计算机网络：CH4 网络层-因特网路由选择协议

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1、第第2 2章章 互联网基础协议体系互联网基础协议体系2.1 ARP2.1 ARP协议和协议和RARPRARP协议协议2.2 ICMP2.2 ICMP协议协议2.3 2.3 多播和多播和IGMPIGMP协议协议2.4 2.4 因特网路由选择协议因特网路由选择协议计算机网络中解释了计算机网络中解释了IPIP如何利用路由表来转发数据如何利用路由表来转发数据报。本章要探讨网络互连技术中的一个重要课题：报。本章要探讨网络互连技术中的一个重要课题：用于创建和更新路由表的路由信息的传播问题。重用于创建和更新路由表的路由信息的传播问题。重点要讨论路由表最初如何构建，并解释路由软件如点要讨论路由表最初如何构建，

2、并解释路由软件如何按需要不断更新路由表。何按需要不断更新路由表。引言引言知识点知识点 路由选择问题路由选择问题 互联网实际结构互联网实际结构 路由分层与分域的概念路由分层与分域的概念 最短路径路由协议最短路径路由协议RIPRIP，链路状态，链路状态OSPFOSPF协议协议 域间路由域间路由BGPBGP协议协议 路由协议的问题和发展路由协议的问题和发展 要求要求 理解互联网路由器、路由选择概念理解互联网路由器、路由选择概念 理解互联网实际层次结构理解互联网实际层次结构 掌握基于最短路径的路由协议掌握基于最短路径的路由协议RIPRIP工作原理工作原理 理解理解OSPFOSPF域与域与OSPFOSP

3、F协议基本工作原理协议基本工作原理 理解理解BGPBGP协议基本工作原理协议基本工作原理 了解各路由协议的问题和发展了解各路由协议的问题和发展 静态与动态路由静态与动态路由IPIP路由分为两大类别路由分为两大类别静态路由静态路由：路由不会改变：路由不会改变.路由路由表在系统启动时载入值，除非检表在系统启动时载入值，除非检测到错误，否则路由不会改变。测到错误，否则路由不会改变。静态路由的优点：静态路由的优点：简单直接，容易指定，不要求额简单直接，容易指定，不要求额外的路有软件。外的路有软件。缺点缺点：缺乏灵活性，不能适应网：缺乏灵活性，不能适应网络失效或网络拓扑的改变。络失效或网络拓扑的改变。静

4、态路由适用的地方：静态路由适用的地方：多数主机。多数主机。主机的路由表含有两项：一个是与主机的路由表含有两项：一个是与主机连接的网络，一个是把所有网主机连接的网络，一个是把所有网络通信量都引导到一个特定路由器络通信量都引导到一个特定路由器的默认项。的默认项。动态路由动态路由：指可以随时间改变路由表：指可以随时间改变路由表信息的系统。动态路由的开始与静态信息的系统。动态路由的开始与静态路由完全一样，在系统启动时将一组路由完全一样，在系统启动时将一组原始路由载入到路由表中。原始路由载入到路由表中。动态路由的优点：动态路由的优点：灵活，能适应网络失效或网络拓扑的灵活，能适应网络失效或网络拓扑的改变。

5、改变。缺点：缺点：要求额外的路有软件要求额外的路有软件。动态路由适用的地方：动态路由适用的地方：多数路由器。多数路由器。N2 N1 N3由ISP1拥有由ISP2拥有1.1.如果采用静态路由如果采用静态路由？2.2.如果采用动态路由如果采用动态路由？全球全球Internet路由路由InternetInternet使用两级路由层次使用两级路由层次将将InternetInternet上的路由器和网络划分成上的路由器和网络划分成组。每个组内的所有路由器相互交换路由信息，然后每个组中至少组。每个组内的所有路由器相互交换路由信息，然后每个组中至少有一台路由器（可能更多）汇总这些信息，在把这些信息传递给其有

6、一台路由器（可能更多）汇总这些信息，在把这些信息传递给其他组他组自治系统自治系统：一个网络和路由器的连通集合，它们都在一个管理权威：一个网络和路由器的连通集合，它们都在一个管理权威的控制下。的控制下。因此，全球因此，全球InternetInternet中的路由器被分成组，每个组被称为自治系统。中的路由器被分成组，每个组被称为自治系统。一个自治系统内部的路由器彼此交换路由信息，这些信息在汇总后一个自治系统内部的路由器彼此交换路由信息，这些信息在汇总后才会传递给其他组。才会传递给其他组。为什么全球为什么全球InternetInternet路由不采用：一台路由器与另一台路由器交换路由不采用：一台路由

7、器与另一台路由器交换路由信息这种机制？路由信息这种机制？自治系统自治系统(autonomous system)(autonomous system)因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统 ASAS。一个自治系统是一个互联网，其最重要的特点就是一个自治系统是一个互联网，其最重要的特点就是自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。由选择协议。一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位(例如，一个公司，一所大学，政府的一个部门，例如，一个公司，一所大学，政

8、府的一个部门，等等等等)来管辖。来管辖。一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的。是连通的。InternetInternet路由体系结构：两层路由结构路由体系结构：两层路由结构自治系统1自治系统2R1R2R3R4R5R5使用EGP使用IGP1使用IGP2InternetInternet路由协议路由协议1.1.内部网关协议（内部网关协议（Interior Gateway ProtocolInterior Gateway Protocol，IGPIGP）：适用于自治系统内部的路由器交换路由信息。：适用于自治系统内部的路由器交换路由信息。容易安

9、装和操作，但可能会限制自治系统的规模或路容易安装和操作，但可能会限制自治系统的规模或路由复杂性。由复杂性。2.2.外部网关协议（外部网关协议（Exterior Gateway ProtocolExterior Gateway Protocol，EGPEGP）：适用于一个自治系统的路由器与另一个自治：适用于一个自治系统的路由器与另一个自治系统中的路由器交换路由信息。安装和操作要比系统中的路由器交换路由信息。安装和操作要比IGPIGP复杂一些，具有更好的灵活性和较低的开销。为了减复杂一些，具有更好的灵活性和较低的开销。为了减少通信量，少通信量，EGPEGP需要在将自己所在的自治系统的路由需要在将自

10、己所在的自治系统的路由信息向另一个自治系统传递之前进行汇总。信息向另一个自治系统传递之前进行汇总。R1内部网关协议IGP（例如，RIP）IGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP内部网关协议IGP（例如，OSPF）外部网关协议EGP（例如，BGP-4）IGPR3R2自治系统和内部网关协议、外部网关协议 自治系统 A自治系统 B自治系统 C因特网的路由选择协议因特网的路由选择协议 内部网关协议内部网关协议 IGPIGP：具体的协议有多种，如：具体的协议有多种，如 RIP RIP 和和 OSPF OSPF 等。等。外部网关协议外部网关协议 EGPEG

11、P：目前使用的协议就是：目前使用的协议就是 BGPBGP。内部网关协议内部网关协议 RIPRIP(Routing Information Protocol)(Routing Information Protocol)1.1.工作原理工作原理 路由信息协议路由信息协议 RIP RIP 是内部网关协议是内部网关协议 IGPIGP中最先得到中最先得到广泛使用的协议。广泛使用的协议。RIP RIP 是一种分布式的基于是一种分布式的基于距离向量距离向量的路由选择协议。的路由选择协议。RIP RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的

12、距离记录。自己到其他每一个目的网络的距离记录。“距离距离”的定义的定义 从一路由器到从一路由器到直接连接直接连接的网络的距离定的网络的距离定义为义为 1。从一个路由器到非直接连接的网络的距从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加离定义为所经过的路由器数加 1。RIP 协议中的协议中的“距离距离”也称为也称为“跳跳数数”(hop count)，因为每经过一个路由，因为每经过一个路由器，跳数就加器，跳数就加 1。“距离距离”的定义的定义 RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即的数目少，即“距离短距离短”。RIP 允许一条路径最多

13、只能包含允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。个路由器。“距离距离”的最大值为的最大值为16 时即相当于不可达。时即相当于不可达。可见可见 RIP 只适用于小型互联网。只适用于小型互联网。RIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP 选择一个具有最少路由器的路由（即最选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速短路由），哪怕还存在另一条高速(低时延低时延)但但路由器较多的路由。路由器较多的路由。RIP 协议的三个要点协议的三个要点 仅和相邻路由器交换信息。仅和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信交换的信息是

14、当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔隔 30 秒。秒。路由表的建立路由表的建立 路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为接的网络的距离（此距离定义为1）。）。以后，每一个路由器也只和数目非常有限的以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。相邻路由器交换并更新路由信息。经过若干次更新后，所有的路由器最终都会经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短知道到达本自治系统中

15、任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。距离和下一跳路由器的地址。RIP 协议的协议的收敛收敛(convergence)过程较快，即在过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。择信息的过程。2.距离向量算法收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：(1)先修改此 RIP 报文中的所有项目：将“下一跳”字段中的地址都改为 X，并将所有的“距离”字段的值加 1。(2)对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：若项目中的目的网络不在路由表中，则将该项目加到路由表中。否则 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则将

16、收到的项目替换原路由表中的项目。否则 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，否则，什么也不做。(3)若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。(4)返回。路由器之间交换信息路由器之间交换信息 RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。虽然所有

17、的路由器最终都拥有了整个自治系虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它们的路由表当然也应当是不同位置不同，它们的路由表当然也应当是不同的。的。1 1 2 1 3 1 FEDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 一开始，各路由表只有到相邻路由器的信息网 3网 2网 4网 6网 5网 1“4”表示“从本路由器到网 4”“1”表示“距离是 1”“”表示“直接交付”1 1 2 1 3 1 FEDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1

18、 5 1 网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 更新后A 说：“我到网 1 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 1，距离是 2，经过 A。”路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 CFEDCBA2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后A 说：“我到网 2 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 2，距离是 2，经过 A。”路由器 B 收到相邻路由器

19、 A 和 C 的路由表EDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后A 说：“我到网 3 的距离是 1。”但 B 没有必要绕道经过路由器 A再到达网 3，因此这一项目不变。1 1 2 1 3 1 1 1 2 1 3 1 EDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网

20、6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后C 说：“我到网 4 的距离是 1。”但 B 没有必要绕道经过路由器 C再到达网 4，因此这一项目不变。1 1 2 1 3 1 EDCBA2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后C 说：“我到网 6 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 6，距离是 2，经过 C。”5 1 6 1 最终所有

21、的路由器的路由表都更新了FEDCBA1 1 2 1 3 1 4 2 B5 2 E6 3 B1 1 2 2 A3 2 A4 3 A5 1 6 2 F1 2 E2 2 D3 3 C4 2 C5 1 6 1 1 3 B2 3 B3 2 B4 1 5 2 F6 1 网 2网 6网 5网 1网 3网 41 2 A2 1 3 2 A4 3 A5 1 6 2 F1 2 A2 2 A3 1 4 1 5 3 C6 2 CRIP 协议的位置协议的位置 RIP 协议使用运输层的用户数据报协议使用运输层的用户数据报 UDP进行进行传送（使用传送（使用 UDP 的端口的端口 520）。）。因此因此 RIP 协议的位置应

22、当在应用层。但转发协议的位置应当在应用层。但转发 IP 数据报的过程是在网络层完成的。数据报的过程是在网络层完成的。4 字节RIP 报文RIP2 协议的报文格式协议的报文格式 路由信息（20 字节/路由）可重复出现最多 25 个IP 数据报路由标记网络地址地址族标识符距离(1-16)IP 首部UDP 首部首部路由部分必为 0 4 字节子网掩码下一跳路由器地址UDP 用户数据报必为 0版本必为 0版本命令RIP 协议的优缺点协议的优缺点 RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由

23、器。有的路由器。RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较协议最大的优点就是实现简单，开销较小。小。RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距限制了网络的规模，它能使用的最大距离为离为 15（16 表示不可达）。表示不可达）。路由器之间交换的路由信息是路由器中的完路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。也就增加。R2R1网 1网 3网 2正常情况1 1 1 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 1，是直接交付。”“1”表示“距离是 1”“”表示“直接交付”“1”表示“从本路由器到网 1”R2R1网 1网 3

24、网 2正常情况1 1 1 2 R1R2 说：“我到网 1 的距离是 2，是经过 R1。”“1”表示“从本路由器到网 1”“2”表示“距离是 2”“R1”表示经过 R1R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 16（表示无法到达），是直接交付。”但 R2 在收到 R1 的更新报文之前，还发送原来的报文，因为这时 R2 并不知道 R1 出了故障。R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 收到 R2 的更新报文后，

25、误认为可经过 R2 到达网1，于是更新自己的路由表，说：“我到网 1 的距离是 3，下一跳经过 R2”。然后将此更新信息发送给 R2。1 3 R2R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R2 以后又更新自己的路由表为“1,4,R1”，表明“我到网 1 距离是 4，下一跳经过 R1”。1 3 R21 4 R1R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障1 16 1 3 R21 5 R21 16 R21 2 R11 4 R11 16 R1这样不断更新下去，直到 R1 和 R2 到网 1 的距离都增大到 16 时，R1 和 R2

26、 才知道网1是不可达的。这就是好消息传播得快，而坏消息传播得慢。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间(例如数分钟)。这是 RIP 的一个主要缺点。内部网关协议内部网关协议 OSPF(Open Shortest Path First)1.OSPF 协议的基本特点协议的基本特点“开放开放”表明表明 OSPF 协议不是受某一家厂商协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。控制，而是公开发表的。“最短路径优先最短路径优先”是因为使用了是因为使用了 Dijkstra 提提出的最短路径算法出的最短路径算法SPF OSPF 只是一个协议的名字，它并不表示其他只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议

27、不是的路由选择协议不是“最短路径优先最短路径优先”。是分布式的是分布式的链路状态协议链路状态协议。三个要点三个要点 向本自治系统中所有路由器发送信息，这里向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。使用的方法是洪泛法。发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。分信息。“链路状态链路状态”就是说明本路由器都和哪些就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的路由器相邻，以及该链路的“度度量量”(metric)。只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪只有当链路状态发

28、生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。泛法向所有路由器发送此信息。OSPF OSPF 的区域的区域(area)(area)为了使为了使 OSPF OSPF 能够用于规模很大的网络，能够用于规模很大的网络，OSPF OSPF 将一个将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区域区域。每一个区域都有一个每一个区域都有一个 32 bit 32 bit 的区域标识符（用点分的区域标识符（用点分十进制表示）。十进制表示）。区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过 200 200 个。个。自治系统 AS

29、OSPF OSPF 划分为两种不同的区域划分为两种不同的区域 区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8划分区域划分区域 划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道

30、其他区域的网络拓扑的情网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑的情况。况。OSPF 使用层次结构的区域划分。在上层的区使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫作域叫作主干区域主干区域(backbone area)。主干区域的。主干区域的标识符规定为标识符规定为0.0.0.0。主干区域的作用是用来。主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域。连通其他在下层的区域。自治系统 AS主干路由器主干路由器区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8自治系统 AS区域边界路由器

31、区域边界路由器 区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8OSPF 直接用直接用 IP 数据报传送数据报传送 OSPF 不用不用 UDP 而是直接用而是直接用 IP 数据报传送，数据报传送，可见可见 OSPF 的位置在网络层。的位置在网络层。OSPF 构成的数据报很短。这样做可减少路由构成的数据报很短。这样做可减少路由信息的通信量。信息的通信量。数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据报分片传送。分片传送的数据报只要

32、丢失一个，报分片传送。分片传送的数据报只要丢失一个，就无法组装成原来的数据报，而整个数据报就就无法组装成原来的数据报，而整个数据报就必须重传。必须重传。IP 数据报OSPF 分组 IP数据报首部OSPF 分组OSPF 分组首部类型 1 至类型 5 的 OSPF 分组24 字节081631版 本路 由 器 标 识 符类 型分 组 长 度检 验 和鉴 别鉴 别区 域 标 识 符鉴 别 类 型OSPF 的五种分组类型的五种分组类型 类型类型1，问候，问候(Hello)分组。分组。类型类型2，数据库描述，数据库描述(Database Description)分组。分组。类型类型3，链路状态请求，链路状

33、态请求(Link State Request)分组。分组。类型类型4，链路状态更新，链路状态更新(Link State Update)分组，分组，用洪泛法对全网更新链路状态。用洪泛法对全网更新链路状态。类型类型5，链路状态确认，链路状态确认(Link State Acknowledgment)分组。分组。OSPFOSPF的基本操作的基本操作 问候问候数据库描述数据库描述数据库描述数据库描述链路状态请求链路状态更新链路状态确认确定可达性达到数据库的同步新情况下的同步OSPF 使用的是可靠的洪泛法使用的是可靠的洪泛法 t更新报文ACK报文RRRRt1t2t3t4OSPF 的其他特点的其他特点 OS

34、PF 还规定每隔一段时间，如还规定每隔一段时间，如 30 分钟，要刷新一分钟，要刷新一次数据库中的链路状态。次数据库中的链路状态。由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，系。因此当互联网规模很大时，OSPF 协议要比距离协议要比距离向量协议向量协议 RIP 好得多。好得多。OSPF 没有没有“坏消息传播得慢坏消息传播得慢”的问题，据统计，其的问题，据统计，其响应网络变化的时间小于响应网络变化的时间小于 100 ms。OSPF OSP

35、F 支持三种网络的连接支持三种网络的连接 (1)(1)两个路由器之间的点对点连接两个路由器之间的点对点连接(2)(2)具有广播功能的局域网具有广播功能的局域网(3)(3)无广播功能的广域网无广播功能的广域网局域网 L1局域网 L2(a)网络拓扑(b)有向图L1L2W1W3W2DBCAIHGFE12422233341312167788810W4W64W56522544333288131212107616ABHGFECDI广域网 W5广域网 W3广域网 W2广域网 W6广域网 W1广域网 W4有向图L1L2W1W3W2DBCHGFE12422233341312167788810W4W64W565以

36、路由器F为根的最短路径树 L1L2W3W2DBAIGFE4331216788W4W6W5654外部网关协议外部网关协议 BGP BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。协议。BGP 的较新版本是的较新版本是 1995 年发表的年发表的 BGP-4（BGP 的的第第 4 个版本）。个版本）。可以将可以将 BGP-4 简写为简写为 BGP。BGP 使用的环境却不同使用的环境却不同 因特网的规模太大，使得自治系统之间路由选择非因特网的规模太大，使得自治系统之间路由选择非常困难。常困难。对于自治系统之间的路由选择，要寻找最佳路由是对于自治系统之间的

37、路由选择，要寻找最佳路由是很不现实的。很不现实的。自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略。自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略。因此，边界网关协议因此，边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够只能是力求寻找一条能够到达目的网络且到达目的网络且比较好的路由比较好的路由（不能兜圈子），而（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由并非要寻找一条最佳路由。BGP BGP 发言人发言人 每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的该自治系统的“BGP BGP 发言人发言人”。一般说来，两个一般说来，两个 BGP BGP 发言人都是通过一个共

38、享网络连发言人都是通过一个共享网络连接在一起的，而接在一起的，而 BGP BGP 发言人往往就是发言人往往就是 BGP BGP 边界路由边界路由器，但也可以不是器，但也可以不是 BGP BGP 边界路由器。边界路由器。BGP BGP 交换路由信息交换路由信息 一个一个 BGP BGP 发言人与其他自治系统中的发言人与其他自治系统中的 BGP BGP 发言人要交发言人要交换路由信息，就要先建立换路由信息，就要先建立 TCP TCP 连接，然后在此连接上连接，然后在此连接上交换交换 BGP BGP 报文以建立报文以建立 BGP BGP 会话会话(session)(session)，利用，利用 BG

39、P BGP 会话交换路由信息。会话交换路由信息。使用使用 TCP TCP 连接能提供可靠的服务，也简化了路由选择连接能提供可靠的服务，也简化了路由选择协议。协议。使用使用 TCP TCP 连接交换路由信息的两个连接交换路由信息的两个 BGP BGP 发言人，彼此发言人，彼此成为对方的邻站或对等站。成为对方的邻站或对等站。BGP协议处在哪一层？协议处在哪一层？BGP BGP 发言人和自治系统发言人和自治系统 AS AS 的关系的关系 BGP 发言人BGP发言人BGP 发言人BGP 发言人BGP发言人AS1AS3AS2AS5AS4自治系统连通图自治系统连通图 BGP BGP 发言人互相交换发言人互

40、相交换网络可达性的信息网络可达性的信息后，各后，各 BGP BGP 发发言人就可找出到达各自治系统的比较好的路由。言人就可找出到达各自治系统的比较好的路由。AS1AS6AS2AS3AS5AS4AS7AS8就是要到达某个网络就是要到达某个网络（用网络前缀表示）（用网络前缀表示）所要经过的一系列的所要经过的一系列的自治系统。自治系统。自自治治系系统统连连通通图图BGP 发言人交换路径向量 主干网（AS1）地区 ISP（AS2）地区 ISP（AS3）本地 ISP（AS4）N1，N2本地 ISP（AS5）N3，N4本地 ISP（AS6）N5本地 ISP（AS7）N6，N7自治系统 AS2 的 BGP

41、发言人通知主干网的 BGP 发言人：“要到达网络 N1,N2,N3 和 N4 可经过 AS2。”BGP 发言人交换路径向量发言人交换路径向量 主干网（AS1）地区 ISP（AS2）地区 ISP（AS3）本地 ISP（AS4）N1，N2本地 ISP（AS5）N3，N4本地 ISP（AS6）N5本地 ISP（AS7）N6，N7主干网还可发出通知：“要到达网络 N5,N6 和 N7 可沿路径（AS1,AS3）。”BGP 协议的特点协议的特点 BGP 协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级，这要比这些自治系统中的网络数少很多。量级，这要比这些自治系统中

42、的网络数少很多。每一个自治系统中每一个自治系统中 BGP 发言人（或边界路由器）的数发言人（或边界路由器）的数目是很少的。这样就使得自治系统之间的路由选择不目是很少的。这样就使得自治系统之间的路由选择不致过分复杂。致过分复杂。BGP 支持支持 CIDR，因此，因此 BGP 的路由表也就应当包括的路由表也就应当包括目的目的网络前缀网络前缀、下一跳路由器下一跳路由器，以及到达该，以及到达该目的网络目的网络所要经过的各个自治系统序列所要经过的各个自治系统序列。在在BGP 刚刚运行时，刚刚运行时，BGP 的邻站是交换整个的的邻站是交换整个的 BGP 路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部路由表

43、。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销方面都有好处。方面都有好处。BGP-4 BGP-4 共使用四种报文共使用四种报文 (1)(1)打开打开(Open)(Open)报文，用来与相邻的另一个报文，用来与相邻的另一个BGPBGP发言人建发言人建立关系。立关系。(2)(2)更新更新(Update)(Update)报文，用来发送某一路由的信息，以报文，用来发送某一路由的信息，以及列出要撤消的多条路由。及列出要撤消的多条路由。(3)(3)保活保活(Keepalive(Keepalive)报文，用来确认打开报文和周期性报文，用来确认打开报文和周期性地证实邻站关系。地证实邻站关系。(3)(3)通知通知(Notificaton(Notificaton)报文，用来发送检测到的差错。报文，用来发送检测到的差错。BGP 报文的格式报文的格式 4 字节类 型长 度标 记BGP 报文的数据部分可变长度首部长度19 字节