俗話說得好，在家千日好吏口，出門一日難奄容。網(wǎng)絡(luò)包一旦出了網(wǎng)關(guān)，就像玄奘西行一樣踏上了江湖漂泊的路产徊。
上一節(jié)我們描述的是一個相對簡單的情形昂勒。出了網(wǎng)關(guān)之后，只有一條路可以走舟铜。但是叁怪，網(wǎng)絡(luò)世界復(fù)雜得多，一旦出了網(wǎng)關(guān)深滚，會面臨著很多路由器奕谭，有很多條道路可以選。如何選擇一個更快速的道路求取真經(jīng)呢痴荐？這里面還有很多門道可以講血柳。
如何配置路由？
通過上一節(jié)的內(nèi)容生兆，你應(yīng)該已經(jīng)知道难捌，路由器就是一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它有多張網(wǎng)卡鸦难。當(dāng)一個入口的網(wǎng)絡(luò)包送到路由器時根吁，它會根據(jù)一個本地的轉(zhuǎn)發(fā)信息庫，來決定如何正確地轉(zhuǎn)發(fā)流量合蔽。這個轉(zhuǎn)發(fā)信息庫通常被稱為路由表击敌。
一張路由表中會有多條路由規(guī)則。每一條規(guī)則至少包含這三項信息拴事。
目的網(wǎng)絡(luò)：這個包想去哪兒沃斤？
出口設(shè)備：將包從哪個口扔出去？
下一跳網(wǎng)關(guān)：下一個路由器的地址刃宵。
通過 route 命令和 ip route 命令都可以進(jìn)行查詢或者配置衡瓶。
例如，我們設(shè)置 ip route add 10.176.48.0/20 via 10.173.32.1 dev eth0牲证，就說明要去 10.176.48.0/20 這個目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)哮针，要從 eth0 端口出去，經(jīng)過 10.173.32.1坦袍。
上一節(jié)的例子中十厢，網(wǎng)關(guān)上的路由策略就是按照這三項配置信息進(jìn)行配置的。這種配置方式的一個核心思想是：根據(jù)目的 IP 地址來配置路由键闺。
如何配置策略路由寿烟？
當(dāng)然，在真實的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中辛燥，除了可以根據(jù)目的 ip 地址配置路由外筛武，還可以根據(jù)多個參數(shù)來配置路由，這就稱為策略路由挎塌。
可以配置多個路由表徘六，可以根據(jù)源 IP 地址、入口設(shè)備榴都、TOS 等選擇路由表待锈，然后在路由表中查找路由。這樣可以使得來自不同來源的包走不同的路由嘴高。
例如竿音，我們設(shè)置：
ip rule add from 192.168.1.0/24 table 10
ip rule add from 192.168.2.0/24 table 20
表示從 192.168.1.10/24 這個網(wǎng)段來的和屎，使用 table 10 中的路由表，而從 192.168.2.0/24 網(wǎng)段來的春瞬，使用 table20 的路由表柴信。
在一條路由規(guī)則中，也可以走多條路徑宽气。例如随常，在下面的路由規(guī)則中：
ip route add default scope global nexthop via 100.100.100.1 weight 1 nexthop via 200.200.200.1 weight 2
下一跳有兩個地方，分別是 100.100.100.1 和 200.200.200.1萄涯，權(quán)重分別為 1 比 2绪氛。
在什么情況下會用到如此復(fù)雜的配置呢？我來舉一個現(xiàn)實中的例子涝影。
我是房東枣察，家里從運(yùn)營商那兒拉了兩根網(wǎng)線。這兩根網(wǎng)線分別屬于兩個運(yùn)行商袄琳。一個帶寬大一些询件，一個帶寬小一些。這個時候唆樊，我就不能買普通的家用路由器了宛琅，得買個高級點的，可以接兩個外網(wǎng)的逗旁。
家里的網(wǎng)絡(luò)呢嘿辟，就是普通的家用網(wǎng)段 192.168.1.x/24。家里有兩個租戶片效，分別把線連到路由器上红伦。IP 地址為 192.168.1.101/24 和 192.168.1.102/24，網(wǎng)關(guān)都是 192.168.1.1/24淀衣，網(wǎng)關(guān)在路由器上昙读。
就像上一節(jié)說的一樣，家里的網(wǎng)段是私有網(wǎng)段膨桥，出去的包需要 NAT 成公網(wǎng)的 IP 地址蛮浑，因而路由器是一個 NAT 路由器。
兩個運(yùn)營商都要為這個網(wǎng)關(guān)配置一個公網(wǎng)的 IP 地址只嚣。如果你去查看你們家路由器里的網(wǎng)段沮稚，基本就是我圖中畫的樣子。
運(yùn)行商里面也有一個 IP 地址册舞，在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)里面的網(wǎng)關(guān)蕴掏。不同的運(yùn)營商方法不一樣，有的是 /32 的，也即一個一對一連接盛杰。
例如挽荡，運(yùn)營商 1 給路由器分配的地址是 183.134.189.34/32，而運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)里面的網(wǎng)關(guān)是 183.134.188.1/32饶唤。有的是 /30 的徐伐，也就是分了一個特別小的網(wǎng)段。運(yùn)營商 2 給路由器分配的地址是 60.190.27.190/30募狂，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)里面的網(wǎng)關(guān)是 60.190.27.189/30。
根據(jù)這個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D角雷，可以將路由配置成這樣：
$ ip route list table main
60.190.27.189/30 dev eth3? proto kernel? scope link? src 60.190.27.190
183.134.188.1 dev eth2? proto kernel? scope link? src 183.134.189.34
192.168.1.0/24 dev eth1? proto kernel? scope link? src 192.168.1.1
127.0.0.0/8 dev lo? scope link
default via 183.134.188.1 dev eth2
當(dāng)路由這樣配置的時候祸穷，就告訴這個路由器如下的規(guī)則：
如果去運(yùn)營商二，就走 eth3勺三；
如果去運(yùn)營商一呢雷滚，就走 eth2；
如果訪問內(nèi)網(wǎng)吗坚，就走 eth1祈远；
如果所有的規(guī)則都匹配不上，默認(rèn)走運(yùn)營商一商源，也即走快的網(wǎng)絡(luò)车份。
但是問題來了，租戶 A 不想多付錢牡彻，他說我就上上網(wǎng)頁扫沼，從不看電影，憑什么收我同樣貴的網(wǎng)費(fèi)白稹缎除？沒關(guān)系，咱有技術(shù)可以解決总寻。
下面我添加一個 Table器罐，名字叫 chao。
# echo 200 chao >> /etc/iproute2/rt_tables
添加一條規(guī)則：
# ip rule add from 192.168.1.101 table chao
# ip rule ls
0:? from all lookup local
32765:? from 10.0.0.10 lookup chao
32766:? from all lookup main
32767:? from all lookup default
設(shè)定規(guī)則為：從 192.168.1.101 來的包都查看個 chao 這個新的路由表轰坊。
在 chao 路由表中添加規(guī)則：
# ip route add default via 60.190.27.189 dev eth3 table chao
# ip route flush cache
默認(rèn)的路由走慢的樊零，誰讓你不付錢沉衣。
上面說的都是靜態(tài)的路由，一般來說網(wǎng)絡(luò)環(huán)境簡單的時候既荚，在自己的可控范圍之內(nèi)晴叨，自己搗鼓還是可以的问拘。但是有時候網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜并且多變纽绍，如果總是用靜態(tài)路由盹愚，一旦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化毅舆，讓網(wǎng)絡(luò)管理員手工修改路由太復(fù)雜了，因而需要動態(tài)路由算法愈腾。
動態(tài)路由算法
使用動態(tài)路由路由器憋活，可以根據(jù)路由協(xié)議算法生成動態(tài)路由表，隨網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的變化而變化虱黄。那路由算法是什么樣的呢悦即？
我們可以想象唐僧西天取經(jīng)，需要解決兩大問題橱乱，一個是在每個國家如何找到正確的路辜梳，去換通關(guān)文牒、吃飯泳叠、休息冗美；一個是在國家之間，野外行走的時候析二，如何找到正確的路、水源的問題节预。
無論是一個國家內(nèi)部叶摄，還是國家之間，我們都可以將復(fù)雜的路徑安拟，抽象為一種叫作圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)蛤吓。至于唐僧西行取經(jīng)，肯定想走的路越少越好糠赦，道路越短越好会傲，因而這就轉(zhuǎn)化成為如何在途中找到最短路徑的問題。
咱們在大學(xué)里面學(xué)習(xí)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時候拙泽，知道求最短路徑常用的有兩種方法淌山，一種是 Bellman-Ford 算法，一種是 Dijkstra 算法顾瞻。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中基本也是用這兩種方法計算的泼疑。
1. 距離矢量路由算法
第一大類的算法稱為距離矢量路由（distance vector routing）。它是基于 Bellman-Ford 算法的荷荤。
這種算法的基本思路是退渗，每個路由器都保存一個路由表，包含多行蕴纳，每行對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的一個路由器会油，每一行包含兩部分信息，一個是要到目標(biāo)路由器古毛，從那條線出去翻翩，另一個是到目標(biāo)路由器的距離。
由此可以看出，每個路由器都是知道全局信息的体斩。那這個信息如何更新呢梭稚？每個路由器都知道自己和鄰居之間的距離，每過幾秒絮吵，每個路由器都將自己所知的到達(dá)所有的路由器的距離告知鄰居弧烤，每個路由器也能從鄰居那里得到相似的信息。
每個路由器根據(jù)新收集的信息蹬敲，計算和其他路由器的距離暇昂，比如自己的一個鄰居距離目標(biāo)路由器的距離是 M，而自己距離鄰居是 x伴嗡，則自己距離目標(biāo)路由器是 x+M急波。
這個算法比較簡單，但是還是有問題瘪校。
第一個問題就是好消息傳得快澄暮，壞消息傳得慢。 如果有個路由器加入了這個網(wǎng)絡(luò)阱扬，它的鄰居就能很快發(fā)現(xiàn)它泣懊，然后將消息廣播出去。要不了多久麻惶，整個網(wǎng)絡(luò)就都知道了馍刮。但是一旦一個路由器掛了，掛的消息是沒有廣播的窃蹋。當(dāng)每個路由器發(fā)現(xiàn)原來的道路到不了這個路由器的時候卡啰，感覺不到它已經(jīng)掛了，而是試圖通過其他的路徑訪問警没，直到試過了所有的路徑匈辱，才發(fā)現(xiàn)這個路由器是真的掛了。
我再舉個例子惠奸。
原來的網(wǎng)絡(luò)包括兩個節(jié)點梅誓，B 和 C。A 加入了網(wǎng)絡(luò)佛南，它的鄰居 B 很快就發(fā)現(xiàn) A 啟動起來了梗掰。于是它將自己和 A 的距離設(shè)為 1，同樣 C 也發(fā)現(xiàn) A 起來了嗅回，將自己和 A 的距離設(shè)置為 2及穗。但是如果 A 掛掉，情況就不妙了绵载。B 本來和 A 是鄰居埂陆，發(fā)現(xiàn)連不上 A 了苛白，但是 C 還是能夠連上，只不過距離遠(yuǎn)了點焚虱，是 2购裙，于是將自己的距離設(shè)置為 3。殊不知 C 的距離 2 其實是基于原來自己的距離為 1 計算出來的鹃栽。C 發(fā)現(xiàn)自己也連不上 A躏率，并且發(fā)現(xiàn) B 設(shè)置為 3，于是自己改成距離 4民鼓。依次類推薇芝，數(shù)越來越大，直到超過一個閾值丰嘉，我們才能判定 A 真的掛了夯到。
這個道理有點像有人走丟了。當(dāng)你突然發(fā)現(xiàn)找不到這個人了饮亏。于是你去學(xué)校問耍贾，是不是在他姨家呀？找到他姨家路幸，他姨說逼争，是不是在他舅舅家呀？他舅舅說劝赔，是不是在他姥姥家呀？他姥姥說胆敞，是不是在學(xué)校呀着帽？總歸要問一圈，或者是超過一定的時間移层，大家才會認(rèn)為這個人的確走丟了仍翰。如果這個人其實只是去見了一個誰都不認(rèn)識的網(wǎng)友去了，當(dāng)這個人回來的時候观话，只要他隨便見到其中的一個親戚予借，這個親戚就會拉著他到他的家長那里，說你趕緊回家频蛔，你媽都找你一天了灵迫。
這種算法的第二個問題是，每次發(fā)送的時候晦溪，要發(fā)送整個全局路由表瀑粥。網(wǎng)絡(luò)大了，誰也受不了三圆，所以最早的路由協(xié)議 RIP 就是這個算法狞换。它適用于小型網(wǎng)絡(luò)（小于 15 跳）避咆。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模都小的時候，沒有問題⌒拊耄現(xiàn)在一個數(shù)據(jù)中心內(nèi)部路由器數(shù)目就很多查库，因而不適用了。
所以上面的兩個問題黄琼，限制了距離矢量路由的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模樊销。
2. 鏈路狀態(tài)路由算法
第二大類算法是鏈路狀態(tài)路由（link state routing），基于 Dijkstra 算法适荣。
這種算法的基本思路是：當(dāng)一個路由器啟動的時候现柠，首先是發(fā)現(xiàn)鄰居，向鄰居 say hello弛矛，鄰居都回復(fù)够吩。然后計算和鄰居的距離，發(fā)送一個 echo丈氓，要求馬上返回周循，除以二就是距離。然后將自己和鄰居之間的鏈路狀態(tài)包廣播出去万俗，發(fā)送到整個網(wǎng)絡(luò)的每個路由器湾笛。這樣每個路由器都能夠收到它和鄰居之間的關(guān)系的信息。因而闰歪，每個路由器都能在自己本地構(gòu)建一個完整的圖嚎研，然后針對這個圖使用 Dijkstra 算法，找到兩點之間的最短路徑库倘。
不像距離距離矢量路由協(xié)議那樣临扮，更新時發(fā)送整個路由表。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只廣播更新的或改變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣挑妫@使得更新信息更小杆勇，節(jié)省了帶寬和 CPU 利用率。而且一旦一個路由器掛了饱亿，它的鄰居都會廣播這個消息蚜退，可以使得壞消息迅速收斂。
動態(tài)路由協(xié)議
1. 基于鏈路狀態(tài)路由算法的 OSPF
OSPF（Open Shortest Path First彪笼，開放式最短路徑優(yōu)先）就是這樣一個基于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議钻注，廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心中的協(xié)議。由于主要用在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部配猫，用于路由決策队寇，因而稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，簡稱 IGP）章姓。
內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的重點就是找到最短的路徑佳遣。在一個組織內(nèi)部识埋，路徑最短往往最優(yōu)。當(dāng)然有時候 OSPF 可以發(fā)現(xiàn)多個最短的路徑零渐，可以在這多個路徑中進(jìn)行負(fù)載均衡窒舟，這常常被稱為等價路由。
這一點非常重要诵盼。有了等價路由惠豺，到一個地方去可以有相同的兩個路線，可以分?jǐn)偭髁糠缒€可以當(dāng)一條路不通的時候洁墙，走另外一條路。這個在后面我們講數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)的時候戒财，一般應(yīng)用的接入層會有負(fù)載均衡 LVS热监。它可以和 OSPF 一起，實現(xiàn)高吞吐量的接入層設(shè)計饮寞。
有了內(nèi)網(wǎng)的路由協(xié)議孝扛，在一個國家內(nèi)，唐僧可以想怎么走怎么走了幽崩，兩條路選一條也行苦始。
2. 基于距離矢量路由算法的 BGP
但是外網(wǎng)的路由協(xié)議，也即國家之間的慌申，又有所不同陌选。我們稱為外網(wǎng)路由協(xié)議（Border Gateway Protocol，簡稱 BGP）蹄溉。
在一個國家內(nèi)部柠贤，有路當(dāng)然選近的走。但是國家之間类缤，不光遠(yuǎn)近的問題，還有政策的問題邻吭。例如餐弱，唐僧去西天取經(jīng)，有的路近囱晴。但是路過的國家看不慣僧人膏蚓，見了僧人就抓。例如滅法國畸写，連光頭都要抓驮瞧。這樣的情況即便路近，也最好繞遠(yuǎn)點走枯芬。
對于網(wǎng)絡(luò)包同樣论笔，每個數(shù)據(jù)中心都設(shè)置自己的 Policy采郎。例如，哪些外部的 IP 可以讓內(nèi)部知曉狂魔，哪些內(nèi)部的 IP 可以讓外部知曉蒜埋，哪些可以通過，哪些不能通過最楷。這就好比整份，雖然從我家里到目的地最近，但是不能誰都能從我家走白阉铩烈评！
在網(wǎng)絡(luò)世界，這一個個國家成為自治系統(tǒng) AS（Autonomous System）犯建。自治系統(tǒng)分幾種類型讲冠。
Stub AS：對外只有一個連接。這類 AS 不會傳輸其他 AS 的包胎挎。例如沟启，個人或者小公司的網(wǎng)絡(luò)。
Multihomed AS：可能有多個連接連到其他的 AS犹菇，但是大多拒絕幫其他的 AS 傳輸包德迹。例如一些大公司的網(wǎng)絡(luò)。
Transit AS：有多個連接連到其他的 AS揭芍，并且可以幫助其他的 AS 傳輸包胳搞。例如主干網(wǎng)。
每個自治系統(tǒng)都有邊界路由器称杨，通過它和外面的世界建立聯(lián)系肌毅。
BGP 又分為兩類，eBGP 和 iBGP姑原。自治系統(tǒng)間悬而，邊界路由器之間使用 eBGP 廣播路由。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也需要訪問其他的自治系統(tǒng)锭汛。邊界路由器如何將 BGP 學(xué)習(xí)到的路由導(dǎo)入到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)呢笨奠？就是通過運(yùn)行 iBGP，使得內(nèi)部的路由器能夠找到到達(dá)外網(wǎng)目的地的最好的邊界路由器唤殴。
BGP 協(xié)議使用的算法是路徑矢量路由協(xié)議（path-vector protocol）般婆。它是距離矢量路由協(xié)議的升級版。
前面說了距離矢量路由協(xié)議的缺點朵逝。其中一個是收斂慢蔚袍。在 BGP 里面，除了下一跳 hop 之外配名，還包括了自治系統(tǒng) AS 的路徑啤咽，從而可以避免壞消息傳得慢的問題晋辆，也即上面所描述的，B 知道 C 原來能夠到達(dá) A闰蚕，是因為通過自己栈拖，一旦自己都到達(dá)不了 A 了，就不用假設(shè) C 還能到達(dá) A 了没陡。
另外涩哟，在路徑中將一個自治系統(tǒng)看成一個整體，不區(qū)分自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由器盼玄，這樣自治系統(tǒng)的數(shù)目是非常有限的贴彼。就像大家都能記住出去玩，從中國出發(fā)先到韓國然后到日本埃儿，只要不計算細(xì)到具體哪一站器仗，就算是發(fā)送全局信息，也是沒有問題的童番。
小結(jié)
好了精钮，這一節(jié)就到這里了，我來做個總結(jié)：
路由分靜態(tài)路由和動態(tài)路由剃斧，靜態(tài)路由可以配置復(fù)雜的策略路由轨香，控制轉(zhuǎn)發(fā)策略；
動態(tài)路由主流算法有兩種幼东，距離矢量算法和鏈路狀態(tài)算法臂容。基于兩種算法產(chǎn)生兩種協(xié)議根蟹，BGP 協(xié)議和 OSPF 協(xié)議脓杉。
最后，再給你留兩個思考題：
路由協(xié)議要在路由器之間交換信息简逮，這些信息的交換還需要走路由嗎球散？不是死鎖了嗎？
路由器之間信息的交換使用什么協(xié)議呢散庶？報文格式是什么樣呢蕉堰？
歡迎你留言和我討論。
