之前我们也介绍了，作为我们现在广泛使用的Internet网络来说，采用的路由策略是层次化路由策略。 即将不同区域、组织的网络划分成一个个自治系统，在自治系统内部采用自定义的路由协议（算法）计算路由信息，而自治系统间的路由协议（算法）则依靠每个自治系统的网关路由器来实现。

在Internet网络中，自治系统（AS）的内部路由协议也被称为内部网路协议（IGP interior gateway protocols）。

最常见的AS内部路由协议：

• 路由信息协议：RIP（Router Information protocol）
• 开放最短路优先：OSPF（Open Shortest Path First）
• 内部网关路由协议：IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）(Cisco思科私有协议)

在本节中，我们首先介绍AS内部路由协议：RIP协议和OSPF协议。

RIP协议

RIP协议早于1982年随BSD-UNIX操作系统发布。

基于距离向量路由算法实现，来计算在自治系统（AS）内，到达某一个节点的最短路由。

RIP协议在使用距离向量路由算法时，有一些特殊的设置：

• 距离度量：跳步数（max = 15 hops），每条链路一个跳步。
• 每隔30s，邻居之间交换一次距离向量D_v。在距离向量路由算法中，每次节点间交换彼此距离向量时，称为一次通告。
• 每次通告时，最多25个目的子网（IP地址形式）

具体的可以看以下这个例子，图中大写的A、B、C、D就是路由器，小写的u、v、w等就表示一个个子网（实际网络中，这些子网的表示就应该是CIRD形式，网路地址/前缀长度）。

在上述示例网络中，路由器A应该具有上述信息：到达子网u，需要一个跳步；到达子网v，需要两个跳步（先从A->B, B->v，经过两个链路）；以此类推。

理论上来说，每次上述AS内部交换的距离向量信息，就是上述目的子网，跳步数组成的距离向量。

实际中的网路中路由器存储的转发信息可能如下所示：

上面的路由表中显示了路由器D的转发表，比如去往目的子网w经过的下一跳路由器是A，且需要的跳数为2。

假设，此时AS内进行了距离向量的交换（通告），此时路由器A的路由表为：

由于原先路由器D的转发表中，从路由器D到目的子网z需要经过的跳数是7，吸一跳路由器是B。而现在路由器A中的转发表到达目的子网z的跳数是4。那么在进行一次距离向量的交换后，路由器D会依据交换的距离向量信息重新计算到其他子网的跳数。此时从路由器D到目的子网z的最短跳数就是4+1=5，应该转发到路由器A，而不是原先的路由器B了。

更新后的路由器D的转发表如下所示：

事实上，上述抽象过程就是距离向量路由算法更新节点距离向量的计算过程，只不过在RIP协议中路由表多了下一跳信息。

RIP链路失效、恢复问题

在RIP协议中，判断链路失效的方法是：

当一个路由器如果在180s没有从另外的邻居收到新的通告，就可以推断跟对应的邻居/链路失效。

上面我们介绍过，RIP协议每30s邻居间发送一次通告，因此也就是如果有6个通告路由器都没收到，则推断与对应的邻居/链路失效。

如果路由器推断某一邻居或到邻居的链路不可用时，就需要重新计算路由，因为原先经过这个邻居的路径信息都不可用了。

重新计算可能会导致距离向量的改变，如果发生了改变，该路由器也需要将该距离向量通告给其他的邻居节点。邻居再依次向外发送通告（如果转发表改变），以此类推。

这里有个问题，就是链路失效信息能否快速传播到全网？

实际上，这个是不一定的，需要考虑网络特性以及协议机制，因为有可能产生无穷计数问题。

但是对RIP协议来说，这种问题应该来说被很大程度消减了，因为正如我们最初介绍的，RIP协议定义了最大有效跳步数15（无穷大距离=16 hops）。换句话说，即便出现无穷跳数问题，也可以在有限的次数内，得到正确的收敛。

同时，RIP协议也使用了毒性逆转技术用于预防乒乓（ping-pong）环路。

RIP路由表的处理

RIP路由表是利用一个称作route-d（daemon）的守护进程进行管理，是一个标准的应用层进程。作为一个应用进程，它的数据传输一定会用到传输层协议，具体来说，RIP协议就是利用UDP协议将通告报文封装成UDP数据报来周期性传输。

既然RIP协议是由应用进程实现的协议，为什么还把它叫做网络层的协议呢？需要注意的是，在网络中对一个层次的划分，无论是OSI参考模型、TCP/IP参考模型、还是五层参考模型也好，通常不是根据协议的具体实现形式来划分的，而是根据功能进行划分的。 换句话说，实现的功能是为了解决哪一层的功能，就属于对应层次的协议，而具体的实现形式可以是高层的应用进程实现，后者是底层的硬件实现都可以。

OSPF协议

OSPF协议我们之前提到过，名称叫做最短路径优先（Open Shortest Path First）。

OSPF协议的特点包括：

• “开放”：公众可用，即不是某一个公司或企业私有的协议。

• 采用链路状态路由算法（构造链路状态分组，借助Dijkstra算法求节点间最短路径）。

  • 链路(LS)状态分组扩散（通告）
  • 每个路由器构造完整的网络（AS）拓扑图
  • 利用Dijkstra算法计算路由

• OSPF通告中每个入口对应一个邻居。即有多少个邻居与其相连，就会有多少个入口，其中包含了邻居的ID、链路费用等信息。

• OSPF通告在整个AS范围内泛洪（通告发给邻居，邻居再发给邻居，以此类推）

  • OSPF报文直接封装在IP数据报中进行传输的（即没有借助于TCP/UDP传输层协议）。

• 与OSPF协议极其相似的一个路由协议：IS-IS路由协议

OSPF协议有时候会被认为是对RIP协议后续的一个改进协议，与RIP协议相比，OSPF的优点包括：

• 安全（Security）：所有OSPF报文可以被认证（预防恶意入侵）。

  • 比如一个恶意入侵在网络中构造一些虚假的链路状态分组，并在网络中进行扩展，如果不加以鉴别，被路由器维护在链路状态数据库中，就会使得路由器得到一个假的网络拓扑，进而得到错误的路由数据。

• 允许使用多条相同费用的路由（RIP只能选一条）

  如果到达某个目的网络具有多条相同费用的路径的话，OSPF协议不是在这些路径中任取其中一个，而是可以同时使用多条路径。这样做的优点就在于，有大量数据要传输到网络中时，可以把这些数据分散到多条路径上去，这样可以实现负载/流量的均衡。

• 对于每条链路，可以针对不同的TOS设置多个不同的费用度量

  e.g.，卫星链路可以针对“尽力”（best effort）TOS设置“低”费用；针对实时TOS设置“高”费用。

  实现不同类型数据分组的分流。

• 集成单播路由与多播路由：

  多播路由：把一个数据报路由到某一个多播组的所有成员，保证每个多播组成员都能收到这个数据报的副本。

  多播OSPF协议（MOSPF）与OSPF利用相同网络拓扑数据

• 最明显的优点：OSPF支持对大规模AS分层（hierarchical）

分层的OSPF

分层的OSPF示例如下所示：

OSPF可以在上图的AS中，再对层次进一步划分。划分成两级分层：

• 若干局部区（Area）
• 主干区（Backbone）

这样的划分思想与我们之前介绍过的层次路由的思想是非常一致的。

在OSPF协议中使用了这样进一步的层次划分后，就可以只在每个划分的AS区域内交换链路状态分组就可以了，从而更进一步的缩小了交换链路状态分组的范围。 使得在一个大的自治系统内部，链路状态分组的传播和扩散范围更小了，极大地提高了计算效率，节省了网络带宽。

由于只在AS区域内的路由器间交换链路状态分组，因此每个区域内的路由器只掌握所在区域的详细网络拓扑，也只在这个区域内按照链路状态算法计算路由信息。

同样的，在划分区域后，区域间的路由信息交换跟我们之前将分层路由原理是类似的，都需要借助于网关路由器，如下所示

区边界路由器从上图中可以看出，它既是某个区域的路由器，同时也是主干区的路由器。作为某个区域的路由器，它可以跟区域内的路由器交换链路状态分组，构造区域的网络拓扑，根据链路状态算法计算路由。

同时，它也是个主干去的路由器，因此也可以参与主干区的链路状态分组交换，得到主干区的网络结构拓扑和路由交换信息。

更重要的，作为区边界路由器，它需要负责汇总它所在区域网络内的路由转发信息，并通告给其他区边界路由器。从而让其他区域的区边界路由器知道如何到达该区域的路由信息。

主干路由器

在主干区域内的路由器称为主干路由器。在主干区域内既存在区边界路由器，也存在一般内部路由器。我们将一般内部路由器成为主干路由器。

主干路由器跟其他局部区域的内部路由器一样，只在主干区运行OSPF路由算法，扩散链路状态分组，按照Dijkstra计算路由等操作。

除此之外，也包含一个特殊的AS边界路由器（自治系统边界路由器）。这个AS边界路由器需要负责连接其他自治系统。

由于OSPF是自治系统内的协议，当在自治系统内部继续分层时，仍然是局限在一个自治系统内。而作为一个自治系统，终究要去其他自治系统相连，这里的区边界路由器就相当于网关路由器，连接其他自治系统。

事实上，在自治系统内可以有多个AS边界路由器，负责不同的与其他AS自治系统的路由交换和转发。

更详细的信息可以参考RFC 2328