路由选择协议

枫桥2026/6/30大约 8 分钟

路由选择协议

一个问题：路由器怎么知道路

假设全球有 10 万台路由器，每台连着几个网络。路由器 A 知道它的直连网络是 X、Y、Z，但它不知道北京的用户怎么去纽约。这件事没有人能预先知道——网络拓扑一直在变（新运营商上线、链路故障、设备维护）。

如果让你设计一套机制让全球路由器能"互相学习"到达信息，你会怎么设计？

这是路由协议要解决的核心问题。从 1980 年代开始，网络工程师们想了 3 种主流方案：

距离向量（RIP）：每台路由器告诉邻居"我能到哪些网，距离多少"
链路状态（OSPF）：每台路由器告诉所有人"我连了哪些邻居，链路开销多少"
路径向量（BGP）：每台路由器告诉邻居"我能到这些 AS，沿途经过哪些 AS"

每种方案都对应真实需求场景。下面逐个讲。

距离向量：最简单的想法

原理：每台路由器维护一张表，记录"去每个网络要多少跳"。每隔 30 秒把整张表广播给直接相连的邻居。邻居收到后，把自己的表项 + 1，再广播给它们的邻居。Bellman-Ford 算法是这个思想的标准实现。

最经典的协议：RIP（Routing Information Protocol）。RIP 用"跳数"作为距离度量，最多 15 跳。16 跳就认为不可达。

RIP 的工作过程：

路由器启动时只知道直连网络（距离 0）
每 30 秒向邻居广播整张路由表
邻居收到后：邻居去某网络 X 的距离 = 我去邻居的距离 + 邻居去 X 的距离
如果我的表里没有 X，或新路径更短，更新我的表
持续这个过程直到收敛（所有路由器的表稳定）

RIP 的致命缺陷：慢收敛 + 路由环路。

设想一个网络突然断了。路由器 C 原本通过 B 到达网络 X（跳数 3）。C 还以为通过 D 也能到 X（跳数 5），但其实 D 也是通过 B 间接知道的。如果 B 现在告诉 C "我到不了 X 了"，C 一开始不信，会在跳数飙升到 16 之前继续用旧路径一段时间。这个过程中包会绕圈子。

解决环路的方法：水平分割、毒性逆转、触发更新。但都是补丁。RIP 已经被 OSPF 全面取代。

链路状态：现代企业网的选择

原理：每台路由器向全网（不是邻居）洪泛自己的"链路状态"——我连了哪些邻居，链路开销多少。每台路由器收到所有路由器的链路状态后，在内存里重建出完整的网络拓扑图，然后用 Dijkstra 算法算出自己到所有网络的最短路径。

最经典的协议：OSPF（Open Shortest Path First）。OSPF 是互联网内部网关协议（IGP）的事实标准。

OSPF 的工作过程：

发现邻居：路由器启动时向所有 OSPF 接口发 Hello 包，相邻路由器互相认识，建立邻居关系。
交换链路状态：邻居之间交换 LSA（Link State Advertisement），每条 LSA 描述"我有这几个接口，每个接口连着谁，开销多少"。
LSDB 同步：每台路由器把收到的所有 LSA 存到 LSDB（Link State Database）。同一个区域（area）里所有路由器的 LSDB 是一样的。
算最短路径：用 Dijkstra 算法，根据 LSDB 算出到自己为根的最短路径树，生成路由表。

OSPF 的关键设计：分层（area）。

大型企业网有几万台路由器，如果所有路由器 LSDB 都一样，LSA 洪泛会很慢。OSPF 引入了区域（area）概念：

骨干区域 area 0：所有非骨干区域必须连到骨干区域
普通区域：只和骨干区域交换汇总路由
区域间路由汇总：减少 LSA 数量

这让一个 10000 台路由器的网络拆成 100 个 area，每个 area 100 台，规模大幅压缩。

OSPF 用"开销"做度量，可以基于带宽计算（百兆链路开销 1，万兆链路开销更小），让流量走更快的链路而不是跳数最少的链路。

OSPF 的优势：

收敛快（秒级）——LSA 触发更新，故障几秒内全网知道
无环路——每台路由器算的是完整拓扑
分层——大型网络可扩展

OSPF 的劣势：

CPU 和内存消耗大——LSDB 大，Dijkstra 计算开销大
配置复杂——需要规划 area、设计 cost、配置认证

路径向量：互联网黏合剂

原理：BGP（Border Gateway Protocol）和前面两个协议都不同。BGP 不是算最短路径，而是应用策略——管理员手动配置"我愿意把哪些网络告诉邻居，邻居愿意把哪些网络告诉我"。

BGP 的核心概念：AS（自治系统）。

每个 ISP、大公司、机构都有自己独立的 AS 号。比如：

中国电信 AS 4134
中国移动 AS 9808
阿里云 AS 37963
Cloudflare AS 13335

一个 AS 是"单一管理下的一组路由器和网络"。BGP 是 AS 之间的协议，不同 AS 边界上的路由器会建立 BGP 连接交换路由。

BGP 路由 = 网络前缀 + AS 路径。

例如一条 BGP 路由：8.8.8.0/24 AS path: 15169 6453 6453 6453

意思是：要到达 8.8.8.0/24，沿途经过 AS 15169（Google）、3 个 AS 6453（tata communications）。AS 路径是"路径向量"，记录了完整路径。

BGP 决策的复杂过程：

当一个 BGP 路由器收到多条去同一目的的路由时，按顺序比较：

Weight（Cisco 私有，本地有效）
Local Preference（本 AS 内部一致）
Locally Originated（自己产生的优先）
AS Path Length（AS 路径短的优先）
Origin（IGP > EGP > Incomplete）
MED（多出口区分器，对端 AS 传过来的偏好）
eBGP > iBGP（外部 BGP 比内部优先）
IGP Metric（到达 BGP 邻居的 IGP 开销）
Router ID（最后看路由器 ID 大小）

这套决策过程让 BGP 极其灵活——运营商可以"我虽然能到 X，但我不告诉你去 X 的路径"，"我虽然能到 X，但我更愿意走 Y"，"我虽然能到 X，但拒绝给竞争对手转发到 X 的流量"。BGP 是互联网政策的体现。

BGP 的真实事件：

2008 年巴基斯坦封 YouTube 事件：巴基斯坦电信工程师想在国内封 YouTube，配置 BGP 路由时误把 YouTube 的前缀发到全球，导致全球流量涌向巴基斯坦电信，YouTube 全球宕机 2 小时。
2017 年 Google 误配置：Google 工程师把一条 BGP 路由打错前缀长度（写成 /25 实际是 /20），导致日本 30 分钟访问不了 Google。
2018 年 AWS DNS 大故障：AWS DNS 服务 BGP 通告故障，整个 Route53 在美国东部宕机 4 小时。

路由协议的对比

协议	类型	适用规模	收敛速度	复杂度
RIP	距离向量	< 50 路由器	慢（分钟级）	低
OSPF	链路状态	< 1000 路由器	快（秒级）	中
IS-IS	链路状态	运营商骨干	快	中
BGP	路径向量	互联网	慢（分钟）	高

选型原则：

小企业（< 10 台路由器）：静态路由 + 缺省路由
中型企业（10-100 台）：OSPF 单区域
大型企业（100-1000 台）：OSPF 多区域
运营商骨干：IS-IS 或 OSPF
不同 AS 之间：BGP 唯一选择

真实场景：用 traceroute 看到的 AS 路径

traceroute -A 8.8.8.8（Linux，-A 显示 AS 号）：

1. 192.168.1.1 [AS 9808]  2ms
2. 10.0.0.1 [AS 9808]   5ms
3. 202.97.10.65 [AS 4134]  15ms   ← 中国电信骨干入口
4. 202.97.33.46 [AS 4134]  38ms
5. 72.14.215.85 [AS 15169]  42ms   ← Google AS
6. 93.184.216.34 [AS 15169]  43ms

包从家庭路由器（AS 9808，中国移动家庭网关）→ 中国电信骨干（AS 4134）→ Google（AS 15169）。三个 AS 把一个包从北京送到 Mountain View。

思考题

RIP 用跳数做度量，最大的问题是它认为"跳数少"就是"路径好"。但一个 3 跳的 56Kbps 链路真的比 1 跳的 100Mbps 链路好吗？怎么改进？
OSPF 路由器算最短路径需要完整网络拓扑。如果网络里有 10000 台路由器，OSPF 还能用吗？为什么？需要怎么改造？
BGP 用 AS 路径防环路（看到自己的 AS 号在路径里就丢弃）。但 eBGP 和 iBGP 是怎么保证路由不环的？
你在云厂商的 VPC 里看到路由表里既有"系统路由"也有"自定义路由"。系统路由通常是哪些？自定义路由会覆盖系统路由吗？