域内和域间路由

互联网路由分为两层：域内协议（如OSPF和RIP）在单个管理域内进行路由，而外部边界网关协议（BGP）则在构成全球互联网的自治系统之间进行路由。

Definition

域内路由是使用内部网关协议在单个自治系统内确定路径，而域间路由是使用外部边界网关协议在自治系统之间确定路径，该协议交换受策略控制的可达性信息。

Scope

本主题涵盖了在真实互联网中实现路由的协议。在自治系统内部（域内），它涉及内部网关协议，主要是链路状态协议OSPF和距离矢量协议RIP。在自治系统之间（域间），它涉及路径矢量边界网关协议（BGP），包括它如何传播可达性、支持策略以及实现诸如传输和对等互联等业务关系。它建立在抽象路由算法之上，不包括其底层的图论。

Core questions

• 为什么互联网路由分为域内和域间两层？
• OSPF和RIP等内部协议在路由方法上有何不同？
• BGP如何在自治系统之间传播可达性信息？
• BGP如何支持策略和业务关系，而不是纯粹的最短路径？
• 域间路由中出现了哪些稳定性与安全挑战？

Key concepts

• 自治系统 (AS)
• 内部网关协议
• OSPF（链路状态）
• RIP（距离矢量）
• 边界网关协议 (BGP)
• 路径矢量路由
• 路由策略
• 传输和对等互联
• BGP路由传播

Key theories

两层路由层次结构

路由分为内部网关协议（优化自治系统内的路径）和外部协议（连接自治系统），从而将内部优化与全球可达性分离，并尊重管理边界。

路径矢量、基于策略的域间路由

BGP向每个目的地前缀通告完整的自治系统路径，这使得网络能够检测环路并根据业务关系应用本地策略偏好，而不是严格选择最短路径。

链路状态内部路由

OSPF在域内分发链路状态通告，以便每个路由器通过Dijkstra算法计算最短路径，支持快速收敛、区域划分以实现可扩展性以及多种成本度量。

Clinical relevance

这些协议运行着实际的互联网：OSPF和类似的内部协议在故障后保持大型企业和提供商网络的收敛，而BGP将数万个自治系统编织成一个可达的互联网。BGP的策略机制编码了互联网的经济学，BGP的错误配置和劫持是大规模中断和安全事件的常见来源。

History

早期的内部路由使用距离矢量RIP，后来由链路状态OSPF（RFC 2328）补充，用于更大的网络。随着互联网成为一个独立运行的网络集合，外部网关协议（EGP）以及后来的BGP（当前版本BGP-4，RFC 4271）应运而生，以处理自治系统之间由策略驱动的路由，此后BGP一直是互联网的域间路由协议。

Debates

在不破坏可部署性的前提下保护BGP

BGP默认信任路由通告，这使得路由劫持和泄露成为可能；RPKI源验证和路径验证等提议的防御措施提高了安全性，但面临增量部署和操作障碍，因此其采纳是渐进和部分的。

Key figures

• Yakov Rekhter
• John Moy
• Jennifer Rexford

Seminal works

• rfc4271
• rfc2328
• kurose2021

Frequently asked questions

什么是自治系统？

自治系统是在单个管理控制下的网络或网络组，例如互联网服务提供商或大型企业，它向互联网的其余部分呈现统一的路由策略。每个自治系统都由一个AS号标识，BGP在这些系统之间路由流量。

为什么BGP不只选择最短路径？

域间路由反映的是业务和策略选择，而不仅仅是路径长度。一个网络可能更倾向于通过与其免费对等的伙伴进行路由，而不是通过它需要付费的提供商的更短路径，或者完全避免某些网络。BGP允许每个自治系统在选择和通告路由时应用此类策略。