交换路由信息的协议是什么？

　　什么是网关，你知道吗？网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同层--应用层。
　　网关协议
　　Internet中的路由器叫做IP网关。网关执行复杂的路由算法，需要大量而及时的路由信息。网关协议就是用于网关之间交换路由信息的协议。
　　1．自治系统
　　自治系统是由同构型的网关连接的互联网，这样的系统往往是由一个网络管理中心控制的。自治系统内部的网关之间执行内部网关协议（Interior Gateway Protocol, IGP），互相交换路由信息。一般来说，IGP是自治系统内部专用的，为特定的应用服务，在自治系统之外是无 效的。
　　一个互联网也可能由不同的自治系统互连而成，例如若干个校园网通过广域网互连就是这种情况，如图5-33所示。在这种情况下，不同的自治系统可能采用不同的路由表，不同的路由选择算法。在不同自治系统中的网关之间交换路由信息，要用外部网关协议（Exterior Gateway Protocol, EGP）。可以想见，EGP比IGP传送的信息要少一些，因为EGP只涉及自治系统之间的路由信息而与系统内部路由无关。换言之EGP以自治系统为结点，通告各个网关可到达哪些系统。

　　2．外部网关协议
　　外部网关协议用于在非核心的相邻网关之间传输信息。非核心网关包含互联网络上所有与其直接相邻的网关的 路由信息及其所连机器信息，但是它们不包含Internet上其他网关的信息。对绝大多数EGP而言，只限制维护其服务的 局域网或 广域网信息。这样可以防止过多的 路由信息在 局域网或 广域网之间传输。EGP强制在非核心网关之间交流 路由信息。
　　由于核心网关使用GGP，非核心网关使用EGP，而二者都应用在Internet上，所以必须有某些方法使二者彼此之间能够通信。Internet使任何自治（非核心）网关给其他系统发送“可达”信息，这些信息至少要送到一个核心网关。如果有一个更大的自治网络，常常认为有一个网关来处理这些可达信息。
　　和GGP一样，EGP使用一个查询过程来让网关清楚它的相邻网关并不断地与其相邻者交换 路由和 状态信息。EGP是状态驱动的协议，意思是说它依赖于一个反映网关情况的状态表和一组当状态表项变化时必须执行的一组操作。
　　自治系统之间使用EGP，最新的EGP叫做BGP（Border Gateway Protocol）。BGP的主要功能是控制路由策略，例如是否愿意转发过路的分组等。BGP的4种报文表示在表5-7中，这些报文通过TCP连接传送。在BGP中用上述4种报文可实现以下3个功能过程。

　　建立邻居关系。位于不同自治系统中的两个路由器首先要建立邻居关系，然后才能周期性地交换路由信息。建立邻居关系的过程是一个路由器发送Open报文，另一个路由器若愿意接受请求则以保持活动状态（Keepalive）报文应答。至于路由器如何知道对方的IP地址，协议中并没有规定，可以由管理人员在配置时提供。可见通信策略是由人工管理和控制的。Open报文中包含发送者的IP地址及其所属自治系统的标识，另外还有一个保持时间参数，即定期交换信息的时间长度。接收者把Open报文中的保持时间与自己的保持时间计数器比较，选取其中的较小者，这个数就是一次交换信息保持有效的最长时间。建立邻居关系的一对路由器以选定的保持时间周期性地交换路由信息。
　　邻居可到达性。这个过程维护邻居关系的有效性。通过周期地互相发送Keepalive报文，双方都知道对方的活动状态。
　   网络可到达性。每个路由器保持一个数据库，记录着它可到达的所有子网。当情况有变化时用更新报文把最新信息及时地广播给所有实现BGP的路由器。更新（Update）报文包含两类信息：一类是发布过的、而现在要取消的路由器的表，另一类是新路由的属性信息。前者列出了已经关机或失效的一些路由器，接收者应把有关内容从本地数据库中删除。后者包含以下3种信息：
　　网络层可到达信息（NLRI）是发送路由器可到达的子网的列表，每个子网以其网络地址标识。
　  通过的自治系统（AS_Path）是数据报经过的自治系统的标识符，这主要用于通信策略控制。收到这个信息的路由器可以据此决定是否走这条通路，例如机密报文可能要选择某些自治系统；或者了解到某个自治系统的性能参数、拥挤程度等，从而决定绕开该网络。
　 下一段（Next-Hop）是指可作为下一步转发的边界路由器的IP地址。可以是发送者的地址，也可以是另外的边界路由器的地址。例如在图5-33中，R1告诉R5，通过R2也可以到达AS1。虽然R2没有实现BGP，也没有和R5建立邻居关系，但是R1通过IGP知道了与R2有关的信息。
　　3．内部网关协议
　　有几种内部网关协议可用，最流行的是RIP和HELLO，另一个协议称为 开放式最短路径优先协议（OSPF），这些协议没有一个是占主导地位的，但是RIP可能是最常见的IGP协议。选择特定的IGP以 网络体系结构为基础。RIP和HELLO协议都是计算到目的地的距离，它们的消息包括机器标识和到机器的距离。
　　一般来讲，由于它们的 路由表包含很多项，因此消息比较长。RIP和HELLO一直维护相邻网关之间的连接性以确保机器是活跃的。 路由信息协议使用 广播技术。意思是说网关每隔一定时间要把 路由表广播给其他网关。这也是RIP的一个问题，因为这会增加 网络流量，降低网络性能。HELLO协议与RIP的不同之处在于HELLO使用时间而不是距离作为 路由因素。这要求网关对每条 路由有合理的准确时间信息。由于这个原因，所以HELLO协议依赖于 时钟同步消息。
　　开放式最短路径优先协议是由 Internet工程任务组开发的协议，希望它能成为居于主导地位的IGP。用“ 最短路径”来描述协议的 路由过程不准确。更好一些的名字是“最优路径”， 这其中要考虑许多因素来决定到达目的地的最佳 路由。
　　Internet的内部路由协议经过了几次大的变化。最初的RIP协议是基于Bellman-Ford算法的延迟矢量协议。这个协议在网络规模不大时工作得较好，当网络规模扩大后因为交换的路由信息太多而显得效率很低。于是在1979年5月被另一个路由协议——基于Dijkstra算法的链路状态协议所取代。从1988年开始，IETF开始研制新的路由协议，这就是OSPF（Open Shortest Path First）。1990年OSPF正式成为新的内部路由协议标准（RFC 1247）。很多路由器制造商都支持新标准，该协议广泛应用在TCP/IP网络中。
　　OSPF基本上仍是一种链路状态协议。OSPF的路由器维护一个本地链路状态表，并随时向其他相邻的路由器发送关于链路状态的更新信息。通过周期地扩散传播链路状态信息，每个路由器都记住了关于网络拓扑结构的全局数据库。同时OSPF路由器根据用户指定的链路费用标准（延迟、带宽或收费率等）计算最短通路，由到达各个目标的最短通路构成路由表。表5-8表示出OSPF协议的5种报文，这些报文包含在原始的IP数据报中传送。

　　当一个路由器启动时首先向邻接的路由器发送Hello报文，表明自己存在。如果收到应答，该路由器就知道了自己有哪些邻居。
　　在正常情况下，每个路由器周期性地向相邻的路由器发送链路状态更新报文（图5-34）。这种报文包含各邻接链路的活动状态和通信费用。当这种报文在自治系统中扩散传播时，各个路由器就据此更新自己的网络拓扑数据库。为了可靠，报文中包含顺序号，并且要求应答。这样接收路由器可以选择接受最新的报文，丢弃过时的报文。

　　当路由器启动一条新的通信链路时发送数据库描述报文。这种报文描述了发送者保持的所有链路状态，并且对每一链路状态项有一个编号。接收者可根据编号大小选择使用最新的链路状态信息。
　　路由器还可以利用链路状态请求报文向其他路由器要求链路状态信息。这个算法的效果就是每一对相邻的路由器可以互相比较数据库中的信息，选择最新的数据。新的链路状态信息在网络中不断扩散，而过时的数据逐渐被淘汰。
　　4．核心网关协议
　　一般 指省与省，国家与国家之间的网络，一般带宽10G（万兆）左右， 而普通的就是城市内部的网，一般1G（千兆）以下 主干网是通过桥接器与路由器把不同的子网或LAN连接起来形成单个总线或环型拓扑结构，这种网通常采用光纤做主干线。主干网是构建企业网的一个重要的体系结构元素。它为不同局域网或子网间的信息交换提供了路径。主干网可将同一座建筑物、校园环境中的不同建筑物或不同网络连接在一起。通常情况下，主干网的容量要大于与之相连的网络的容量。
　　Internet中有一个主干网，所有的自治系统都连接到主干网上。这样，Internet的总体结构可表示为图5-35的形式，分为主干网和外围部分，后者包含所有的自治系统。

　　主干网中的网关叫核心网关。核心网关之间交换路由信息时使用核心网关协议GGP（Gateway-to-Gateway Protocol）。这里要区分EGP和GGP，EGP用于两个不同自治系统中的网关之间交换路由信息，而GGP是主干网中的网关协议。因为主干网中的核心网关是由InterNOC直接控制的，所以GGP更具有专用性。当一个核心网关加入主干网时用GGP协议向邻机广播发送它所连接的网络的路由信息，各邻机更新路由表，并进一步传播新的路由信息。
　　网关交换的路由信息与EGP协议类似，指明网关连接哪些网络，距离是多少，距离也是以中间网关个数计数。GGP协议的报文格式也与EGP类似。报文分为4类。
　　路由更新报文：发送路由信息。
　　应答报文：对路由更新报文的应答，分肯定/否定两种。
　　测试报文：测试相邻网关是否存在。
　　网络接口状态报文：测试本地网络连接的状态。
　　可以看出GGP与EGP交换的报文信息有很多是类似的，具体细节就从略了。
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