一、内外之别

Internet网被分成多个域或多个自治系统（AS）。一个域（domain）是一组主机和使用相同路由选择协议的路由器集合，并由单一机构管理。换言之，一个域可能是由一所大学或其它机构管理的互联网。内部网关协议（IGP）在一个域中选择路由。外部网关协议（EGP）为两个相邻的位于各自域边界上的路由器提供一种交换消息和信息的方法。

内部网关协议IGP，是在AS（自治系统）内部使用的协议，常用的有OSPF、ISIS、RIP、EIGRP。
外部网关协议EGP，是在AS（自治系统）外部使用的协议，常用的有BGP。

二、内部网关协议

1.内部网关协议的分类

内部网关协议可以划分为两类：距离矢量路由协议和链路状态路由协议。

[1]  距离矢量路由协议：距离矢量是指以距离和方向构成的矢量来通告路由信息。距离按跳数等度量来定义，方向则是下一跳的路由器或送出接口。距离矢量协议通常使用贝尔曼-福特 (Bellman-Ford) 算法来确定最佳路径。尽管贝尔曼-福特算法最终可以累积足够的信息来维护可到达网络的数据库，但路由器无法通过该算法了解网际网络的确切拓扑结构。路由器仅了解从邻近路由器接收到的路由信息。

距离矢量协议适用于以下情形：

~ 网络结构简单、扁平，不需要特殊的分层设计。

~管理员没有足够的知识来配置链路状态协议和排查故障。

~特定类型的网络拓扑结构，如集中星形（Hub-and-Spoke）网络。

~无需关注网络最差情况下的收敛时间。

[2]  链路状态路由协议：配置了链路状态路由协议的路由器可以获取所有其它路由器的信息来创建网络的“完整视图”（即拓扑结构）。并在拓扑结构中选择到达所有目的网络的最佳路径（链路状态路由协议是触发更新，就是说有变化时就更新）。

链路状态协议适用于以下情形：

~网络进行了分层设计，大型网络通常如此。

~管理员对于网络中采用的链路状态路由协议非常熟悉。

~ 网络对收敛速度的要求极高。

2.OSPF

OSPF开放最短路径优先(Open Shortest Path First)，是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP)，用于在单一自治系统(autonomous system,AS)内决策路由。与RIP相对，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离向量路由协议。链路是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。OSPF通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个OSPF路由器使用这些最短路径构造路由。最主要的特点是使用分布式的链路状态协议，而不是像RIP那样的距离向量协议。三个要点：（1）向本自治系统中所有路由器发送信息。（2）发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。（3）只有在链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息。

3.RIP

RIP（Routing Information Protocol） ,路由信息协议，是内部网关协议中应用最广泛的一种协议，它是一种分布式的，基于距离向量的路由选择协议，其特点是协议简单。适用于相对较小的自治系统，它们的直径“跳数”一般小于15。 RIP协议特点是：（1）仅和相邻路由交换信息（2）路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。也就是说，交换的信息是：“我到本自治系统中所有网络的（最短）距离，以及到那个网络应经过的下一跳路由器。”（3）按固定时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。然后路由器根据收到的路由信息更新路由表。

三、外部网关协议

1.简介

外部网关协议（Exterior Gateway Protocol，EGP）是一个在自治系统网络中两个邻近的网关主机（每个都有它们自己的路由）间交换路由信息的协议。EGP常常被用来在英特网的两个主机间交换路由表信息。路由表包括已知的路由器清单、它们能到达的地址以及与每个路由的路径相关的成本度量，以便选出最好的可用路径。每个路由器按照一定的时间间隔，通常在120秒到480秒之间，就给它的邻近路由发送信息，然后邻近路由就会将自己的完整路由表发回给它。EGP-2是EGP的最新版本。 [1] 

大部分的公司和机构将它们拥有的路由器组合成一个自治系统，自治系统的本地路由选择信息使用RIP或者OSPF等内部网关协议进行收集。而在这些自治系统中，通过为位于各自自治区域边界的两台相邻路由器提供交换路由选择信息的方法，选择一台或者多台路由器使用EGP（外部网关协议，Exterior Gateway Protocol）与其他自治区域通信。EGP路由器只向其自治区域边界上的路由器转发路由选择表信息来获得对方自治系统的路由信息，从而为IP数据报选择最佳路由。因此， [2]  EGP协议应具有以下三个基本功能： [3] 

1. 支持邻站获取机制，即允许一个路由器请求另一个路由器同意交换可达路由信息。
2. 路由器持续测试其EGP邻站是否有响应。
3. EGP邻站周期性地传送路由更新报文来交换网络可达路由信息。

EGP协议为了实现以上三个基本功能，定义了在该协议实现过程中使用的10种报文类型。

2.当前形势

当前国际互联网络含有大量智能网关和很多无智能的网关。智能网关使用网间连接协议(GGP)[3]动态地交换它们自身间的路由选择信息。无智能的网关不能动态地交换路由选择信息。无智能的网关必须登记在智能网关路由表上，而且智能网关列表中的无智能的网关状态(例如,增加新无智能的网关)改变时需要人工干预。

在智能网关间路由通信量的量取决于智能网关的数目和网络的总数。因为无智能的网关典型情况下连接位于国际互联网络边缘的单个网络,典型地在路由表中为每个无智能的网关存在一个或者多个网络。连接国际互联网络边缘的单个网络的网关多半称作"支线"网关。当前用于智能网关的GGP程序有容量的限制。急切地需要对这个程序进行重大改进。这很难完成，因为智能网关由若干不同的团体维护，而且很难分离出这些网关的一个子集用于测试新程序。

3.作用

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。

三、为什么外部网关不使用内部网关协议？

主要是BGP使用的环境不同。主要因为一下两个原因：

1. 因特网的规模太大，使得AS之间路由选择非常困难。想一想如果运用OSPF需要建立一个非常大的数据库，这显然不现实。
2. AS之间的路由选择必须考虑有关策略。比如安全问题，或者路径上的路由不允许其非该AS的数据报通过等等。

所以BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。BGP采用路径向量路由选择协议，与距离向量协议和链路状态协议不同。

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参考资料：

1. https://baike.baidu.com/item/%E5%86%85%E9%83%A8%E7%BD%91%E5%85%B3%E5%8D%8F%E8%AE%AE/167192?fr=aladdin
2. https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%96%E9%83%A8%E7%BD%91%E5%85%B3%E5%8D%8F%E8%AE%AE/9705262?fr=aladdin
3. https://www.2cto.com/net/201308/233464.html

1. 路由表

    在计算机网络中，路由表（routing table）或称路由择域信息库（RIB, Routing Information Base），是一个存储在路由器或者联网计算机中的电子表格（文件）或类数据库。路由表存储着指向特定网络地址的路径（在有些情况下，还记录有路径的路由度量值）。路由表中含有网络周边的拓扑信息。路由表建立的主要目标是为了实现路由协议和静态路由选择。

    查找路由表，根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是：

• IP数据报最终一定可以找到目的主机所在的网路上的路由器（可能要通过多次的间接交付）
• 只有到达最后一个路由器时，才试图向，目的主机进行直接交付。

2. 路由间数据传输

    路由A发送数据报给路由B，路由B会将数据从数据链路层、物理层、网络层依次解析，拿到目的IP地址，根据路由器本身的路由表，根据最长匹配原则，找到下一个路由器IP，再依次按照网络层、物理层、数据链路层封包发给下一个路由器。 期间，通过路由器的IP地址使用ARP协议找到路由器对应的MAC地址。

3.自治系统AS（Autonomous System）

• 自治系统AS的定义：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由选择协议用以确定分组在AS之间的路由。
• 现在对自治系统AS的定义是强调下面的事实：尽管一个AS使用了多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个AS对其他AS表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。

4.内部网关RIP协议

    RIP（Routing Information Protocol）是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。

• RIP是一种分布式的、基于距离向量的路由选择协议。
• RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到每一个目的网络的距离记录。

距离的定义：

• 从一个路由器到直接连接的网络的距离定义为1
• 从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1
• RIP协议中的“距离”也称为"跳数"（hop count），因为每经过一个路由器，跳数就加1
• 这里的“距离”实际上指的是“最短距离”
• RIP认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。
• RI允许一条路径最多只能包含15个路由器。
• “距离”的最大值为16时即相当于不可达。可见RIP只适用于小型互联网。
• RIP不能再两个网络之间同时使用多条路由。RIP选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速（低时延）但路由器较多的路由。

RIP协议之间交换信息与路由表更新

• RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（跳数最少）
• 虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一路由器的位置不同，它们的路由表当然也应当是不同的

优缺点

• RIP协议特点：好消息传播得快，坏消息传播得慢
• RIP存在的一个问题：当网络出现故障时，要经过比较长的时间（例如数分钟）才能将此信息传送到所有的路由器

    优点： 实现简单，开销较小。

    缺点：RIP限制了网络的规模，它能使用的最大距离为15. 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也增加。“坏消息传播得慢”，使更新过程的收敛时间过长。

5. 内部网关协议OSPF

    开放最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）是为克服RIP的缺点在1989年开发出来的。

    OSPF的原理很简单，但实现起来却较复杂。

• “开放”表明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。
• “最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF
• 采用分布式的链路状态协议（link state protocol）
• 注意：OSPF只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”

OSPF三个要点

• 向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法
• 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。（“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)）
• 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。

链路状态数据库（link-state database）

• 由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。
• 这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的（这称为链路状态数据库的同步）
• OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。
• OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点。

划分区域

• 划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。
• 在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑的情况。
• OSPF使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫做主干区域（backbone area）
• 主干区域的标识符规定为0.0.0.0 。主干区域的作用就是用来连通其他在下层的区域

6. 外部网关协议BGP（Border Gateway Protocol）

    互联网的规模太大，使得自治系统之间路由选择非常困难。对于自治系统之间的路由选择，要寻找最佳路由是很不现实的。 当一条路径经过几个不同AS时，要想对这样的路径计算出有意义的代价是不太可能的。比较合理的做法是在AS之间交换“可达性”信息。

    自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略

    因此，边界网关协议BGP只能是力求寻找一条能够到达的网络，且比较好的路由（不能兜圈子），而并非找一条最佳路由。

BGP发言人

• 每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP发言人”（BGP speaker）
• 一般来说，两个BGP发言人都是通过一个共享网络连接在一起，而BGP发言人往往就是BGP边界路由器，但也可以不是BGP边界路由器。

BGP交换路由信息

• 一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息，就要先建立TCP连接，然后在此连接上交换BGP报文以建立BGP会话（session），利用BGP会话交换路由信息。
• 使用TCP连接能够提供可靠的服务，也简化了路由选择协议。
• 使用TCP连接交换路由信息的两个BGP发言人，彼此称为对方的邻站（neighbor）或对等站（peer）

BGP协议的特点

BGP协议交换路由信息的节点数量级是自治系统数的量级，这要比这些自治系统中的网络数少很多。

每一个自治系统中BGP发言人（或边界路由器）的数目是很少的。这样使得自治系统之间的路由选择不致过分复制。

7. 转发和路由选择的区别

• 转发（forwarding）就是路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去
• 路由选择（routing）则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由器。
• 路由表是根据路由选择算法得出的，而转发是从路由表得出的

参考资料：

https://www.bilibili.com/video/BV1ia4y1e7Bp?t=1865

https://www.bilibili.com/video/BV14K4y187im/?spm_id_from=333.788.videocard.1