2024年5月18日发(作者：布气)
第三章 路由和路由器
路由器是网络间的连接设备，它最重要的工作有两个，一是路径选择，二是数据转发。
进行数据转发相对容易一些，难的是如何判断到达目的网络的最佳路径。所以，路径选择
就成了路由器最重要的工作。下面，首先了解一些路径选择的基础知识。
3.1 路由基础
3.1.1 路由算法的选择
路由算法有许多种，至于究竟哪种算法最好，不能一概而论，具体情况要具体分析。
一般来说，我们选择路由算法的标准不外乎以下几个。
•最优（Optimality）：我们希望路由算法可以选出最好的路径，这也是对路由算法最
基本的要求。
•简单（Simplicity）：路由选择算法不能太复杂，复杂的算法占用路由器大量的处理
能力，转发数据的性能肯定会受到影响。同样，为了保证数据的正常有效传输，路由算法
本身也不能占用太多带宽。
•强壮（Robustness）：这是显而易见的，路由器是网络的核心设备，路由器算法的失
效会造成全网的瘫痪。这就要求路由算法在出现硬件故障、高负荷和不正确操作的情况下
保持正常运行。好的路由算法必须经得起时间的考验，在各种网络环境下都有很好的稳定
性。
•收敛迅速（Rapid Convergence）：收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化到网络上
所有的相关路由器都得知这一变化所需要的时间，这一时间越短，网络变化对全网的扰动
就越小。收敛时间过长会导致路由循环的出现。
•灵活（Flexibility）：路由算法必须适应不同的网络环境，包括适应不同的网络带宽、
延时和路由器接口队列大小。
当然，我们希望选择一种具备上述所有优点的路由算法，但这往往是不可能的。例如，
一个简单的算法收敛不会太迅速，一个最优的算法也不大可能最简单。实际工程中，我们
往往在上述诸多目标间实现一个折中。
3.1.2 路由算法的分类
可以从不同的角度对路由算法进行分类，典型的分类有以下几种。
从路由项的来源分类，可以将路由选择的方法分为静态（Static）的和动态（Dynamic）
的。静态路由项是管理员手工添加的，而动态路由项是路由器通过某一算法计算得出的。
一般来说，管理员添加的路由准确，最优，但灵活性差，不能自动适应网络的变化。
从同时使用的线路分类，可以将路由算法分为单路径（Single-path）的和多路径
（Multipath）的。复杂的路由算法支持到同一目的地的多条路径，这不仅可以做到负载均
衡，而且提高了吞吐率和可靠性。
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一些路由算法在平面空间（Flat）中运行，另外一些路由算法采用分层（Hierarchical）
的结构。在平面的算法中，路由器是平等的，所有路由器互相交换路由信息。分层的算法
中，系统将路由器组成域（domain）或区（area），区域内的少量路由器可以直接和其它区
域通信，其余路由器只能和本区域内的路由器交换路由信息。分层路由有效地降低了网络
上的路由信息量，提高了效率。在超大型网络中，可能存在许多层次，最高层的路由器构
成了网络的骨干。
从运行位置分类，可以将路由算法分成域内（Intradomain）路由和域间（Interdomain）
路由。这两种算法有着本质的区别，因此，一个最优的域内路由算法并不一定是最优的域
间路由算法。
对于域内路由算法来说，最重要的是链路状态（Link State）算法和距离向量（Distance
Vector）算法。链路状态算法将当前路由器的链路状态传给域内所有的路由器，而距离向
量算法将当前路由器的路由信息传送给相邻路由器。实际上，链路状态算法只传送小部分
信息，而距离向量算法广播整个路由表。相比之下，链路状态算法的收敛速度快，更容易
避免路由循环。但它的实现比较复杂，占用的CPU和内存也比较多。
3.1.3 度量值
如何判断哪一条路径是最优的，不同的路由选择算法有不同的标准，典型的考虑因素
有以下几种。路径长度（Path Length），可靠性（Reliability），延时（Delay），带宽（Bandwidth），
负载（Load）和通信费用（Communication Cost）。
路径长度是最普遍的计量标准，一般来说，长度用跳数（hops count），即经过的路由
器数量表示。
可靠性指数据传输过程中发生错误的比例，通常，这是一个管理员指定的数值。
延时是从源节点到目的节点所需要的时间，它受制于多个因素，例如带宽、拥塞程度
和传输距离等等。
带宽是指线路所能传送信息的容量。带宽大不等于速度快，一个10M的线路，速度并
不一定比1.544M的T1线路快，因为速度的快慢不仅取决于带宽，还和线路的负载情况有
关。
负载是指线路的繁忙程度。
通信费用是一个非技术参数。当公司关心费用甚于关心性能时，就需要在路由选择中，
优先选择收费低的链路。
3.1.4 管理距离（Management Distance）
管理距离值是CISCO专有的概念。CISCO路由器用这个值判断一条路由信息的可信
程度。每一个协议有一个缺省的等级，好的协议的等级号码小。例如，通过RIP计算出的
路由缺省的管理距离是120，而管理员添加的静态路由缺省的管理距离是1，当去往同一目
的地，RIP路由和静态路由不一致时，路由器优先采用管理距离小的静态路由。各种路由
算法产生的路由，其缺省管理距离如表3-1所示。
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2024年5月18日发(作者：布气)
第三章 路由和路由器
路由器是网络间的连接设备，它最重要的工作有两个，一是路径选择，二是数据转发。
进行数据转发相对容易一些，难的是如何判断到达目的网络的最佳路径。所以，路径选择
就成了路由器最重要的工作。下面，首先了解一些路径选择的基础知识。
3.1 路由基础
3.1.1 路由算法的选择
路由算法有许多种，至于究竟哪种算法最好，不能一概而论，具体情况要具体分析。
一般来说，我们选择路由算法的标准不外乎以下几个。
•最优（Optimality）：我们希望路由算法可以选出最好的路径，这也是对路由算法最
基本的要求。
•简单（Simplicity）：路由选择算法不能太复杂，复杂的算法占用路由器大量的处理
能力，转发数据的性能肯定会受到影响。同样，为了保证数据的正常有效传输，路由算法
本身也不能占用太多带宽。
•强壮（Robustness）：这是显而易见的，路由器是网络的核心设备，路由器算法的失
效会造成全网的瘫痪。这就要求路由算法在出现硬件故障、高负荷和不正确操作的情况下
保持正常运行。好的路由算法必须经得起时间的考验，在各种网络环境下都有很好的稳定
性。
•收敛迅速（Rapid Convergence）：收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化到网络上
所有的相关路由器都得知这一变化所需要的时间，这一时间越短，网络变化对全网的扰动
就越小。收敛时间过长会导致路由循环的出现。
•灵活（Flexibility）：路由算法必须适应不同的网络环境，包括适应不同的网络带宽、
延时和路由器接口队列大小。
当然，我们希望选择一种具备上述所有优点的路由算法，但这往往是不可能的。例如，
一个简单的算法收敛不会太迅速，一个最优的算法也不大可能最简单。实际工程中，我们
往往在上述诸多目标间实现一个折中。
3.1.2 路由算法的分类
可以从不同的角度对路由算法进行分类，典型的分类有以下几种。
从路由项的来源分类，可以将路由选择的方法分为静态（Static）的和动态（Dynamic）
的。静态路由项是管理员手工添加的，而动态路由项是路由器通过某一算法计算得出的。
一般来说，管理员添加的路由准确，最优，但灵活性差，不能自动适应网络的变化。
从同时使用的线路分类，可以将路由算法分为单路径（Single-path）的和多路径
（Multipath）的。复杂的路由算法支持到同一目的地的多条路径，这不仅可以做到负载均
衡，而且提高了吞吐率和可靠性。
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一些路由算法在平面空间（Flat）中运行，另外一些路由算法采用分层（Hierarchical）
的结构。在平面的算法中，路由器是平等的，所有路由器互相交换路由信息。分层的算法
中，系统将路由器组成域（domain）或区（area），区域内的少量路由器可以直接和其它区
域通信，其余路由器只能和本区域内的路由器交换路由信息。分层路由有效地降低了网络
上的路由信息量，提高了效率。在超大型网络中，可能存在许多层次，最高层的路由器构
成了网络的骨干。
从运行位置分类，可以将路由算法分成域内（Intradomain）路由和域间（Interdomain）
路由。这两种算法有着本质的区别，因此，一个最优的域内路由算法并不一定是最优的域
间路由算法。
对于域内路由算法来说，最重要的是链路状态（Link State）算法和距离向量（Distance
Vector）算法。链路状态算法将当前路由器的链路状态传给域内所有的路由器，而距离向
量算法将当前路由器的路由信息传送给相邻路由器。实际上，链路状态算法只传送小部分
信息，而距离向量算法广播整个路由表。相比之下，链路状态算法的收敛速度快，更容易
避免路由循环。但它的实现比较复杂，占用的CPU和内存也比较多。
3.1.3 度量值
如何判断哪一条路径是最优的，不同的路由选择算法有不同的标准，典型的考虑因素
有以下几种。路径长度（Path Length），可靠性（Reliability），延时（Delay），带宽（Bandwidth），
负载（Load）和通信费用（Communication Cost）。
路径长度是最普遍的计量标准，一般来说，长度用跳数（hops count），即经过的路由
器数量表示。
可靠性指数据传输过程中发生错误的比例，通常，这是一个管理员指定的数值。
延时是从源节点到目的节点所需要的时间，它受制于多个因素，例如带宽、拥塞程度
和传输距离等等。
带宽是指线路所能传送信息的容量。带宽大不等于速度快，一个10M的线路，速度并
不一定比1.544M的T1线路快，因为速度的快慢不仅取决于带宽，还和线路的负载情况有
关。
负载是指线路的繁忙程度。
通信费用是一个非技术参数。当公司关心费用甚于关心性能时，就需要在路由选择中，
优先选择收费低的链路。
3.1.4 管理距离（Management Distance）
管理距离值是CISCO专有的概念。CISCO路由器用这个值判断一条路由信息的可信
程度。每一个协议有一个缺省的等级，好的协议的等级号码小。例如，通过RIP计算出的
路由缺省的管理距离是120，而管理员添加的静态路由缺省的管理距离是1，当去往同一目
的地，RIP路由和静态路由不一致时，路由器优先采用管理距离小的静态路由。各种路由
算法产生的路由，其缺省管理距离如表3-1所示。
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