器一致公認的最佳途徑。收斂慢的路由算法會導致途徑循環(huán)或網絡中斷?！?）靈活性：路由算法可以快速、準確地適應各種網絡環(huán)境。例如，某個網段發(fā)生故障，路由算法要能不久發(fā)現故障，并為使用該網段的所有路由選擇另一條最佳途徑。路由算法按照種類可分為以下幾種：靜態(tài)和動態(tài)、單路和多路、平等和分級、源路由和透明路由、域內和域間、鏈路狀態(tài)和距離向量。前面幾種的特點與字面意思基本一致，下面著重介紹鏈路狀態(tài)和距離向量算法。鏈路狀態(tài)算法（也稱最短途徑算法）發(fā)送路由信息到互聯(lián)網上所有的結點，然而對于每個路由器，僅發(fā)送它的路由表中描述了其自身鏈路狀態(tài)的那一部分。距離向量算法（也稱為Bellman-Ford算法）則規(guī)定每個路由器發(fā)送其路由表所有或部分信息，但僅發(fā)送到鄰近結點上。從本質上來說，鏈路狀態(tài)算法將少量更新信息發(fā)送至網絡各處，而距離向量算法發(fā)送大量更新信息至鄰接路由器。由于鏈路狀態(tài)算法收斂更快，因此它在一定限度上比距離向量算法更不易產生路由循環(huán)。但另一方面，鏈路狀態(tài)算法規(guī)定比距離向量算法有更強的CPU能力和更多的內存空間，因此鏈路狀態(tài)算法將會在實現時顯得更昂貴一些。除了這些區(qū)別，兩種算法在大多數環(huán)境下都能很好地運營。最后需要指出的是，路由算法使用了許多種不同的度量標準去決定最佳途徑。復雜的路由算法也許采用多種度量來選擇路由，通過一定的加權運算，將它們合并為單個的復合度量、再填入路由表中，作為尋徑的標準。通常所使用的度量有：途徑長度、可靠性、時延、帶寬、負載、通信成本等。路由器的發(fā)展趨勢芯片速度每18個月翻一番，而因特網的流量是每6個月翻一番。作為因特網的樞紐，路由器正在朝速度更快、服務質量更好和更易于綜合化管理這三個方向發(fā)展。速度更快傳統(tǒng)意義上，路由器通常被認為是網絡速度的瓶頸。在局域網速度早已達成上百兆時，路由器的解決速度至多只到幾十兆比特率。這幾年隨著著因特網用戶的爆炸式增長，大家對路由器的研究也重點體現在提高路由器的解決速度上。1996-1997年間，美國出現了一批極具創(chuàng)新精神的小公司，如Nexabit、Juniper、Avici等，把路由器的解決速度提高到了登峰造極的地步，在不久的時間內相繼推出了吉位路由器，連Cisco公司在速度方面都只能望其項背。由于這些高速路由器無一例外地都引入了互換的結構，因此它們也被稱作千兆位互換路由器（GSR-GigabitSwitchRouter）。這些路由器的光接口速度也不久從OC-12（622Mbps）升到OC-48（2.5Gbps），再升到OC-192（10Gbps），這樣的速度早已把ATM互換機遠遠地甩在后面。從此，ATM在核心網絡中不可代替的地位徹底發(fā)生了動搖。曠日持久的IP與ATM技術之爭終于以IP占壓倒性的優(yōu)勢結束。但是，IP路由器速度的提高是直接得益于ATM的概念和技術的，在IP領域中提出的許多新概念和新技術也有相稱一部分是直接或間接來源于ATM，兩種優(yōu)秀的技術逐漸開始融合。事實上，許多公司從事高速IP路由器研發(fā)的技術人員正是過去研究ATM技術的研發(fā)人員。具體來說，IP路由器速度的急劇提高來源于以下四個方面的技術進展：①硬件體系結構路由器的硬件體系結構大體經歷了6次變化，從最初期的單總線、單CPU結構發(fā)展到單總線、多CPU再到多總線多CPU。到現在，高速IP路由器中多借鑒ATM的方法，采用交叉開關方式實現各端口之間的線速無阻塞互連。高速交叉開關的技術已經十提成熟，在ATM和高速并行計算機中早已得到廣泛應用，市場上可直接購買到的高速交叉開關的速率就高達50Gbps。隨著著高速交叉開關的引入，也同時引入了一些相應的技術問題，特別是針對IP多播、廣播以及服務質量（QoS），采用成熟的調度策略和算法，這些問題都得到了很好的解決。②ASIC技術這些年，出于成本和性能的考慮，ASIC應用得越來越廣泛，幾乎是言必稱ASIC。在路由器中要極大地提高速度，一方面想到的也是ASIC。有的用ASIC做包轉發(fā)，有的用ASIC查路由，并且查找IPv4路由的ASIC芯片已經開始上市銷售。在ASIC蓬勃發(fā)展、大量應用的潮流中，有一動向值得注意，這就是所謂可編程ASIC的出現，這恐怕也是網絡自身日新月異所導致的一種結果。由于ASIC的設計生產投入相稱大，一般來說，ASIC只用于已完全標準化的過程，而網絡的結構和協(xié)議又變化相稱快，因此相應地在網絡設備這一領域，出現了奇特的“可編程ASIC”。目前，有兩種類型的所謂“可編程ASIC”。一種以3COM公司的FIRE（FlexibleIntelligentRoutingEngine）芯片為代表，這顆ASIC芯片中內嵌了一顆CPU，因此具有一定的靈活性；另一種以VertexNetworks的HISC專用芯片為代表，該芯片是一顆專門為通信協(xié)議解決的CPU，其體系結構的設計專門適應協(xié)議解決，通過改寫微代碼，可使這顆專用芯片具有解決不同協(xié)議的能力，以適應類似從IPv4到IPv6的變化。③3層互換這是協(xié)議解決過程的一次革命性突破，也是現在GSR和TSR名稱的來源。自從名不見經傳的Ipsilon公司在1994年推出“一次路由，然后互換”的IPSwitch技術之后，各大公司紛紛推出自己專有的3層互換技術。如Cisco的TagSwitch、3Com的LabelSwitch等。綜合這些專有技術的優(yōu)點，IETF終于在1998年推出了性能優(yōu)越的多協(xié)議標記互換（MPLS）。④IPoverSDH，IPoverDWDM這方面的技術進展完全源于光纖通信技術的進展。隨著IP的核心地位逐漸被認同，IPoverATM，然后ATMoverSDH的方式被IP直接overSDH的方式取代。SDH采用時分復用的方式承載多路數據。因此在核心網中需大量采用復用器交叉連接器，DWDM（密集波分復用）使得一根光纖上可用不同的波長傳送多路信號。服務質量更好前面所述的路由器在速度上的提高仍只但是是為了適應數據流量的急劇增長。而路由器發(fā)展趨勢更本質、更深刻的變化是：以IP為基礎的包互換數據將在未來幾年內迅速取代已發(fā)展了近百年的電路互換通信方式，成為通信業(yè)務模式的主流。這意味著，IP路由器不僅要提供更快的速度以適應急劇增長的傳統(tǒng)的計算機數據流量，并且IP路由器也將逐步提供原電信網絡所提供的種種業(yè)務。但是傳統(tǒng)的IP路由器并不關心也不知道IP包的業(yè)務類型，一般只是按先進先出的原則轉發(fā)數據包，語音電話、實時視頻、因特網瀏覽等各種業(yè)務類型的數據都被不加區(qū)分地對待。由此可見，IP路由器要想提供涉及電信、廣播在內的所有業(yè)務，提高服務質量（QoS）是其關鍵。這也正是目前各大網絡設備廠商（涉及Cisco，3Com，Nortel等）所努力推動的方向。各大廠商新推出的高、中、低檔路由器中都不同限度地支持QoS，如Cisco的最高檔12023系列，從硬件和軟件協(xié)議兩方面都對QoS有很強的支持，而其新推出的低端產品2600系列也支持語音電話這樣的新業(yè)務應用。事實上，QoS不僅是路由器的一個發(fā)展趨勢，以路由器為核心的整個IP網絡都在朝這個方向發(fā)展?！叭W合一”這一概念便是