最优路径

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当网络中有多条路径可以从发送端到达接收端时，路由器需要负责为数据选择一条最优路径，并负责转发。路由器中有一张路由表，最优路径的选择需要依靠路由表。

路由器获得路由表的三种方法：1、直连 2、静态 3、动态。

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最佳路径的选择因素和顺序：

1. 目标匹配
2. 掩码（掩码越小，目标所在网络越精确）
3. pre（优先级，数字越小越优先）
4. cost（跳数，到达目标地址需要经过的路由器数量）
5. 负载均衡

静态路由（pre 为 60）

静态路由是指由管理员手动配置和维护的路由，主要是指在路由表中，需要人工配置和工信的路由地址。

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举例：PC1 需要和 PC2 建立通信，R1、R2、R3的路由表如何配置？

• R1 与 R2 之间可以互相通信，R2 和 R3 之间可以互相通信，但是 R1 和 R3 之间目前无法建立通信。PC1 发给 PC2 的数据包需要经过 R1 发出，此时数据包中的目标 IP 指向 PC2，但是 R1 并不知道 PC2 的 IP 在哪个网络号中？因为 R1 的路由表中只有 R2 的网络号。
• 所以需要给 R1 的路由表中增加 R3 的网络号，并且还需要给 R3 的路由表添加 R1 的网络号，这样 R3 才能响应 R1，此时 PC1 发出的信息才能到达 PC2，通过这种方式在路由表添加的路由被称为静态路由。

动态路由 RIP（pre 为 100）

动态路由协议分为两大类：

• 基于距离矢量算法的协议(RIP)；

• 基于链路状态算法的协议(OSPF)。

  
  
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  举例：RIP 如何实现 PC1 和 PC2 的通信？

RIP 学习路由的实现原理

1. R1 通过广播方式向 R2 发送数据包，R2 通过接收 R1 的数据包获得了：目标 1.0.0.0/24 的下一跳(NextHop)是 R1。
2. 同理 R2 向 R1、R3 广播，R1 获得了：目标 23.0.0.0/24 的下一跳(NextHop)是 R2，R3 获得了： 目标 12.0.0.0/24、1.0.0.0/24 的下一跳(NextHop)是 R2。
3. RIP 通过周期性(30s)更新路由。当 R3 向 R2 广播时， R2 的路由表增加了目标 30.0.0.0/24 的下一跳(NextHop)是 R3 的路由记录。当 R2 下一个次向 R1 广播时， R1 也获得了目标 30.0.0.0/24 的下一跳(NextHop)是 R2 的路由记录。

RIP 开销(cost) 计算的实现原理

RIP 使用跳数来衡量开销。在路由学习过程中，同时进行跳数的累加，跳数最大值为 15，超过15即为不可达。比如 R1 与 PC1 直连，所以 R1 前往 1.0.0.0 的跳数为 0，R2 在学习 R1 路由时，R2 前往 1.0.0.0 的跳数 +1，R3 在学习 R2 路由时，R3 前往 1.0.0.0 的跳数在 R2 的基础上再次 +1，此时 R3 前往 1.0.0.0 的开销(cost) 为 2。

RIP 运行过程

路由器运行 RIP 后，会发送路由更新请求，收到请求的路由器会发送自己的 RIP 路由进行响应。网络稳定后，路由器会周期性(30s)发送路由更新信息。所有的过程都是自动完成。从开始到稳定这段时间，别称为收敛时间。如果连续 180s R2 都没有向 R1 发送 RIP 数据包进行更新路由，那么通往 R2 的路由就在 R1 路由表中变为失效状态。

RIP 版本差异

RIP 分为两个版本：RIPv1 和 RIPv2。RIPv1 诞生时间比子网掩码早，所以不支持子网掩码。运行 RIPv1 版本会存在以下问题：R1 的目标地址是：1.0.0.0/24，R2 学习 R1 路由时就会变成: 目标 1.0.0.0 的下一跳(NextHop)是 R1，如果 R3 的目标地址是：1.0.1.0/24，R2 学习路由时变成了：目标 1.0.0.0 的下一跳(NextHop)是 R3，这种情况下就会产生路由冲突。RIPv2 支持子网掩码，不会出现这个问题。此外，RIPv1 不支持认证，RIPv2 支持明文认证和 MD5 加密认证。

RIP 环路解决方案

• 水平分割：路由器某个接口学习到的路由，不会再从该接口发回给邻居路由器。R2 从 R1 学习到的路由不会再广播发回 R1，但是可以发给 R3。水平分割是默认开启。
• 毒性反转：路由器的某个接口学到路由后，立即将这条路由的跳数设置为16(跳数最大为15，16即为不可达)，将设置为 16 的这条路由信息再原路转发给邻居路由器。R2 从 R1 学习到的路由，传递给 R3 时跳数正常累加，传递给 R1 时跳数变为 16。毒性逆转优先级高于水平分割，如果接口上同时开启水平分割和毒性反转，优先选择毒性反转。
• 触发更新：触发更新是指当路由信息发生变化时，立即向邻居设备发送触发更新报文。比如 R1 路由上面的 1.0.0.2/24 终端被撤掉后，R1 立即知会 R2。

RIP 协议采用的 UDP 协议通信，所以不需要应答，通过周期性保证接收端收到信息。

动态路由 OSPF+

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• RIP 基于路径矢量的路由协议存在一个问题：R1 只知道前往 30.0.0.0/24 应该发给 R2，并且会经过 2 跳，但是 R1 的视角中并不能感受到 R3 的存在，甚至 R1 无法确认 2 跳是否正确。而链路状态路由协议从本质上解决了这个问题。
• OSPF 是一种可靠的路由协议，要求在路由器之间传递链路状态通告之前，需要先建立 OSPF 邻居管理。路由器之间会发送一个 hello 报文用于发现直连链路上的其他 OSPF 路由器，再经过一系列的 OSPF 消息交互最终建立起全毗邻的邻居关系，OSPF 路由器的邻居信息显示在邻居表中。
• 每个路由器都会拥有一个 Router-ID(ID 可以手动配置，或者自动选择环回口最大的IP，或者自动选择物理口最大的IP)，并将自己的直连接口和邻居路由器保存在一个链路状态通告(LSA)中。然后 OSPF 采用链路状态数据库(LSDB)来存储当前路由器获得的所有 LSA。最后，基于 LSDB 通过 SPF(Dijksstra算法--拓扑图中最短路径优先算法)计算而得出 OSPF 路由表。Router-ID 发生更改后，需要重启 OSPF。

举例：R1 将自己的 LSA1 发给 R2，R2 不仅将自己的 LSA2 发给 R3，同时还会将自己接收到的 LSA1 发送给 R3。来回往复，R1 也会获得 LSA2 和 LSA3。最后，每个路由器不仅能感知到其它路由器的存在，而且知道谁和谁是邻居。

OSPF 报文类型

1. Hello 报文：建立和维护 OSPF 邻居关系，并保活。Hello 报文是一种组播报文，报文中最重要的信息是 Router-ID。组播的目标地址是：224.0.0.5。没有确认机制，周期性(10s)的向外发送，其目的：1、让邻居发现当前路由器 2、让邻居知道当前路由器在保持工作(保活机制)。如果连续 40s 没有收到邻居发来的 Hello 报文，就认为该邻居路由器不再工作。
2. DD 报文：链路状态数据库描述信息（描述 LSDB 中 LSA 头部信息）。DD 报文信息最重要的功能是传递当前路由器 LSDB 中 LSA 的版本信息，通过比对版本信息确认当前需要请求更新哪些 LSA。
3. LSR：链路状态请求。向 OSPF 邻居请求链路状态信息。
4. LSU：链路状态更新（包含一条或多条 LSA）。
5. LSAck：对 LSU 中的 LSA 进行确认。

举例：R1 路由器上当前有 LSA1、LSA2、LSA3，R2 路由器上面有 LSA2、LSA4。

1. 当 R1 和 R2 互相发送 DD 报文之后，R1 发现自身需要获取 R2 的 LSA4，R2 发现自身需要 R1 的 LSA1 和 LSA3。
2. R1 向 R2 发送 LSR 报文请求获取 LSA4，R2 向 R1 发送 LSR 报文请求获取 LSA1 和 LSA3。
3. R1 接收 R2 的 LSR 报文请求后，响应 LSU 报文（该报文携带 R2 所需的 LSA1 和 LSA3），R2 同理。
4. R2 收到 R1 发送 LSA 报文后，需要回复 LSAck 报文，表示接收成功。

DR 和 BDR

背景和目的

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• 在图中这样一个网络中，R1、R2、R3、R4 互为邻居，如果它们的网关来回往复两两建立 OSPF 邻居关系，这就意味着，网络中共有 n(n-1)/2 个 OSPF 邻居关系，维护如此多的邻居关系不仅仅额外消耗设备资源，更是增加了网络中 LSA 的泛洪数量。
• 可以通过指定一个路由器(DR)上的接口，比如指定 R1 为 DR，R1 接收其它所有路由器的 LSA，收集完整后再泛洪给其它路由器，从而减少来回往复所消耗的资源。BDR 是 DR 的备份，并在当前 DR 发生故障时接替其成为 DR。每个广播域中药指定一个 DR 和 一个 BDR。
• 所有的 OSPF 路由器的接口都会侦听发往 224.0.0.5 这个组播地址的报文，所有 DR/BDR 都会侦听发往 224.0.0.6 这个组播地址的报文。假设网络已经完成了 OSPF 收敛，现在突然 R3 下面的一个网络号与 R3 断开连接时：

1. 路由器 R3 发往 224.0.0.6 以此通知 DR 和 BDR；
2. DR 向 组播地址 224.0.0.5 发送更新以通知其它路由器；
3. 路由器收到包含变化后的 LSA 的 LSU 后，更新自己的 LSDB，或一段时间（SPF 延迟），对更新的链路状态数据执行 SPF 算法。必要时更新路由表。

DR 的制定规则

拥有最高 OSPF 接口优先级的路由器会被选为 DR，如果优先级相等（默认都为 1），具有最高的 OSPF Router-ID 的路由器会被选为 DR。接口优先级默认为 1，可以调整，取值范围为 0~255，数值越大约优先。

OSPF 区域划分

一个 OSPF 区域中可能包括着多个广播域。每个区域都会维护者一个 LSDB。在诸多区域中会选出一个骨干区域——Area0，其它的区域都必须和 Area0 相连。连接 Area0 和 其它区域的交换机被称为 ABR，ABR 上同时维护着 Area0 的 LSDB 和 相连区域的 LSDB。这样 area0 内的路由器就不用存储其它区域的 LSDB，其它区域也不用存储 area0 的 LSDB。

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