1.路由器又叫做IP网关，网关协议就是用于网关之间交换路由信息的协议

2.自治系统：

（1）自治系统是由同构型的网关连接的因特网，自治系统内部的网关之间执行内部网关协议（IGP），互相交换路由信息

（2）IGP是自治系统内部专用的，为特定的应用服务，在自治系统之外是无效的；

（3）一个因特网也可能由不同的自治系统互连而成，例如若干个校园网通过广域网互连就是这种情况；在不同的自治系统之间采用外部网关协议（EGP）交换路由信息

3.外部网关协议：

（1）EGP以自治系统为节点，通告各个网关可到达哪些系统

（2）最新的外部网关协议叫做BGP，BGP4已经广泛的应用于不同的ISP的网络之间，成为事实上的Internet外部网关协议；

（3）BGP4是一种动态路由发现协议，支持无类别域间路由CIDR；BGP的主要功能就是控制路由策略，例如是否愿意转发过路的分组等

（4）BGP的4种报文，通过TCP（179端口）连接转发：

①打开                                     建立邻居关系

②更新                                     发送新的路由信息

③保持活动状态                          对Open的应答/周期性地确认邻居关系

④通告                                     报告检测到的错误

（5）建立邻居关系：位于不同自治系统中的两个路由器首先要建立邻居关系，然后才能周期性地交换信息；建立邻居关系的过程是由一个路由器发送一个Open报文，另一个路由器若愿意接受则以Keepalive报文回答；Open报文中包含发送者的IP地址及其自治系统的标识，另外还有一个保持时间参数，即定期交换信息的时间间隔；

（6）邻居可到达性：这个过程维护邻居关系的有效性，通过周期性的互相发送Keepalive报文，双方都知道对方的活动状态；

（7）网络可到达性：每个路由器维护一个数据库，记录着它所有可到达的子网，当情况变化时用更新报文把最新信息及时地传送给其他BGP路由器；Update报文，包含两类信息：

①一类是要作废的路由器列表

②一类是新增路由的属性信息：

网络层可到达信息（NLRI）

经过的自治系统（AS_Path）

下一跳（Next-Hop）

（8）BGP的报文都要19个字节的固定长度头部，其中包括16个字节的标记（用于认证和同步），两个字节的报文长度和一个字节的类型字段

（9）BGP路由更新报文，字段：

①不可用的路由长度（两个字节）：表示回收字段的长度；

②回收的路由（可变长）：包含了从服务中撤销的路由的IP地址前缀列表；

③通路属性总长度（两个字节）

④通路属性（可变长）：包含了与网络层可到达性信息字段中的IP地址前缀相关联的属性列表，例如路由信息的来源，路由优先级，实施路由聚合的BGP实体，以及在路由聚合时丢失的路由信息等；

⑤网络层可到达性信息（可变长）

4.内部网关协议：网关协议也叫做路由协议，是路由器之间实现路由信息共享的一种机制，它允许路由器之间交换路由信息维护各自的路由表；

（1）常用的内部路由协议：RIP(信息协议),OSPF(开放最短路径协议)，IS-IS（中间系统到中间系统），IGRP（内部网关路由协议），以及增强的IGRP协议（EIGRP）

（2）路由信息协议：RIP采用距离矢量路由算法，适用于小型网络，因为它允许的跳步数不超过15步；

（3）RIPv1：

①RIPv1使用本地广播地址255.255.255.255发布路由信息，默认的路由更新周期为30s，持有时间为180s，也就是说，RIP路由器每30s向所有邻居发送一次路由更新报文

②如果在180s之内没有从某个邻居接收到路由更新报文，则认为该邻居不存在了，这时如果从其他邻居收到了有关同一目标的路由更新报文，则用新的路由信息替换已失效的路由表项，否则，对应的路由表项被删除；

③RIP以跳步数来度量路由费用，在RIP协议中，15跳是最大跳数，16跳是不可到达网络，经过16跳的任何分组都会被路由器丢弃；

④RIPv1是有类别的协议，这意味着配置RIPv1时必须使用A,B,C类IP地址和子网掩码

⑤对于同一目标，RIP路由表项最多可以有6条等费用的通路，虽然默认是4条，RIP可以实现等费用通路的负载均衡，这种机制提供了链路冗余功能。以对付可能出现的连接失效；

（4）RIPv2：基本还是一个距离矢量路由协议，但是有3方面改进

①使用组播而不是广播来传播路由更新报文。并且采用了触发更新机制来加速路由收敛，即出现路由变化时立即向邻居发送路由更新报文，不必等待更新周期是否到达；

②RIPv2是一个无类别的协议，可以使用可变长子网掩码，也支持无类别域间路由（CIDR）

③RIPv2支持认证，使用经过散列的口令字来限制更新信息的传播

（5）路由收敛和水平分割：

①路由收敛：每个路由表的后两项是通过交换路由信息学习到的

②距离矢量算法要求相邻的路由器之间周期性交换路由表，并通过逐步交换路由信息扩散到网络中所有的路由器，这种逐步交换过程如果不加限制，将会形成路由环路，使得各个路由器无法就网络的可达性取得一致；

③解决路由环路问题可以采用水平分割法，这种方法规定，路由器必须有选择地将路由表中的信息发送给邻居，而不是整个路由表，简单地说，一条路由信息不会被发送给该信息的来源

④带有反毒化的水平分割方案：把从邻居学习到的路由费用设置为无限大，并立即发送给那个邻居；采用反毒化的方案更安全一些，它可以立即中断环路；

（6）RIP报文格式：RIPv2协议封装在UDP数据报中发送，占用端口520，报文包含4个字节的报头，然后是若干个路由记录；RIP报文最多可携带25个路由记录，每个路由记录20个字节：

①命令：用于区分请求和响应报文

②版本：可以是RIP第一版或第二版，两种版本报文格式相同

③地址族标识符：对于IP协议，该字段为2

④路由标记：用于区别内部或外部路由，用16位的AS编号来区分从其他自治系统学到的路由

⑤网络地址：表示目标IP地址

⑥子网掩码：对于RIPv2，该字段是对应网络地址的子网掩码；对于RIPv1，该字段是0.因为RIPv1默认使用A,B,C类地址掩码；

⑧下一跳路由器地址：表示下一跳的地址

⑨距离：表示到达目标的跳步数

5.OSPF协议：一种链路状态协议，用于在自治内部的路由器之间交换路由信息；OSPF具有支持大型网络，占用网络资源少，路由收敛快等优点

（1）距离矢量协议发布自己的路由表，交换的路由信息量很大；链路状态协议与之不同，它是从各个路由器收集链路状态信息，构造网络拓扑结构图，使用Dijkstra的最短通路优先算法计算到达各个目标的最佳路由；

（2）链路状态协议与距离矢量协议发布路由信息的方式不同，距离矢量协议是周期性的发布路由信息，而链路状态协议是在网络拓扑发生变化时才发布的路由信息，而且OSPF采用TCP发送报文，每个报文都需要应答，因而通信更加可靠；

（3）OSPF协议引入了“分层路由”的概念。典型的链路状态协议都把网络划分为较小的区域，从而限制了路由器信息传播的范围；每个区域就如同一个独立的网络，区域内的路由器只保存该区域的链路状态信息，使得路由器的链路状态数据库可以保存合理的大小，路由计算的时间和报文数量都不会太大；OSPF主干网负责在各个区域之间传播路由信息；

（4）OSPF区域：每个OSPF区域被指定了一个32位的区域标识符，可以用点分十进制表示；OSPF的区域分为5种：

①标准区域：标准区域可以接收任何链路更新信息和路由汇总信息；

②主干区域：主干区域是连接各个区域的传输网络，其他区域都通过主干区域交换路由信息，主干区域拥有标准区域的所有性质；

③存根区域：不接收本地自治系统以外的路由信息，对自治系统以外的目标采用默认路由0.0.0.0

④完全存根区域：不接收自治系统以外的路由信息，也不接收自治系统内其他区域的路由汇总信息，发送到本地区域外的报文使用默认路由0.0.0.0.，是思科标准

⑤不完全存根区域：类似于存根区域，但是允许接收以类型7的链路状态公告发送的外部路由信息；

（5）OSPF网络类型：OSPF将路由器连接的物理网络划分为4种类型

**点对点网络：一对路由器用64Kb的串行线路连接，就属于点对点网络，在这种网络中，两个路由器可以直接交换路由信息；

**广播多址网络：以太网或者其他具有共享介质的局域网都属于这种网络，在这种网络中，一条网络信息可以广播给所有的路由器；

**非广播多址网络（NBMA）：例如X.25分组交换网就属于这种网络，在这种网络中可以通过组播方式发布路由信息

**点到多点网络：可以把非广播网络当做多条点对点网络使用，从而把一条路由信息发送到不同的目标；

（6）在一个广播网络或NBMA网络中要选一个指定路由器（DR），其他的路由器都与DR建立毗邻关系，把自己掌握的链路状态信息提交给DR，由DR代表这个网络向外界发布；

（7）OSPF路由器：在多区域网络中，OSPF路由器可以按不同的功能划分为以下4种：

**内部路由器：所有接口在同一个区域内的路由器，只维护一个链路状态数据库

**主干路由器：具有连接主干区域接口的路由器；

**区域边界路由器ABR：连接多个区域的路由器，一般作为一个区域的出口，ABR为每一个连接的区域建立一个链路状态数据库，负责将所连接区域的路由摘要信息发送到主干区域，而主干区域上的ABR则负责将这些信息，发送到各个区域；

**自治系统边界路由器：至少拥有一个连接外部自治系统接口的路由器，负责将外部非OSPF网络的路由信息传入OSPF网络；

（8）链路状态公告（LSA）：OSPF路由器之间通过链路状态公告交换网络拓扑信息；

LSA类型：                 发送者：                  传播范围：                   描述：

1.路由器LSA；           任意OSPF路由器         区域内                        路由器在区域内连接的链路状态；

2.网络LSA；              DR；                       区域内                        指定路由器DR在区域内连接的各个路由器

3.网络汇总LSA           ABR                        主干区域                      ABR连接的本地区域中的链路状态

4.ASBR汇总LSA         ABR                        主干区域                      自治系统边界路由器ASBR的可到达性

5.外部LSA                 ASBR                      除存根之外的其他区        自治系统之外的路由信息

6.组播LSA                                                                                用于建立组播分发树

7.NSSA  LSA           连接到NSSA的ASBR    不完全存根区                到达自治系统之外的目标的路由可以由ABR转换为类型5的LSA

（9）OSPF的5种报文：通过TCP连接发送，以固定的时间间隔泛洪传播Hello报文，采用目标地址224.0.0.5代表所有的OSPF路由器；

1.Hello                           用于发现相邻的路由器

2.数据库描述DBD             表示发送者的链路状态数据库内容

3.链路状态请求LSR           向对方请求链路状态信息

4.链路状态更新LSU           向邻居路由器发送链路状态公告

5.链路状态应答LSAck        对链路状态更新报文的应答

（10）OSPF报文头的格式：

1.版本：现在使用版本2；

2.类型：5种报文类型；

3.分组长度：整个OSPF报文的长度；

4.路由器ID：利用路由器环路接口（Loopback）的IP地址作为路由器的标识，如果没有环路接口IP地址，则选择最大的接口IP地址作为路由器标识；

5.区域ID：在多区域网络中，每一个区域指定一个区域ID

6.认证类型：OSPF支持不同的认证方法，对组播地址224.0.0.5发送的Hello分组要经过认证才能被接收；

（11）OSPF的优点：

1.链路状态协议使用了分层的网络结构，减少了LSA的传播范围，同时也减小了网络拓扑变化是影响所有路由器的可能性；

2.链路状态协议使用组播来共享路由信息，并且发布的是增量式的更新消息；

3.链路状态协议支持无类别的路由和路由汇总功能，可以使用VLSM和CIDR技术；路由汇总使得链路状态数据库减小，从而减小了运行SPF算法和更新路由表需要的CPU周期，也减少了路由器中的存储需求

4.使用SPF算法不会在路由表中出现环路，而这是距离矢量路由协议难以处理的问题；

2016.8.14 网络工程师之网关协议