特性與比較一次說明白
清楚釐清常見的路由協定

2010-04-25
上一篇文章介紹了路由協定的基本技術和運作原理,看過上一篇文章之後,相信所有的讀者一定都對路由協定有了基本的認識。事實上,路由協定的種類非常多,每一種路由協定都擁有不同的特性,用途也可能因為環境而異,包含RIP路由協定、IGRP路由協定、EIGRP路由協定及OSPF路由協定等等,因此本文將先說明這些路由協定的重要之處讓讀者先有基本認識,往後找機會再詳細介紹。
本篇文章一開始先介紹各種路由協定的特色、不同之處和相同的地方,接著整理各種路由協定的個別設定指令,讓讀者在瞭解這些路由協定或使用這些路由協定時能有更組織的概念。  

另外要注意的是,事實上很難比較出一個最好的路由協定,只有最適合自己網路情況的路由協定。每一種路由協定都有個別專屬的特色,唯有熟悉這些特色、異同之處,網管人員才知道在不同的網路情況下該採用哪種路由協定。  

RIP路由協定  

先稍微介紹一下什麼是RIP路由協定。RIP路由協定採用Distance vector路由演算法,RIP路由協定選擇最佳路由的標準(metric)是根據網路路徑中必須經過的設備數目(Hop Count)來決定,而所有路由器設備每隔30秒會互相傳送路由資訊更新資料。  

RIP路由協定分為RIPv1和RIPv2兩個版本,而這兩個版本的RIP路由協定也不盡相同。RIPv1路由協定是屬於Classful路由協定,RIPv2則屬於Classless的路由協定,因此RIPv1路由協定不會傳送子網路遮罩,而RIPv2路由協定會在更新路由資訊時傳送子網路遮罩。也因為沒有子網路遮罩的資訊,RIPv1路由協定無法支援不定長度子網路遮罩,而RIPv2路由協定則支援。在傳送的方式上,RIPv1採用廣播(Broadcast)的方式傳送路由資訊的更新,RIPv2路由協定則使用群播(Multicast)方式傳送,且使用的群播位址為224.0.0.9。以下表格列出了RIPv1與RIPv2兩者的差異:  

Cisco的路由器設備同時支援RIPv1和RIPv2路由協定,但是文章中為了避免讀者混淆,若沒有詳細指明版本,都是統一泛指RIPv1路由協定。 IGRP路由協定  

IGRP路由協定是由Cisco公司在1980年代開發出來的路由協定,其開發目的是想做出一個可以在同一個自治系統中運作的路由協定。IGRP路由協定會考量到網路頻寬(Bandwidth Delay)、網路品質(Reliability)、網路負載(Loading)和MTU值來決定一個網路路徑的好壞,這種衡量的標準也可以同時計算並比較多個網路路徑。也因為IGRP路由協定考量網路路徑的因素比較謹慎,較能夠真正反映出網路路徑的好壞,所以很多公司機構反而會採用IGRP路由協定,而不使用RIP路由協定。  

EIGRP路由協定  

EIGRP路由協定相當於是IGRP路由協定的升級版本,是由Cisco所開發,可用於多種不同網路架構與硬體結構的IGP(Interior Gateway Protocol)協定。在良好規劃的大型網路架構中,EIGRP路由協定可以在最短時間內以最少的成本計算出最佳網路路徑。  

OSPF路由協定  

OSPF路由協定是由IETF(Internet Engineering Task Force)機構的IGP工作部門所開發應用於IP網路層的路由協定。在1980年代,RIP路由協定雖然被廣泛地使用,但是由於RIP路由協定本身設計的關係,單一路徑最多只能支援15個網路設備,所以造成RIP路由協定開始無法適用於大型的網路環境,當時才會研發出IGRP路由協定,並同時開發出OSPF路由協定。  

OSPF路由協定提供兩層式的網路架構環境,在這兩層的網路架構中有Area和Autonomous System這兩個主要的構成元素。Autonomous System又稱為自治系統,有時候也稱為Domain,一個自治系統包含一堆使用相同路由設定的網路,而一個自治系統可以分成多個Area。而一個Area指的是一群連續的網路,多個Area可組合成一個自治系統,而整個雙層式網路架構如下圖所示:  

在上圖中,中間的網路區段與下面兩個網路區段所形成的網路就是自治系統。在每一個自治系統中必須有一個稱為Backbone Area的網路,這個Backbone Area是與外部路由網路互相連接的區段,也負責外部路由網路與自治系統內部其他網路的溝通,也就是Transition Area。除了Backbone Area之外,自治系統中其他的網路區段就是Non-Backbone Area。  

這裡必須注意的是,自治系統中所有的Non-Backbone Area都必須連接到Backbone Area上,而在OSPF路由協定中,Non-Backbone Area可以被設定成為Stub Area或Stubby Area,或者設定成所謂的NSSA(Not-So-Stubby Area)網路,以便於降低Link-State路由演算法所需的資料庫大小,另外也可以減少Routing Table的資料筆數,而提升網路整體的效能。這些可能有點艱深,但篇幅有限,就暫時不多提。

不同的Administrative Distance值  

Administrative Distance值簡稱AD值,是一個從0~255的整數,每一種路由協定都有一個AD值與之對應,這個值代表此路由協定所提供資訊的可靠程度,其值越低,代表可靠程度越高。因此,在一個網路中若同時使用多種不同的路由協定,則傳送封包時,就會根據AD值來選擇比較適當的路由協定。以下面這個圖來舉例說明AD值:

假設路由器A要轉送網路封包到路由器D設備,而在路由器A的Routing Table中有一筆路由顯示可以從路由器B設備到達路由器D,而這個路徑是採用靜態路由的設定方式,另外,有一筆路由顯示可以從路由器C設備到達路由器D設備,這條路由則是由RIP路由協定所學習而來。  

此時,路由器A設備就會選擇靜態路由的方式,因為靜態路由的AD值比較低,代表靜態路由的可靠程度比較高。所有的動態路由協定的AD值與靜態路由的AD值如下表所示:  

 

如果讀者對這樣的預設值不太滿意,也可以透過Cisco IOS對單一的Cisco路由器設備做設定。當然,不是只有路由協定才有AD值,正確來說,應該是每一種路由方式都有自己的AD值,所以靜態路由和直接連接的方式都有AD值。直接連接分數最低,代表可靠程度最高,其次為靜態路由,因為是網路管理人員直接設定的,所以自然而然其可靠程度高於路由器學習而來的路由路徑。  

不同的衡量路徑標準  

各種不同的路由協定,其衡量路徑的標準自然有所不同,而各種不同的衡量方式也影響其AD值的決定。以下說明各種路由協定衡量路徑標準的不同之處。  

RIP路由協定的衡量標準

RIP路由協定的衡量標準最簡單,是根據網路路徑中必須經過的設備數目(Hop Count),所以只要網路路徑必須經過的設備數目越多,RIP路由協定就覺得這種網路路徑越差。而在預設上,路由器設備會每隔30秒互相傳遞網路路由資訊的更新,這些路由資料的更新就包含這種網路路徑所必須經過的設備數目,目的是為了讓網路中所有運行RIP路由協定的路由器都知道目前網路上的設備在哪裡,且從哪裡送封包到哪裡需要經過幾個設備。  

IGRP路由協定的衡量標準 

IGRP路由協定同時採用多個因素來當成網路路徑好壞的衡量標準,這些考量的因素包含以下五項:
1. 網路頻寬(Bandwidth)
2. 網路路徑上各介面的延遲(Delay)
3.網路路徑的穩定度(Reliability)
4.網路路徑的資料負載(Loading)
5.網路路徑的MTU(Maximum Transmission Unit)值,代表在一次的傳送過程中所允許的最大資料量  

雖然IGRP路由協定的衡量標準有這麼多,但是預設IGRP路由協定只會根據網路頻寬和網路延遲來決定網路路徑的好壞。IGRP路由協定預設的計算公式如下:  

( 107/ Bandwidth ) + ( Delay / 10 )  

其值越小,代表這條網路路徑越好。在這個公式中,Bandwidth的單位是kbps,而Delay則是各段延遲時間的總和,單位為Micro-Second。  

EIGRP路由協定的衡量標準  

EIGRP路由協定則是將IGRP路由協定的衡量標準乘以256,即成為EIGRP路由協定對網路路徑的衡量標準:  

IGRP's Metric x 256 = EIGRP's Metric 基本上,EIGRP路由協定與IGRP路由協定兩者對網路路徑的衡量標準差不多,因此也可以看成EIGRP路由協定的衡量條件包含以下幾種:
1.網路頻寬(Bandwidth)
2.網路路徑上各介面的延遲(Delay)
3.網路路徑的穩定度(Reliability)
4.網路路徑的資料負載(Loading)
5.網路路徑的MTU(Maximum Transmission Unit)值,代表在一次的傳送過程中所允許的最大資料量  

OSPF路由協定的衡量標準  

OSPF路由協定計算各段網路成本的公式如下所示,10的8次方除以網路頻寬值,而網路頻寬值的單位是bps。

成本=108/網路頻寬(bps)

由這個計算公式也可以輕易地看出如果網路速度越快,頻寬就越大,公式中的分母就越大,成本就越小。相反地,網路慢的區段算出來的成本就比較高。

Load Balancing的能力差異

所謂的Load balancing是指在具有相同路徑選擇時,將網路流量平均分配到這些網路路徑上,以便達到網路流量平均分攤的效果,減少每一條網路路徑的負擔。這裡以下面這個網路架構圖為例進行說明:

假設伺服器X想要傳送封包給伺服器Y,由圖中可看出,伺服器X要到達伺服器Y必須經過三個路由器設備,但可以經由路由器A→B→D這樣的網路路徑,也可以經由路由器A→C→D這樣的網路路徑。若已開啟Load Balancing功能,則由伺服器X到伺服器Y的網路流量就會被分成兩條,分別走剛剛所說的兩種不同的網路路徑。  

對於Load Balancing這個功能而言,RIP路由協定最多支援六條不同的網路路徑,不過RIP路由協定預設只支援四條不同的網路路徑。而EIGRP與IGRP路由協定相同,EIGRP路由協定也支援不對等(Unequal Cost)網路路徑的Load Balancing能力。。(更多精采內容請見網管人51期)


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