网络路由：网络路由技术和协议的完整指南
网络路由是网络通信的重要组成部分。路由帮助您的网络组件从可用选项中选择最佳网络路径，从而使网络通信高效且可靠。实现这一功能的硬件组件称为路由器。监控和管理路由器是网络管理员日常工作中不可或缺的一部分。由于路由器可能决定您的网络连接性和可用性，理解路由器及路由技术的工作原理非常重要。在本页中，我们深入探讨：
路由基础：路由器、路由和网络通信
网络依赖有线和无线路由器，这些路由器执行两个重要的网络功能。它们管理网络流量，并允许多个设备使用同一互联网连接。路由器还连接不同的分组交换网络及其子网。
网络路由是如何工作的？
路由器在内置数据库中维护所有可用网络路径的日志，称为“路由表”。该表需要不断更新，以确保记录的路径与网络实时路径保持一致。
每当路由器接收到网络数据包时，它会检查数据包头部以获取数据包的目标信息。根据此信息，路由器查询其路由表，并通过最有效的网络路径转发数据包。数据包由一个路由器传递到另一个，直至抵达目标网络及最终设备。
例如，在下面的网络中，路由2,4看似是最短且更高效的路径，但该路径可能存在带宽不足和网络连接问题。这时，网络路由协议会介入，计算最佳路径，即路由1,3,5，并将网络数据包转发至网络1，再转发至网络3，依此类推。
路由器与其他网络通信设备的比较
在深入探讨路由协议之前，让我们快速了解路由器与类似网络设备（交换机和调制解调器）在数据包管理功能上的区别。
路由器与交换机：路由器和交换机都处理网络中的数据包。交换机通过处理和转发子网内设备之间的IP数据包实现通信，而路由器管理多个LAN和WAN网络之间的数据包。
另外， 核心路由器 作为网络通信的核心，处理大量数据包，实现连接网络间的转发。它们不与外部世界（如互联网）通信。
路由器与调制解调器：许多网络使用内置路由器和调制解调器的硬件设备。它们通常共存，为不同网络设备提供互联网连接，但功能不同。路由器负责向多个网络设备分发信号，调制解调器则将互联网信号转换为网络设备可处理的数字信号。
例如，使用路由器，局域网内的多台设备可以同时访问互联网；而使用调制解调器时，一次只能有一台设备连接互联网。
这就是 边缘路由器 重要的原因，因为它们实现外部互联网与核心路由器之间的通信。
支持网络通信的技术和协议
根据路由协议采用的路由信息交换技术，它们主要分为以下三类：
- 距离向量路由（DVR）和链路状态路由（LSR）：两者都是基于路由器与邻居之间交换路由信息的动态路由算法。DVR使用Bellman-Ford算法，根据邻居信息更新路由表；LSR依赖Dijkstra算法，将信息泛洪到网络中的所有其他路由器。此类算法创建和共享的路由表包括邻居表、拓扑表和路由计算表。
- 内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）：IGP允许自治网络环境内路由器在其子网内交换路由信息。EGP帮助不同自治网络（即具有不同控制中心的网络）间的路由器相互交换路由信息。然而，EGP较少用于网络，只在设备需要与默认网络以外通信时使用。
- 类路由和无类路由：类路由中，路由器更新中不包括子网掩码。这种路由技术易于检测路由故障，但因频繁更新路由信息，带宽消耗较大，已被多数网络管理员弃用。无类路由技术在更新中加入了可变长度子网掩码，更新频率更低，带宽消耗显著减少。
路由协议
以下介绍组织根据网络需求部署的五种常见路由协议，
路由信息协议（RIP）
RIP是最早的一批广泛用于内部域网络的基于DVR的路由协议。网络管理员根据需求部署两个版本的RIP：RIPv1和RIPv2。
- RIPv1：这是一种类路由协议，基于跳数进行网络通信路由。它计算从当前路由器到目的网络的IP数据包跳数，比较所有路径跳数选择最优路径。路由器通过 广播 数据向网络中所有路由器更新其路由表。
- RIPv2：这是一种无类路由协议，相较于RIPv1具备增强的安全性等高级功能。在该协议中，路由器通过 多播 数据更新其路由表。
虽然RIPv1和RIPv2可应用于WAN和LAN，但功能有限，存在可扩展性挑战。例如，RIPv2仅支持最多15跳的路由，为解决此问题并提升路由扩展性与通信效率，CISCO推出了以下两种协议。
- 内部网关路由协议（IGRP）：这是一种基于RIP的类路由协议，默认支持最多100跳，可配置至255跳。虽能自动更新路由信息，但数据收敛较慢且带宽消耗较高。
- 增强型内部网关路由协议（EIGRP）：这是一种类路由协议，基于RIP改进，相较RIP和IGRP效率更高，数据收敛更快。
开放最短路径优先（OSPF）
OSPF是一种无类链路状态路由协议，常用于自治网络内。它通过选择最短网络路径转发IP包到目的地。OSPF首先构建多种数据库，包含来自其他路由器链路状态广告的网络拓扑信息。这些广告详细描述网络路径、距离和资源消耗，帮助OSPF确定IP包的最短路径并进行转发。OSPF还提供多种认证功能，增强数据安全。
因此，OSPF在大型企业网络中被广泛使用。
外部网关协议（EGP）
EGP主要关注自治系统间的连通性和通信。其路由表包含已知路由器列表、路由成本及附近路由器地址，帮助路由器建立邻居列表，检查状态及更新变更。虽然在网络早期应用广泛，但因无法处理树状拓扑及不支持多路径路由，许多管理员已用边界网关协议替代。
边界网关协议（BGP）
BGP是最新且广泛使用的路由协议，基于EGP，属于距离路径向量协议。BGP有两种变体，取决于其使用方式。
- 内部BGP：IBGP实现自治系统内路由器间通信，不与外部设备交互。
- 外部BGP：EBGP实现不同自治系统间的路由通信，即域间网络路由。
BGP通过选择最优路径帮助数据包到达目的地，默认选择最短路径，但管理员可配置依据不同指标如路径成本选择最优路径。管理员还可手动配置BGP以自动化网络发现和拓扑信息更新。此外，BGP通过认证功能增强安全性，只允许获批路由器相互交换路由信息。这些功能帮助管理员根据网络需求配置路由。
中间系统到中间系统（IS-IS）
IS-IS被归类为链路状态、内部网关、无类路由协议。与常用基于IP地址的协议不同，IS-IS基于OSI第3层协议——无连接网络服务（CLNS）。管理员也可部署集成IS-IS，实现基于IP的路由。IS-IS通过将路由器划分为不同区域工作。区域内的路由称为一级路由，区域间路由称为二级路由。IS-IS依赖两个地址实现数据包转发——网络服务访问点（NSAP）用于识别网络服务访问点，网络实体标识（NET）用于识别网络路由器。
路由器与路由协议及其重要性
- 路由振荡：若未监控，路由振荡可能引发严重的级联网络问题，增加网络延迟，降低路由器性能。网络管理员需慎重选择部署路由协议，并持续监控路由器性能以避免路由振荡。
- 持续路由循环：如距离向量路由协议部署不当，易导致网络内持续路由循环，造成延迟增加和链路故障，最终导致大量数据包丢失和带宽消耗。
- 资源利用问题：若路由问题未被监控，会大量消耗路由器资源，导致性能下降。如路由振荡会频繁触发路由重新计算，消耗大量CPU资源。
- 网络性能：路由问题如延迟增加、路由振荡、链路故障和频繁路由计算，均会导致性能下降，降低最终用户网络体验并影响网络连接。管理员需要主动的路由器监控解决方案，深入洞察关键路由器指标。
- 增强网络安全：通过可视化网络拓扑，管理员可调整路由协议（如BGP和IS-IS），提升网络安全，避免数据包泄露。
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