【重识云原生】第四章云网络4.3.1节——路由技术简述

1 路由技术简介

        路由技术主要是指路由选择算法、因特网的路由选择协议的特点及分类。其中，路由选择算法可以分为静态路由选择算法和动态路由选择算法。因特网的路由选择协议的特点是：属于自适应的选择协议（即动态的），是分布式路由选择协议；采用分层次的路由选择协议，即分自治系统内部和自治系统外部路由选择协议。因特网的路由选择协议划分为两大类：内部网关协议（IGP,具体的协议有RIP和OSPF等）和外部网关协议（EGP,使用最多的是BGP）。而设备互连主要采用的就是路由器。

        路由器（Router）是在网络层实现网络互连，可实现网络层、链路层和物理层协议转换。也就是说，路由器是一种利用协议转换技术将异种网进行互联的设备。

1.1 路由器转发数据包过程

1. 拆除数据包二层帧头，查看三层报头中的目的IP地址。
2. 将目的IP地址和本地路由条目进行与运算，得出结果。
3. 如果一致则按相应的接口转发，否则丢弃。

1.2 路由器基本结构和工作原理

        路由器实质上是一种将网络进行互联的专用计算机，路由器在TCP/IP中又称为IP网关。本文将以TCP/IP技术为例介绍路由器。

        路由器软件结构是以TCP/IP协议栈为核心，其结构如下：

        路由器的协议转换发生在IP层，路由器试图互联局域网和Internet。其中，局域网是以太网，运行IEEE802.2 和IEEE802.3。

        路由器和接入服务器之间为专线，而链路层协议为PPP（Point to Point Protocol，点对点协议）。以太网上的主机以及Internet上的接入服务器的网络层协议都是IP。主机将IP包封装在以太网帧中发向路由器；路由器的以太网口收到主机发来的以太网帧后处理帧头并上交路由器的IP层；IP查看报文头后将IP包交给广域网口的PPP；PPP将IP包封装在PPP帧中并通过专线发往接入服务器。上述互联原理具有普遍性：某种网络设备要在第n层上互联异种网N1和N2，那么N1和N2在第n层及以上的协议（若有）必须相同。这实际上也是N1和N2能够互连的充要条件。

        在这个过程中，主机依靠寻址和路由机制把要去Internet的报文交给正确的路由器，路由器将主机报文发给接入服务器。

1.2 路由器的用途

1、局域网之间的互连

        利用路由器也可以互连不同类型的局域网。

2、局域网与广域网（WAN）之间的互连

        局域网与WAN互连时，使用较多的互连设备是路由器。路由器能完成局域网与WAN低三层协议的转换。路由器的档次很多，其端口数从几个到几十个不等，所支持的通信协议也可多可少。

        其实，局域网与广域网之间的互连主要为了实现是通过广域网对两个异地局域网进行互连。用于连接局域网的广域网可以是分组交换网、帧中继网或ATM网等。

3、WAN与WAN之间的互连

        利用路由器互连WAN，要求两个WAN只是低三层协议不同。

1.3 路由器的功能

1、选择最佳传输路由

        路由器涉及OSI-RM的低三层，当分组到达路由器，先在组合队列中排队，路由器依次从队列中取出分组，查看扥组中的目的地址，然后再查路由表。

        一般到达目的站点前可能有多条路由，路由器应按照某种路由选择策略，从中选出一条最佳路由，将分组转发出去。

        当网络拓扑发生变化时，路由器还可自动调整路由表，并使所选择的路由仍然是最佳的。这一功能还可以很好地均衡网络中的信息流量，避免出现网络拥挤现象。

2、实现IP、ICMP、TCP、UDP等互联网协议

        作为IP网的核心设备，路由器应该可以实现IP、ICMP、TCP、UDP等互联网协议。

3、流量控制和差错指示

        在路由器中具有较大容量的缓冲区，能控制收发双方间的数据流量，使两者更加匹配。而且当分组出现差错时，路由器能够辨认差错并发送ICMP差错报文报告必要的差错信息。

4、分段和重新组装功能

        由路由器所连接的多个网络，它们所采取的分组大小可能不同，需要分段和重组。

5、提供网络管理和系统支持机制

        包括存储/上载配置、诊断、升级、状态报告、异常情况报告及控制。

1.4 路由协议分类

• 内部网关协议IGP：RIP、EIGRP、OSPF、IS-IS
• 外部网关协议EGP：BGP
• 距离矢量路由协议DV：RIP、EIGRP
• 链路状态路由协议LS：OSPF、IS-IS

        区别：链路状态的路由更新包没有路有条目，距离矢量路由协议的路由更新包有路有条目。

2 路由相关基础概念

2.1 AS（Autonomous System，自治系统/路由选择域）

        AS（Autonomous System，自治系统/路由选择域），是指由同一技术机构管理，使用同一选路策略的一些路由器的集合。一般来说，一个公司、一个企业、一所大学就可以说是一个自治系统。

        AS内部使用IGP来计算和发现路由，同一个AS内部的路由器之间是相互信任的，因此IGP的路由计算和信息泛洪完全处于开放状态，人工干预很少。

        不同的AS之间，使用EGP来进行通信。BGP作为EGP中的一种协议，用于在AS之间进行路由控制和优先。

ASN：自治系统号

        一个自治系统将会分配一个全局的唯一的16位号码，有时我们把这个号码叫做自治系统号（ASN）。

        自治系统号由IANA分配，范围为：1-65535，最开始大小为2B（0~65535），后来由于不够用，长度升级到了4B（45536~4294967295）。

        自治系统号分为（可类比共有IP地址、私有IP地址）：

• 公有ASN：1~64511
• 私有ASN：64512~65535

3 参考链接

路由技术_olivia12344321的博客-CSDN博客_路由技术

路由技术随心谈_小菜鸟鸟儿的技术博客_51CTO博客

路由器技术简介 - 知乎

路由技术基础知识详解讲解 - 百度文库

常见路由协议总览以及路由协议分类方式_Skye_Zheng的博客-CSDN博客_路由协议有哪些