『计算机网络』计算机网络实验——路由协议分析

针对套件二的计网实验最难点在于OSPF和BGP协议的理解，简要记录如下。

自治系统

内部：RIP, OSPF

外部：BGP

OSPF

Peer关系

  • 邻居状态机：

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  • 建立邻接关系的过程（注意状态转移都是双方都有的）：

    1. Hello报文确定邻居。状态： down - init - 2-way

    2. 比较routerid，确定主从关系 状态：Exstart

    3. 开始交换LSA摘要信息DBD，主方每次seq+1，从方每次传上一个从主方获得seq，以此来确保双方信息交换的正确性与顺序性。状态：Exchange

    4. 交换完毕后，检查新信息是否与自己已有信息冲突，若不冲突则直接Full，冲突则Loading，发送LSR报文请求，对方发送LSU回复，收到回复后发送LSAck收到。双方都无冲突后，变为Full状态，如此建立起邻接关系。

链路状态LSA

  • 第一类LSA和第二类LSA适用于同一Area下：

    • 四种不同类型的网络：末端网络，PPP，点到多点网络（使用第一类LSA），全连接网络（使用第二类LSA）
      • 路由器和交换机连接：Net网段
      • 路由器和路由器连接：StubNet末端网段
    • 解决全连接网络的N方连接问题：第二类LSA与DR推举
      • OSPF从该网络中选举一台路由器作为DR，负责传递信息，所有路由器都只将路由信息发送给DR，再由DR将信息发送给本网段其他路由器。BDR是备选DR，也与所有路由器建立邻接关系并交换路由信息，在DR失效后立刻成为DR，然后其他路由器重新选举BDR。其余所有路由器DROther不建立邻接关系，仅周期性发送Hello将邻居状态机保持在2-way。
      • DR是某个网段的概念，是针对路由器接口而言的。因此在描述全连接网络（以太网）时，仅使用一个一类LSA描述DR，和一个二类LSA描述DR手下的全部信息即可。

  • 后三类LSA适用于不同Area下：

    • 多个Area包含的路由器称作ABR路由器，但路由器的每一个接口都必须唯一确定属于一个Area。
    • 第三类LSA：ABR收到内部的一二类LSA时，会据此生成三类LSA，传播到相邻的Area。区域间的路由信息是通过ABR进行交互的，ABR将区域内已计算出的路由封装成第三类LSA发送到另一个区域。
    • 第四类LSA：第五类LSA（通告外部路由的LSA）不能直接通过ABR传播到其它区域，因此ABR会产生第四类LSA来通告ASBR的存在。
    • 第五类LSA：由ASBR生成的，用于通告外部路由（External Routes）。当ASBR引入非OSPF协议的路由信息时，它会生成第五类LSA，并将这些信息传播到整个自治系统（AS）内。

路由器类型

  • 区域内路由器IAR：只生成一二类LSA，只保存一个LSDB。

  • 区域边界路由器ABR: 该路由器同时属于至少两个区域，必须有一个是骨干区域Area0

  • 骨干路由器BBR：至少有一个接口属于Area0(可以是虚拟连接？)，因此包含Area0的所有IAR和接口在Area0的ABR。该路由器为每一个所属的区域都生成第一类和第二类LSA,为每一个所属的区域保存一个LSDB,并根据需要生成Network Summary LSA(Type=3)和ASBR Summary LSA(Type=4)。

  • 自治系统边界路由器ASBR：该路由器引入其他路由协议(静态路由和接口直连路由)，并不一定在拓扑结构中位于自治系统边界，可能是区域内路由器，也可能是ABR，只要引入了外部信息就是ASBR，生成第五类LSA。

为解决第三类LSA自环问题，所有Area都要和骨干网络相连，无法物理相连就使用虚连接。

OSPF路由算法

在区域内部使用最短路径树（迪杰斯特拉）算法。在一个区域内，各台路由器最后的LSDB都是相同的，将其转换成一张带权的有向图。图相同，但是每台路由器对应的根节点不同，将某台路由器作为根节点计算到各路由器的最短距离。

  1. 初始化，pred数组(根忽略，其余无)，vis数组(根为1，其余为0)，dis数组(根为0，其余为无穷)

  2. 每次选最小路径迭代…

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BGP协议

用于自治系统间，基于TCP，只传递路由信息，而不计算路由，不暴露AS内部的网络拓扑。这个协议更复杂，无需彻底弄清。

BGP对等体

  • 概念：两个建立BGP会话的路由器互为BGP对等体，BGP对等体之间可以交换路由表。根据AS是否同，分为EBGP（不同）和IBGP（同）。

  • 建立对等体：TCP三次握手后，相互发送OPEN报文，参数协商（自身AS号，自身router id）。后续通过keep-alive判断连接是否无问题，使用UPDATE报文通告路由。

虽然BGP是运行于自治系统之间的路由协议，但要实现路由信息的全网传递就需要在同一个AS的边界路由器之间建立IBGP连接。

BGP路由表，状态转移

  • BGP状态转移图：

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  • BGP路由表生成：

    • network方式：使用network命令可以将当前设备路由表中的路由（非BGP）发布到BGP路由表中并通告给邻居，和OSPF中使用network命令的方式大同小异，只不过在BGP宣告时，只需要宣告网段+掩码数即可，如：network 12.12.0.0 16。

    • Import方式：使用Import命令可以将该路由器学到的路由信息重分发到BGP路由表中，是BGP宣告路由的一种方式，可以引入BGP的路由包括：直连路由、静态路由及动态路由协议学到的路由。其命令格式与在RIP中重分发OSPF相似。

  • BGP通告原则：

    • 从IBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备只传递给它的EBGP对等体。

    • 从EBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备传递给它所有EBGP和IBGP对等体（对等体是IBGP只能传递一跳，对等体是EBGP则不限制）

    • 当存在多条到达同一目的地址的有效路由时，BGP设备只将最优路由发布给对等体

    • 路由更新时，BGP设备只发送更新的BGP路由

    • 所有对等体发送的路由，BGP设备都会接收

    • 所有EBGP对等体在传递过程中下一跳改变

    • 所有IBGP对等体在传递过程中下一跳不变（需要特别注意）

    • 默认EBGP传递时 TTL值为1（需要特别注意）

    • 默认IBGP传递时 TTL值为255

  • 下一跳问题：在iBGP中，下一跳通常保持为从eBGP对等体学习到的原始下一跳。因此，iBGP对等体需要能够到达这个下一跳地址，这通常通过内部的IGP（如 OSPF 或 IS-IS）来确保。因此面对一些拓扑网络时，配置内部IGP和手动引入静态路由两种方案至少要选一个，否则会出现“下一跳问题”。