路由器就是一台网络设备,它有多张网卡。当一个入口的网络包送到路由器时,它会根据一个本地的转发信息库,来决定如何正确地转发流量。这个转发信息库通常被称为路由表。
一张路由表中会有多条路由规则。每一条规则至少包含这三项信息。
- 目的网络:这个包想去哪儿?
- 出口设备:将包从哪个口扔出去?
- 下一跳网关:下一个路由器的地址。
网关上的路由策略就是按照这三项配置信息进行配置的。这种配置方式的一个核心思想是:根据目的 IP 地址来配置路由。
1、距离矢量路由算法:它是基于 Bellman-Ford 算法的。
这种算法的基本思路是,每个路由器都保存一个路由表,包含多行,每行对应网络中的一个路由器,每一行包含两部分信息,一个是要到目标路由器,从那条线出去,另一个是到目标路由器的距离。
由此可以看出,每个路由器都是知道全局信息的。那这个信息如何更新呢?每个路由器都知道自己和邻居之间的距离,每过几秒,每个路由器都将自己所知的到达所有的路由器的距离告知邻居,每个路由器也能从邻居那里得到相似的信息。
每个路由器根据新收集的信息,计算和其他路由器的距离,比如自己的一个邻居距离目标路由器的距离是 M,而自己距离邻居是 x,则自己距离目标路由器是 x+M。
第一个问题就是好消息传得快,坏消息传得慢。这种算法的第二个问题是,每次发送的时候,要发送整个全局路由表。
2、链路状态路由算法:基于 Dijkstra 算法。
这种算法的基本思路是:当一个路由器启动的时候,首先是发现邻居,向邻居 say hello,邻居都回复。然后计算和邻居的距离,发送一个 echo,要求马上返回,除以二就是距离。然后将自己和邻居之间的链路状态包广播出去,发送到整个网络的每个路由器。这样每个路由器都能够收到它和邻居之间的关系的信息。因而,每个路由器都能在自己本地构建一个完整的图,然后针对这个图使用 Dijkstra 算法,找到两点之间的最短路径。
不像距离距离矢量路由协议那样,更新时发送整个路由表。链路状态路由协议只广播更新的或改变的网络拓扑,这使得更新信息更小,节省了带宽和 CPU 利用率。而且一旦一个路由器挂了,它的邻居都会广播这个消息,可以使得坏消息迅速收敛。
OSPF(Open Shortest Path First,开放式最短路径优先)就是这样一个基于链路状态路由协议,广泛应用在数据中心中的协议。由于主要用在数据中心内部,用于路由决策,因而称为内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称 IGP)。
内部网关协议的重点就是找到最短的路径。在一个组织内部,路径最短往往最优。当然有时候 OSPF 可以发现多个最短的路径,可以在这多个路径中进行负载均衡,这常常被称为等价路由。
外网路由协议(Border Gateway Protocol,简称 BGP)。在网络世界,这一个个国家成为自治系统 AS(Autonomous System)。自治系统分几种类型。
- Stub AS:对外只有一个连接。这类 AS 不会传输其他 AS 的包。例如,个人或者小公司的网络。
- Multihomed AS:可能有多个连接连到其他的 AS,但是大多拒绝帮其他的 AS 传输包。例如一些大公司的网络。
- Transit AS:有多个连接连到其他的 AS,并且可以帮助其他的 AS 传输包。例如主干网。
BGP 协议使用的算法是路径矢量路由协议(path-vector protocol)。它是距离矢量路由协议的升级版。