计网学习笔记十 Internet Routing Protocols

上一讲简单介绍了routing和两种最小路径算法的使用，这节课讲了两种算法是如何糅合进协议中来实现具体使用的。

这一讲内容有AS的介绍，以及IGP和BGP协议。

Autonomous Systems

Internet具有的IP地址数量高达40亿..其中需要对20亿的地址做路由，这是非常可怕的事情！（根本存不下这么大的路由表）

Internet只是一个联合体，就像第一节说的有很多的ISP，他们互联起来组成一个大网，每个ISP独立网络的管理者希望控制自己内部的网络路由。所以，便产生了AS。

Autonomous Systems: Set of routers and networks managed by single ISP or large organization.

Hierarchical Routing

对路由器做一个区域上的聚合，称这个聚合为AS（自治系统）；同一个AS内的路由器使用相同的路由协议进行路由，而从自治系统出去要经过网关（gateway）路由器，和其它网关进行对话。每个AS都分配了一个独一无二的16位或32位的AS number。（具体见RFC 1930)

AS内部使用common routing protocol（inter-AS routing），外部intra-AS routing；

对自治域的比喻：一个国家内的路由，内部路由是自己任意调度，外部需要海关进行全球协议性的沟通

ISP级别的互连太多了，所以需要peer center（互联中心），大家都把光缆拉到这里。(大公司为了获得更好的服务，往往将自己接入transit AS或者peering center)

Intra-AS and Inter-AS routing

IGP and EGP

IGP，内部网关协议，属于内部AS协议；需要内部信息；关注更多的是性能；

EGP，外部网关协议，属于外部AS协议；需要外部信息；很多时候关注的是可达性；会有较大因素受外界影响而改变，”Policy may dominate over performance“（即现在两个大AS之间的“政治策略”）。

Common Protocols

IGP有RIP，OSPF，IGRP（思科私有协议）;

EGP有BGP，BGP的重要程度堪比IP协议，它将所有的ISP粘合起来。

为什么需要BGP？

Link-state and distance-vector not effective for exterior gateway protocol.

DV连自己经过了哪几个AS都不知道，而LS的洪泛对这么大的网络是难以控制的。

所以EGP用的是PV（path vector）路由算法，抽象出来就是bellman-ford。"The most concern is the ASs passed through."而且EGP的运行不单单依据PV，还依据policy。

IGP

RIP

RIP用的是DV路由算法。Distance metric的标准是跳数或者是router端口中的queue长度；Distance vectors每隔30秒就以RIP update message的形式发送出去；180s判断超时，即链路断开；DV通告使用UDP，周期性重复；

RIP路由表由应用级进程routed (daemon)管理；

OSPF

OSPF用的是LS路由算法，取代了RIP；详见RFC 2328；

每台路由器都保存到邻居的本地链路状态列表；路由器每10秒通过flooding将更新后的状态信息（advertisement）发送到整个AS；OSPF的信息是在IP层上而不是UDP。

OSPF的优点：

对最后一点稍加补充：

单个AS被继续划分为小的Area（用一个32位的ID表示），路由器只知道当前area的拓扑，这样可以限制路由器的flooding范围；

OSPF中链路权值的设置如下：

两种协议的比较

BGP

具体标准参见：RFC 8271

BGP为由AS的需求而提出的协议：隐私（如隐藏拓扑）、自主性、自由选择AS间路由等。

BGP的行为可划分为两个步骤：

从邻居AS获取某个prefix的可达性信息；
对包含了可达性信息的众多条路由信息进行选择，选出“最好”的路由；
basic idea：
BGP信息要做的事情：

在进行路由选择之前，某个AS中的路由器A想要知道另一个AS中的一个子网的前缀，则需要使用iBGP连接和eBGP连接将该前缀信息进行通告。（注意一条BGP连接并不直接对应物理上的一条链路）如下图，如果AS3想让附近的AS知道它的存在，就需要：

这个BGP报文又被称为路由，一条路由的特征为NEXT-HOP、AS-PATH、prefix三个部分，根据算法的不同还会加上一个优先级。其中，NEXT-HOP信息是该路由到达目标AS前的最后一个路由器出端口的IP地址，AS-PATH是其经过的AS路径信息，prefix就是需要知道的子网前缀。

两种选择算法

我们先来看一个例子，比较两种BGP选择算法：

在这个例子中，从AS1到前缀x有两条路由信息，3d：AS3 x 和 2a： AS2 AS3 x。

烫手山芋算法

这是一个自私的算法！我们拿路由器1b来举例。1b收到所有路由信息后，检查路由信息上的NEXT-HOP有2a和3d两个，便查阅本地AS内部路由选择信息，找到通往这两个端口分别的最小开销：在图中分别为2和3—>选择开销为2的路由器2a，将这个端口I的地址和前缀x组合起来为（x，I）加到自身的转发表中。可以看到这个算法只顾着自己AS内的最小开销，只想尽快把packet送出AS，而不顾总体上的AS路由，是非常自私的。