网络层路由技术
网络层路由技术
1、移动承载网络中的网络层协议
2G/3G的业务模式更多的是点到点的模式，直接实现基站和基站控制器之间的数据传递。
在4G LTE业务中， 第一，核心网侧的服务器集中化部署，基站允许在某个业务服务器出现故障之后同另外的服务器进行通信。第二，基站和基站之间的业务转发需求出现，出现一对多业务通信。
2、 路由基础
路由器A有一个数据包想要转发到网络N时，A会根据目的地址查找路由表，找到去往目标网路的出接口，从出接口进行转发。
如图所示，IP路由过程分为三步：
（1）10.3.1.0网络的数据包被发送到与网络直连的RTA的E1端口上，RTA接收到数据包后，查找路由表，下一跳为10.1.2.2，出接口为E0
（2）RTB 收到数据包之后，查找自己的路由表，发现下一跳为10.2.1.2 出接口为E1 进行转发。
（3）RTC 查找路由表，下一跳为10.4.1.1 出接口为 E1
IP路由过程说明，路由器转发数据包依赖路由表，路由器要完成路由功能，要做到：
- 检查数据包的目的地址。
- 确定信息源。 路由器从哪里获取给定的目的地址？
- 发现可能的路由。到目的地址的可能路由有哪些？
- 选择最佳路由。到目的地址的最佳路由是哪条？路由器是否应在多条路径之间均衡负载？
- 验证和维护路由信息。 保证路由信息的有效性。
路由表中的路由来源：
- 链路层协议发现的路由。又称接口路由或直连路由 （只包括直连网段的路由）
- 由网络管理员手工配置的静态路由。
- 动态路由协议发现的路由。
常见的动态路由协议：
- 路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）
- 开放式最短路径优先协议（Open Shortest Path First，OSPF)
- 中间系统到中间系统协议（Intermediate System to Intermediate System， IS-IS）
- 边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）
按照作用范围分为IGP（内部网关协议：RIP、OSPF、IS-IS）和EGP（外部网关协议：BGP）
按照寻径算法和交换路由信息的方式，可以分为距离矢量协议（基于贝尔曼-福特算法，关心到目的网段的距离和方向，RIP、BGP）和链路状态协议（基于Dijkstra算法，关心最短路径，OSPF、IS-IS）
一个好的路由协议要具备：
- 正确性，路由协议能够正确找到最优的路由，并且无路由自环。
- 快收敛，当网络的拓扑发生变化时，路由协议能够迅速更新路由，适应新的网络拓扑。
- 低开销，要求协议自身的开销（内存、CPU、网络带宽）最小。
- 安全性，协议自身不易受攻击，有安全机制。
- 普适性，能适应各种网络拓扑结构和各种规模的网络，扩展性好。
3、路由信息协议 RIP
3.1基本原理
RIP是一种基于D-V算法的路由协议，通过UDP交换路由信息，每隔30s向外发送一次更新报文，如果链路在180s后未回应，则标记为不可达，在120s之后仍无回应，删除该路由。
RIP通过跳数衡量到达目的网络的距离，如果跳数大于等于16，视为不可达。
路由表初始化过程：
- RIP启动时的初始路由表仅包含本路由器的一些直连路由接口。
- RIP启动后向各个接口广播一个请求报文。
- 相邻的路由器收到请求报文之后，根据自己的路由表形成响应报文，并向该接口对应网络广播。
- RIP接收邻居路由器的响应，并形成自己的路由表。
- RIP根据D-V算法的特点，协议参加者包括主动机（路由器）和被动机（PC段）。
RIP路由表更新过程，收到新的路由表后，跟本身对比，然后选最优的进行更新。
3.2 RIP防环路机制
- 水平分割：从邻居学到的路由不在转发给邻居。
- 路由抑制：将故障路由置于16，抑制该路由。
- 抑制时间：出现故障路由后，在安全时间内不再更新路由表（错误路径），除非有更好路由（跳数更少）
- 触发更新：如果出现故障后，立即触发网络更新信息。
4、开放式最短路径优先协议 OSPF
OSPF是基于链路状态的算法的常用IGP路由协议。在OSPF域内，路由器之间交换的是链路状态信息，所有的链路状态信息集合成链路状态信息库，路由器通过最短路径优先算法（SPF）计算出到达目的地的最短路径。
4.1 基本原理
互联网工程任务组IETF开发，运行于IP上，IP号为89。报文结构如下：
OSPF具有很多显著的特点：
- 支持CIDR。
- 支持区域划分。
- 无路由自环。
- 路由变化收敛速度快。
- 使用IP多播收发协议数据。
- 支持多条等值路由。
- 支持协议报文的认证。
工作原理
- 邻接关系建立。相邻的路由器会形成OSPF邻接关系。只有邻接关系建立好后，路由器之间才能交互各自知道的LSA。
- LSDB同步。所有的LSA的集合称为LSDB。
- SPF路由计算， 路由器以自己为根运行SPF算法，生成一棵最短路径树。
- 路由表生成。根据SPF计算出各自的路由信息，并添加到路由表。
单区域OSPF： 区域是一组路由器和网络的结合，单区域指所有运行OSPF协议的路由器划分到同一个区域。
5、中间系统到中间系统协议 IS-IS
实现基于无链接网络协议寻址的路由协议，与OSPF有相似，不同点如下。
- IS-IS直接运行于链路层之上，通过传递协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）来传递链路信息没完成链路数据库的同步。
- IS-IS协议报文采用TLV的格式，很容易扩展支持新的特性。
5.1 工作原理
工作原理和OSPF计算路由的过程相似。IS-IS定义了两种类型的网络：
- 点对点网络：两台路由器直连的网络。
- 广播型网络：支持两台路由器以上的路由器，并且具有广播能力的网络。
6、边界网关协议 BGP
6.1 工作原理
为了建立AS 65101 和AS 65103 的通信，需要构建IBGP连接。
（1）BGP路由通告原则
- BGP连接一建立，BGP Speaker 将把自己所有的BGP路由通告给新的节点。
- BGP只把自己使用的路由通告给节点。
- BGP Speaker 从EBGP获得的路由会向它所有BGP节点通告，包括EBGP和IBGP邻居。
- BGP Speaker 不会把自己从IBGP获得的路由通告给它的IBGP邻居。
- BGP Speaker 从IBGP获得的路由是否通告给EBGP 节点，要依据IGP和BGP同步的情况。
（2）BGP路由的注入
- 通过Network 命令，把IP路由表内的路由信息注入BGP中。
- 通过Import 命令把其他协议的路由信息注入BGP。
