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tags: [计算机网络, OSPF, BGP, 动态路由协议]
create time: 2026-05-18 01:10
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# 动态路由协议：OSPF 与 BGP

## 概述

在大型网络中手动维护静态路由不现实——网络拓扑变化时每条路由都要手动更新。动态路由协议让路由器自动"学习"彼此的网络，发现链路故障后自动切换路径。核心分类：

| 类别 | IGP (内部网关协议) | EGP (外部网关协议) |
|------|-------------------|-------------------|
| 代表协议 | OSPF, IS-IS, RIP | **BGP** |
| 使用场景 | 同一个 AS（自治系统）内 | **不同 AS 之间**（即互联网 backbone）|
| 算法类型 | 链路状态 (LSA), 距离向量 | 路径向量 |

## OSPF（Open Shortest Path First）

### 基本概念

OSPF 是一种**链路状态**协议，每台路由器收集全网拓扑信息，独立计算最短路径树（SPF）。

```mermaid
flowchart TD
    subgraph "AS 内部 — OSPF Area 0"
        R1["Router A"] --- R2["Router B"]
        R1 --- R3["Router C"]
        R2 --- R3
        R1 --- SW1["Network 192.168.1.0/24"]
        R2 --- SW2["Network 10.0.0.0/8"]
        R3 --- R4["Router D"]
        R4 --- SW3["Network 172.16.0.0/12"]
    end
    
    style R1 fill:#DDA0DD,color:#000
    style R3 fill:#FFD700,color:#000
```

### OSPF 工作流程

```mermaid
sequenceDiagram
    participant R1 as Router A
    participant R2 as Router B
    participant R3 as Router C
    
    Note over R1,R3: Step 1: Neighbor Discovery
    R1->>R2: Hello Packet (multicast 224.0.0.5)
    R2-->>R1: Hello + DB Description
    R1->>R2: Adjacency Established ✅
    
    Note over R1,R3: Step 2: LSA Exchange
    R1->>R2: LSUpdate (我的直连网络: 192.168.1.0/24, cost=10)
    R1->>R3: LSUpdate (我的直连网络: 192.168.1.0/24, cost=10)
    
    Note over R1,R3: Step 3: SPF Calculation
    R2->>R2: Dijkstra → 最优路径已构建
    R3->>R3: Dijkstra → 最优路径已构建
    
    Note over R1,R3: Step 4: Routing Table Updated
```

### OSPF 区域（Area）概念

OSPF 用"区域"来水平扩展：

| 区域类型 | 特点 |
|----------|------|
| **Backbone Area 0** | 所有其他 Area 必须连接到 Area 0 |
| Standard Area | 传播全部 LSA，路由表最大 |
| Stub Area | 不接受 Type 5 LSA（外部路由），注入一条 default route |
| Totally Stubby | Stub + 不接收 Type 3（区域间路由），只有一条默认路由 |
| NSSA (Not-So-Stubby Area) | Stub 的变种，允许引入外部路由（Type 7）|

```mermaid
flowchart LR
    R1["ABR: Router A<br/>Area 0 ↔ Area 1"] -->|"全部LSA"| A0["Area 0 (Backbone)"]
    A0 -->|"全部LSA"| R1
    R1 -->|"汇总路由 → Stub"| A1["Area 1 (Totally Stubby)<br/>只有默认路由"]
    
    style R1 fill:#FFD700,color:#000
    style A0 fill:#DDA0DD,color:#000
    style A1 fill:#98FB98,color:#000
```

- **ABR** (Area Border Router): 连接多个区域的边界路由器
- **ASBR** (AS Boundary Router): 引入外部路由的路由器

### Cost 计算

```
Cost = Reference_Bandwidth / Interface_Bandwidth

参考带宽默认值: 100 Mbps (10^8)

接口实际 Cost:
- 10 Mbps Ethernet: 100 / 10 = 10
- 100 Mbps Ethernet: 100 / 100 = 1
- 1 Gbps Ethernet: 100 / 1000 = 0 → 调为 1
- 10 Gbps Ethernet: 100 / 10000 = 0 → 需调整参考带宽
```

> [!warning] 参考带宽问题
> 如果参考带宽是 100Mbps，那么 Gigabit (1G) 和 TenGig (10G) 的 cost 都是 1，无法区分优劣。正确做法：
> ```bash
> router ospf 1
>  distance ospf 10
>  auto-cost reference-bandwidth 10000  # 单位 Mbps → 支持到 100G
> ```

### 查看 OSPF 状态

```bash
$ ip route | grep O      # 过滤 OSPF  learned routes
O   10.0.0.0/8 [110/20] via 192.168.1.1, eth0
OE1 172.16.0.0/12 [110/130] via 192.168.1.1, eth0

$ ip -d ospf show         # FRR/quagga/Zebra
$ netstat -s | grep ospf  # OSPF 统计信息

# Quagga/FRR 中的详细查看
$ vtysh
show ip ospf neighbor       # 邻居关系
show ip ospf database       # LSA 数据库
show ip ospf route          # 计算出的 OSPF 路由
show ip ospf interface eth0 # 接口 OSPF 状态
```

## BGP（Border Gateway Protocol）

### BGP vs OSPF 对比

| 特性 | OSPF | BGP |
|------|------|-----|
| 范围 | AS 内部 (IGP) | **AS 间 (EGP)** |
| 算法 | 链路状态 (Dijkstra) | **路径向量** |
| 传输 | IP 协议号 89 | **TCP 179** |
| 收敛速度 | 秒级 | 分钟级（设计如此，稳定优先）|
| 可扩展性 | ~几千台路由器 | **全球互联网 10 万+ 前缀** |
| 策略控制 | 基于 cost | **丰富的 attribute 策略** |

### BGP 两种会话类型

```mermaid
flowchart LR
    iBGP["iBGP<br/>同一 AS 内的路由器"] -->|"传递可达信息<br/>不改变 next-hop"| R1["AS 65001<br/>Peer A -- Peer B"]
    
    eBGP["eBGP<br/>不同 AS 间"] -->|"交换路由并修改 next-hop"| R2["AS 65001 -- AS 65002<br/>Peer A -- Peer B"]
    
    style iBGP fill:#DDA0DD,color:#000
    style eBGP fill:#98FB98,color:#000
```

### BGP 属性（Attributes）选路顺序

当多条路径可选时，按以下优先级逐条比较：

```mermaid
flowchart TD
    Start["新路由到达"] --> Weight["① Cisco专有 Weight<br/>本地有效"]
    Weight --> LocPrf["② Local Preference<br/>AS 内传递"]
    LocPrf --> Originate["③ 本地起源 > 接收的路由"]
    Originate --> AS_Path["④ AS Path 最短"]
    AS_Path --> ORIGIN["⑤ Origin: IGD < EGP < INCOMPLETE"]
    ORIGIN --> MED["⑥ MED: 越低越好"]
    MED --> ebgp["⑦ eBGP > iBGP"]
    ebgp --> IGP_Cost["⑧ IGP cost to next-hop"]
    IGP_Cost --> Cluster["⑨ Cluster List 最短"]
    Cluster --> RouterID["⑩ Router ID 最小"]
    
    style Start fill:#FFD700,color:#000
    style LocPrf fill:#DDA0DD,color:#000
    style AS_Path fill:#98FB98,color:#000
```

### ASN（自治系统编号）

| 范围 | 说明 |
|------|------|
| 0–64511 | 私有 ASN（类似 RFC1918 IP 地址）|
| 64512–65534 | 16-bit 扩展私有 ASN |
| 65535 | 保留 |
| 65536–4294967295 | 32-bit 全局 ASN（互联网注册）|

IANA 分配给各大 ISPs 和大型企业（如 Google: AS15169, Cloudflare: AS13335, Alibaba: AS37963）。

## RIP（Routing Information Protocol）— 了解即可

RIP 是最简单的距离向量协议，已基本被淘汰：

- 跳数上限 15（第 16 跳视为不可达）
- 每 30 秒广播整个路由表
- `routing protocol name is rip` → 太慢了，现代网络不用

## 关联笔记

- [[hhs/NETWORK/静态路由与默认网关]] — 静态路由是动态协议的替代方案
- [[hhs/NETWORK/NAT原理与应用]] — NAT 后方的路由器不需要运行 OSPF/BGP
- [[hhs/NETWORK/负载均衡]] — Load Balancer 通常依赖 L4/L7 而非完整路由协议