俗話說得好，在家千日好，出門一日難。網(wǎng)絡(luò)包一旦出了網(wǎng)關(guān)，就像玄奘西行一樣踏上了江湖漂泊的路。今天來給大家普及一下路由協(xié)議。
出了網(wǎng)關(guān)之后，只有一條路可以走。但是，網(wǎng)絡(luò)世界復(fù)雜得多，一旦出了網(wǎng)關(guān)，會面臨著很多路由器，有很多條道路可以選。如何選擇一個(gè)更快速的道路求取真經(jīng)呢？這里面還有很多門道可以講。
如何配置路由？
路由器就是一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它有多張網(wǎng)卡。當(dāng)一個(gè)入口的網(wǎng)絡(luò)包送到路由器時(shí)，它會根據(jù)一個(gè)本地的轉(zhuǎn)發(fā)信息庫，來決定如何正確地轉(zhuǎn)發(fā)流量。這個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)信息庫通常被稱為 路由表。
一張路由表中會有多條路由規(guī)則。每一條規(guī)則至少包含這三項(xiàng)信息。
目的網(wǎng)絡(luò)：這個(gè)包想去哪兒？
出口設(shè)備：將包從哪個(gè)口扔出去？
下一跳網(wǎng)關(guān)：下一個(gè)路由器的地址。
通過 route命令和 ip route命令都可以進(jìn)行查詢或者配置。
例如，我們設(shè)置 ip route add 10.176.48.0/20 via 10.173.32.1 dev eth0，就說明要去 10.176.48.0/20這個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，要從 eth0端口出去，經(jīng)過 10.173.32.1。
上一節(jié)的例子中，網(wǎng)關(guān)上的路由策略就是按照這三項(xiàng)配置信息進(jìn)行配置的。這種配置方式的一個(gè)核心思想是：根據(jù)目的 IP地址來配置路由。
如何配置策略路由？
當(dāng)然，在真實(shí)的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，除了可以根據(jù)目的 ip地址配置路由外，還可以根據(jù)多個(gè)參數(shù)來配置路由，這就稱為 策略路由。
可以配置多個(gè)路由表，可以根據(jù)源 IP地址、入口設(shè)備、TOS等選擇路由表，然后在路由表中查找路由。這樣可以使得來自不同來源的包走不同的路由。
例如，我們設(shè)置：
ip rule add from 192.168.1.0/24 table 10 ip rule add from 192.168.2.0/24 table 20表示從 192.168.1.10/24這個(gè)網(wǎng)段來的，使用 table 10中的路由表，而從 192.168.2.0/24網(wǎng)段來的，使用 table20的路由表。
在一條路由規(guī)則中，也可以走多條路徑。例如，在下面的路由規(guī)則中：
ip route add default scope global nexthop via 100.100.100.1 weight 1 nexthop via 200.200.200.1 weight 2下一跳有兩個(gè)地方，分別是 100.100.100.1和 200.200.200.1，權(quán)重分別為 1比 2。
在什么情況下會用到如此復(fù)雜的配置呢？我來舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子。
我是房東，家里從運(yùn)營商那兒拉了兩根網(wǎng)線。這兩根網(wǎng)線分別屬于兩個(gè)運(yùn)行商。一個(gè)帶寬大一些，一個(gè)帶寬小一些。這個(gè)時(shí)候，我就不能買普通的家用路由器了，得買個(gè)高級點(diǎn)的，可以接兩個(gè)外網(wǎng)的。
家里的網(wǎng)絡(luò)呢，就是普通的家用網(wǎng)段 192.168.1.x/24。家里有兩個(gè)租戶，分別把線連到路由器上。IP地址為 192.168.1.101/24和 192.168.1.102/24，網(wǎng)關(guān)都是 192.168.1.1/24，網(wǎng)關(guān)在路由器上。
就像上一節(jié)說的一樣，家里的網(wǎng)段是私有網(wǎng)段，出去的包需要 NAT成公網(wǎng)的 IP地址，因而路由器是一個(gè) NAT路由器。
兩個(gè)運(yùn)營商都要為這個(gè)網(wǎng)關(guān)配置一個(gè)公網(wǎng)的 IP地址。如果你去查看你們家路由器里的網(wǎng)段，基本就是我圖中畫的樣子。
運(yùn)行商里面也有一個(gè) IP地址，在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)里面的網(wǎng)關(guān)。不同的運(yùn)營商方法不一樣，有的是 /32的，也即一個(gè)一對一連接。
例如，運(yùn)營商 1給路由器分配的地址是 183.134.189.34/32，而運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)里面的網(wǎng)關(guān)是 183.134.188.1/32。有的是 /30的，也就是分了一個(gè)特別小的網(wǎng)段。運(yùn)營商 2給路由器分配的地址是 60.190.27.190/30，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)里面的網(wǎng)關(guān)是 60.190.27.189/30。
根據(jù)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，可以將路由配置成這樣：
$ ip route list table main 60.190.27.189/30 dev eth3 proto kernel scope link src 60.190.27.190 183.134.188.1 dev eth2 proto kernel scope link src 183.134.189.34 192.168.1.0/24 dev eth1 proto kernel scope link src 192.168.1.1 127.0.0.0/8 dev lo scope link default via 183.134.188.1 dev eth2當(dāng)路由這樣配置的時(shí)候，就告訴這個(gè)路由器如下的規(guī)則：
如果去運(yùn)營商二，就走 eth3；
如果去運(yùn)營商一呢，就走 eth2；
如果訪問內(nèi)網(wǎng)，就走 eth1；
如果所有的規(guī)則都匹配不上，默認(rèn)走運(yùn)營商一，也即走快的網(wǎng)絡(luò)。
但是問題來了，租戶 A不想多付錢，他說我就上上網(wǎng)頁，從不看電影，憑什么收我同樣貴的網(wǎng)費(fèi)?。繘]關(guān)系，咱有技術(shù)可以解決。
下面我添加一個(gè) Table，名字叫 chao。
# echo 200 chao >> /etc/iproute2/rt_tables添加一條規(guī)則：
# ip rule add from 192.168.1.101 table chao # ip rule ls 0: from all lookup local 32765: from 10.0.0.10 lookup chao 32766: from all lookup main 32767: from all lookup default設(shè)定規(guī)則為：從 192.168.1.101來的包都查看個(gè) chao這個(gè)新的路由表。
在 chao路由表中添加規(guī)則：
# ip route add default via 60.190.27.189 dev eth3 table chao # ip route flush cache默認(rèn)的路由走慢的，誰讓你不付錢。
上面說的都是靜態(tài)的路由，一般來說網(wǎng)絡(luò)環(huán)境簡單的時(shí)候，在自己的可控范圍之內(nèi)，自己搗鼓還是可以的。但是有時(shí)候網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜并且多變，如果總是用靜態(tài)路由，一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，讓網(wǎng)絡(luò)管理員手工修改路由太復(fù)雜了，因而需要?jiǎng)討B(tài)路由算法。
動(dòng)態(tài)路由算法
使用動(dòng)態(tài)路由路由器，可以根據(jù)路由協(xié)議算法生成動(dòng)態(tài)路由表，隨網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的變化而變化。那路由算法是什么樣的呢？
我們可以想象唐僧西天取經(jīng)，需要解決兩大問題，一個(gè)是在每個(gè)國家如何找到正確的路，去換通關(guān)文牒、吃飯、休息；一個(gè)是在國家之間，野外行走的時(shí)候，如何找到正確的路、水源的問題。
無論是一個(gè)國家內(nèi)部，還是國家之間，我們都可以將復(fù)雜的路徑，抽象為一種叫作圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。至于唐僧西行取經(jīng)，肯定想走得路越少越好，道路越短越好，因而這就轉(zhuǎn)化成為如何在途中找到最短路徑的問題。
咱們在大學(xué)里面學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，知道求最短路徑常用的有兩種方法，一種是 Bellman-Ford算法，一種是 Dijkstra算法。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中基本也是用這兩種方法計(jì)算的。
距離矢量路由算法
第一大類的算法稱為距離矢量路由（distance vector routing）。它是基于 Bellman-Ford算法的。
這種算法的基本思路是，每個(gè)路由器都保存一個(gè)路由表，包含多行，每行對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)路由器，每一行包含兩部分信息，一個(gè)是要到目標(biāo)路由器，從那條線出去，另一個(gè)是到目標(biāo)路由器的距離。
由此可以看出，每個(gè)路由器都是知道全局信息的。那這個(gè)信息如何更新呢？每個(gè)路由器都知道自己和鄰居之間的距離，每過幾秒，每個(gè)路由器都將自己所知的到達(dá)所有的路由器的距離告知鄰居，每個(gè)路由器也能從鄰居那里得到相似的信息。
每個(gè)路由器根據(jù)新收集的信息，計(jì)算和其他路由器的距離，比如自己的一個(gè)鄰居距離目標(biāo)路由器的距離是 M，而自己距離鄰居是 x，則自己距離目標(biāo)路由器是 x+M。
這個(gè)算法比較簡單，但是還是有問題。
第一個(gè)問題就是好消息傳得快，壞消息傳得慢。如果有個(gè)路由器加入了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它的鄰居就能很快發(fā)現(xiàn)它，然后將消息廣播出去。要不了多久，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就都知道了。但是一旦一個(gè)路由器掛了，掛的消息是沒有廣播的。當(dāng)每個(gè)路由器發(fā)現(xiàn)原來的道路到不了這個(gè)路由器的時(shí)候，感覺不到它已經(jīng)掛了，而是試圖通過其他的路徑訪問，直到試過了所有的路徑，才發(fā)現(xiàn)這個(gè)路由器是真的掛了。
我再舉個(gè)例子。
原來的網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，B和 C。A加入了網(wǎng)絡(luò)，它的鄰居 B很快就發(fā)現(xiàn) A啟動(dòng)起來了。于是它將自己和 A的距離設(shè)為 1，同樣 C也發(fā)現(xiàn) A起來了，將自己和 A的距離設(shè)置為 2。但是如果 A掛掉，情況就不妙了。B本來和 A是鄰居，發(fā)現(xiàn)連不上 A了，但是 C還是能夠連上，只不過距離遠(yuǎn)了點(diǎn)，是 2，于是將自己的距離設(shè)置為 3。殊不知 C的距離 2其實(shí)是基于原來自己的距離為 1計(jì)算出來的。C發(fā)現(xiàn)自己也連不上 A，并且發(fā)現(xiàn) B設(shè)置為 3，于是自己改成距離 4。依次類推，數(shù)越來越大，直到超過一個(gè)閾值，我們才能判定 A真的掛了。
這個(gè)道理有點(diǎn)像有人走丟了。當(dāng)你突然發(fā)現(xiàn)找不到這個(gè)人了。于是你去學(xué)校問，是不是在他姨家呀？找到他姨家，他姨說，是不是在他舅舅家呀？他舅舅說，是不是在他姥姥家呀？他姥姥說，是不是在學(xué)校呀？總歸要問一圈，或者是超過一定的時(shí)間，大家才會認(rèn)為這個(gè)人的確走丟了。如果這個(gè)人其實(shí)只是去見了一個(gè)誰都不認(rèn)識的網(wǎng)友去了，當(dāng)這個(gè)人回來的時(shí)候，只要他隨便見到其中的一個(gè)親戚，這個(gè)親戚就會拉著他到他的家長那里，說你趕緊回家，你媽都找你一天了。
這種算法的第二個(gè)問題是，每次發(fā)送的時(shí)候，要發(fā)送整個(gè)全局路由表。網(wǎng)絡(luò)大了，誰也受不了，所以最早的路由協(xié)議 RIP就是這個(gè)算法。它適用于小型網(wǎng)絡(luò)（小于 15跳）。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模都小的時(shí)候，沒有問題?，F(xiàn)在一個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部路由器數(shù)目就很多，因而不適用了。
所以上面的兩個(gè)問題，限制了距離矢量路由的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。
鏈路狀態(tài)路由算法
第二大類算法是鏈路狀態(tài)路由（link state routing），基于 Dijkstra算法。
這種算法的基本思路是：當(dāng)一個(gè)路由器啟動(dòng)的時(shí)候，首先是發(fā)現(xiàn)鄰居，向鄰居 say hello，鄰居都回復(fù)。然后計(jì)算和鄰居的距離，發(fā)送一個(gè) echo，要求馬上返回，除以二就是距離。然后將自己和鄰居之間的鏈路狀態(tài)包廣播出去，發(fā)送到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)路由器。這樣每個(gè)路由器都能夠收到它和鄰居之間的關(guān)系的信息。因而，每個(gè)路由器都能在自己本地構(gòu)建一個(gè)完整的圖，然后針對這個(gè)圖使用 Dijkstra算法，找到兩點(diǎn)之間的最短路徑。
不像距離距離矢量路由協(xié)議那樣，更新時(shí)發(fā)送整個(gè)路由表。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只廣播更新的或改變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，這使得更新信息更小，節(jié)省了帶寬和 CPU利用率。而且一旦一個(gè)路由器掛了，它的鄰居都會廣播這個(gè)消息，可以使得壞消息迅速收斂。
動(dòng)態(tài)路由協(xié)議
基于鏈路狀態(tài)路由算法的 OSPF
OSPF（Open Shortest Path First，開放式最短路徑優(yōu)先）就是這樣一個(gè)基于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心中的協(xié)議。由于主要用在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，用于路由決策，因而稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，簡稱 IGP）。
內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的重點(diǎn)就是找到最短的路徑。在一個(gè)組織內(nèi)部，路徑最短往往最優(yōu)。當(dāng)然有時(shí)候 OSPF可以發(fā)現(xiàn)多個(gè)最短的路徑，可以在這多個(gè)路徑中進(jìn)行負(fù)載均衡，這常常被稱為等價(jià)路由。
這一點(diǎn)非常重要。有了等價(jià)路由，到一個(gè)地方去可以有相同的兩個(gè)路線，可以分?jǐn)偭髁?，還可以當(dāng)一條路不通的時(shí)候，走另外一條路。這個(gè)在后面我們講數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，一般應(yīng)用的接入層會有負(fù)載均衡 LVS。它可以和 OSPF一起，實(shí)現(xiàn)高吞吐量的接入層設(shè)計(jì)。
有了內(nèi)網(wǎng)的路由協(xié)議，在一個(gè)國家內(nèi)，唐僧可以想怎么走怎么走了，兩條路選一條也行。
基于距離矢量路由算法的 BGP
但是外網(wǎng)的路由協(xié)議，也即國家之間的，又有所不同。我們稱為外網(wǎng)路由協(xié)議（Border Gateway Protocol，簡稱BGP）。
在一個(gè)國家內(nèi)部，有路當(dāng)然選近的走。但是國家之間，不光遠(yuǎn)近的問題，還有政策的問題。例如，唐僧去西天取經(jīng)，有的路近。但是路過的國家看不慣僧人，見了僧人就抓。例如滅法國，連光頭都要抓。這樣的情況即便路近，也最好繞遠(yuǎn)點(diǎn)走。
對于網(wǎng)絡(luò)包同樣，每個(gè)數(shù)據(jù)中心都設(shè)置自己的 Policy。例如，哪些外部的 IP可以讓內(nèi)部知曉，哪些內(nèi)部的 IP可以讓外部知曉，哪些可以通過，哪些不能通過。這就好比，雖然從我家里到目的地最近，但是不能誰都能從我家走??！
在網(wǎng)絡(luò)世界，這一個(gè)個(gè)國家成為自治系統(tǒng) AS（Autonomous System）。自治系統(tǒng)分幾種類型。
Stub AS：對外只有一個(gè)連接。這類 AS不會傳輸其他 AS的包。例如，個(gè)人或者小公司的網(wǎng)絡(luò)。
Multihomed AS：可能有多個(gè)連接連到其他的 AS，但是大多拒絕幫其他的 AS傳輸包。例如一些大公司的網(wǎng)絡(luò)。
Transit AS：有多個(gè)連接連到其他的 AS，并且可以幫助其他的 AS傳輸包。例如主干網(wǎng)。
每個(gè)自治系統(tǒng)都有邊界路由器，通過它和外面的世界建立聯(lián)系。
BGP又分為兩類，eBGP和 iBGP。自治系統(tǒng)間，邊界路由器之間使用 eBGP廣播路由。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也需要訪問其他的自治系統(tǒng)。邊界路由器如何將 BGP學(xué)習(xí)到的路由導(dǎo)入到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)呢？就是通過運(yùn)行 iBGP，使得內(nèi)部的路由器能夠找到到達(dá)外網(wǎng)目的地的最好的邊界路由器。
BGP協(xié)議使用的算法是路徑矢量路由協(xié)議（path-vector protocol）。它是距離矢量路由協(xié)議的升級版。
前面說了距離矢量路由協(xié)議的缺點(diǎn)。其中一個(gè)是收斂慢。在 BGP里面，除了下一跳 hop之外，還包括了自治系統(tǒng) AS的路徑，從而可以避免壞消息傳的慢的問題，也即上面所描述的，B知道 C原來能夠到達(dá) A，是因?yàn)橥ㄟ^自己，一旦自己都到達(dá)不了 A了，就不用假設(shè) C還能到達(dá) A了。
另外，在路徑中將一個(gè)自治系統(tǒng)看成一個(gè)整體，不區(qū)分自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由器，這樣自治系統(tǒng)的數(shù)目是非常有限的。就像大家都能記住出去玩，從中國出發(fā)先到韓國然后到日本，只要不計(jì)算細(xì)到具體哪一站，就算是發(fā)送全局信息，也是沒有問題的。
小 結(jié)
好了，這一節(jié)就到這里了，我來做個(gè)總結(jié)：
路由分靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由，靜態(tài)路由可以配置復(fù)雜的策略路由，控制轉(zhuǎn)發(fā)策略；
動(dòng)態(tài)路由主流算法兩種，距離矢量算法和鏈路狀態(tài)算法?；趦煞N算法產(chǎn)生兩種協(xié)議，BGP協(xié)議和 OSPF協(xié)議。
最后，再給你留兩個(gè)思考題：
路由協(xié)議要在路由器之間交換信息，這些信息的交換還需要走路由嗎？不是死鎖了嗎？
路由器之間信息的交換使用什么協(xié)議呢？報(bào)文格式是什么樣呢？
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