第五單元－內部路由

一、Routing

路由是使用routing protocol在routed protocol資料的源點和終點之間確定傳輸路徑的過程

路由器相互交換路由訊息以推斷到其他邏輯網路的路徑

路由協議的確定是網際網路絡設計中的一部分

路由資訊的來源：Neighbour/Peer、Announce、Accept、Originate

路由測度：通路長度、可信度、時延、頻寬、負載

路由演算法的基本要求：優化路徑選擇、開銷小、快速收斂、可擴充套件性好、易配置

靜態路由：路由表由管理員靜態地手工維護，動態路由：通過一個內部或外部路由協議來獲取和交換路由資訊 預設路由：作為最後手段的路由。0.0.0.0/0

單通路/多通路：對一個終點只確定一條路由的演算法稱為單通路演算法，否則稱為多通路演算法。

平坦型/層次型：平坦型演算法中所有路由器都處於平等地位、層次型演算法中區分域（domain）、區（area）、自治系統等概念

域內型/域間型：域內型演算法在一個路由域內進行路由選擇，域間型演算法在路由域之間進行網路可達性資訊交換和路由選擇

鏈路狀態/距離向量：鏈路狀態演算法又稱為最短路徑優先演算法，距離向量演算法又稱為 Bellman-Ford演算法

二、Routing Information Protocol（RIP）

RIP：距離向量協議(Bellman-Ford協議) 路由擴散方式：距離向量協議要求網內各個節點向自己所有的鄰接點廣播它對網內其它節點的可達性。最短路徑原則：各節點根據最短路徑原則（即跳數最少）選擇自己到網內其它節點的路由

收斂過程：在整個網路剛剛啟動時，各節點的路由表均為空，需要經過一段時間的廣播擴散，才能建立起各節點的路由表，這個過程稱為收斂過程。

路由不對稱性：由於各節點是自發進行廣播的，路由表的建立有一定的隨機性，取決於收到廣播的次序。

路由表的維護：若該路由資訊是來自這個鄰接點，距離變大，表明原來通路上的某個節點出了問題，需要繞道。若該路由資訊不是來自這個鄰接點，若收到的節點距離大於等於自己路由表中該點的原有距離，則路由表中有關該點的資訊不變。

當網路發生故障使某個鏈路中斷時，這個鏈路兩端所連線的兩個節點要將經由該鏈路的路由距離置為無窮大

RIP的定期路由廣播會在網路中產生同步效應，即在網路中產生週期性的流量高峰，因為大家的時鐘基本一致，廣播週期也相同。

慢收斂問題的解決：節點在向鄰接點廣播路由時，略去從該節點獲悉的路由、觸發更新、毒性逆轉、抑制機制

新問題：廣播雪崩

Open Shortest Path First：OSPF基於Dijkstra的最短路徑演算法

OSPF是一種基於鏈路狀態的路由協議，它要求各結點發送自己的鏈路狀態LSA）到同一層次區域（area）的所有其它結點。LSA中包括各結點的鄰接情況，所使用的測度值等，這樣區內各結點便可同步瞭解全區域的拓撲情況，並以此來計算到區內各結點的最短路徑。

使用IP報文承載OSPF協議路由資訊

層次式OSPF：由一組IP子網構成一個區域，所有區域通過（必須存在的)主幹網互聯，形成邏輯拓撲

區內路由器向ABR報告路由，ABR從/向主幹網廣播路由摘要，BR從/向AS通告路由摘要

虛擬連結：邏輯上要求所有區域必須與區域0直連，虛擬連結的兩個端點是區域邊界路由器

OSPF的路由型別：域內路由、域間路由、外部路由

鏈路狀態方法優點：收斂性、多測度、多通路、支援外部路由、支援分層結構

鏈路狀態資料庫：一個區域內的OSPF路由器共享同一個鏈路狀態資料庫

鏈路狀態主要有五種型別：路由器鏈路狀態、網路鏈路狀態、 IP網的摘要狀態、邊界路由器的摘要狀態和外部鏈路狀態

Advertising router是負責廣播某狀態記錄的路由器

鏈路狀態的報頭格式：鏈路狀態記錄的格式有四種，但它們具有相同的報頭格式

路由器鏈路記錄（RLA）描述所有從該路由器出發的鏈路狀態，在該路由器所屬的區域內廣播

網路鏈路狀態：網路鏈路記錄（NLA）在廣播網段內使用，描述本廣播鏈路中有哪些路由器，由指定路由器負責廣播。鏈路狀態識別符號為對應的 OSPF識別符號

摘要鏈路狀態：SLA在AS內使用。當ABR完成它所屬一個區域中的區域內路由計算之後，將本區域內的每一條OSPF路由封裝成Network Summary LSA 傳送給到本AS中所有其他區域的ABR。

外部鏈路狀態：AS外部鏈路記錄描述去往AS外某個終點網路的路由，鏈路狀態識別符號為那個外部網路的網路地址，而網路掩碼用於匯出實際的網路地址。

OSPF協議支援OSPF路由器之間的互動，它直接運行於IP協議之上，由Hello、交換(exchange)、和廣播(flooding)等三個規程組成。

Hello規程：發現新鏈路並檢查現有鏈路是否還在正常工作

交換規程：兩個路由器在建立了相鄰關係之後要交換彼此的鏈路狀態資料庫

檢查並更新資料庫、具體路由的交換

廣播規程：當鏈路狀態發生變化，負責該鏈路的路由器要將新的狀態廣播給其它路由器，同樣當收到鏈路狀態請求報文時，對應的路由器也要將這個鏈路的狀態記錄傳送給詢問者。

OSPF特徵總結：

基於真實度量的最短路徑路由，而不僅僅是跳數、允許跨相等路徑的路由，執行負載均衡、支援服務型別（TOS）路由、允許注入外部路由（來自其他自治系統的路由）、認證路線交換、快速收斂

現網存在的問題：基於目的地址的轉發機制，不能基於每個源端的需求、不能動態滿足源對特定應用的頻寬和延時需求、所有的信令是逐跳產生和傳遞的、在任一鏈路擁塞時，不能自動地調控流量路徑、要提供guaranteed bandwidth、不能分辨應用與網路流量行為的聯絡

解決方法：SDN + 段路由（一種替代LDP和RSVP協議實現標記分配的方法）

工作原理：通過Segment表示網路字首（每一個節點都會分配全域性唯一的節點段Nodal Segment，並通過IGP協議通告其他節點、鄰居段Adjacency Segment僅在本地有效，用於表示相鄰的特定SR節點、Nodal Segment與Global地址聯絡，Adjacency Segment可以任意，例如與Link-local地址聯絡。）

四、Ad Hoc Routing

MANET：移動Ad hoc網路/多跳無線網路（是一個多跳、臨時、無中心網路，不需要現有資訊基礎網路設施的支援，可以在任何時候、任何地點快速構建）網路中每個終端都帶有無線通訊收發裝置可以自由移動、地位相等、有限的無線傳輸頻寬，且存在單向的無線通道

MANET的關鍵問題：路由協議、服務質量、功率控制、安全問題、節點會移動、能量限制、資訊不齊

MANET路由的基本方法：根據決策時間、根據網路結構

移動自組網工作組給了四個MANET路由協議建議（Ad-hoc按需距離向量、動態源路由協議（DSR）、優化鏈路狀態路由（OLSR）、基於反向路徑轉發（TBRPF）協議）

OLSR：基於鏈路狀態演算法的逐跳Proactive (table-driven)路由協議、節點僅向處於其multipoint relay selector set的鄰接點通告狀態資訊，同時只通過multipoint relay節點在網路中傳送資料、定期進行路由更新

Multipoint Relays：網路中每個節點N都選擇一組鄰近節點MPR(N)作為其 multipoint relays, 用於轉發來自N的控制報文

節點M的multipoint relay selector set, MS(M), 包含M被選擇作為multipoint relay的節點

HELLO Messages：各個節點定期通過雙向鏈路向一跳鄰接點廣播HELLO報文（通告鄰接點）來確定MPR，通過接收HELLO廣播，節點可以建立其鄰接表NBR，並基於它來發現所有的兩跳鄰接點和確定（儘可能）最優的MPR，使用一個單調遞增的順序號來控制MPR的版本

隨後的HELLO報文向鄰接點通告該節點的 MPR

當發現一跳或兩跳鄰接點關係發生變化時要重新確定MPR

TC Messages：節點使用Topology Control (TC)報文來發送網路的拓撲資訊、節點只為其MS集合中的鄰接點產生TC報文、節點處理所有收到的TC報文，但只向其MS集合成員轉發TC報文

AODV：Ad hoc On-demand Distance Vector是基於廣播路由發現機制的逐跳Reactive路由協議，使用本地HELLO報文來確定本地的連通性，使用順序號來控制路由表的版本，每個節點維護兩個計數器

AODV Route Request：當節點需要向一個不存在路由的節點發送資料時，首先向其傳送路由請求(RREQ)報文、Sequence numbers、接收者使用(source_addr, broadcast_id)唯一標識一個路由請求、每個鄰接點收到RREQ後

AODV Route Reply： 節點僅向傳送所接受的RREQ的鄰接點單播RREP報文，沿途的中間節點根據快取的反向路由項向源點轉發RREP報文，同時丟棄收到的重複RREP，若RREP返回源點，則路由建立；否則快取的反向路由項將在超時後丟棄

AODV的路由維護：路由的變化可由下列現象檢測，故障點的上行節點要廣播一個路由差錯(RERR)報文，其中宿順序號遞增，源點(或原路徑中的其他節點)可通過傳送 RREQ報文來重建到宿點的路由

Hierarchical Algorithms：考慮網路的工作效率和能量消耗控制，MANET通過簇的定義來使網路結構層次化、每個簇均有一個簇頭節點起邊界路由器的作用、相關演算法（簇劃分演算法：簇的動態構造、簇頭標識演算法：選舉簇頭、簇間路由演算法）