1. 简介
路由（Routing）是现代网络通信的核心机制之一。在数据从源点传输到目标点的过程中，网络设备需要根据当前网络状态选择最优路径，这个过程就是路由。为了适应网络拓扑的动态变化，动态路由被广泛采用，并主要分为两类：距离向量（Distance Vector） 和 链路状态（Link State）。
本文将系统讲解这两种动态路由机制的基本原理、典型协议、优缺点及适用场景。最后会通过一张对比表总结它们的关键差异，帮助你更好地理解和选择适合的路由策略。
2. 路由概述
路由可以简单理解为：在网络中为数据包选择最佳传输路径的过程。
根据路由表的生成方式，可以分为三类：
- 静态路由（Static Routing）：路由表由管理员手动配置，适用于结构稳定、变化少的小型网络。
- 默认路由（Default Routing）：当没有匹配路由项时，使用默认路由转发数据。常用于连接 ISP 的边界路由器。
- 动态路由（Dynamic Routing）：路由表由路由器在运行时自动构建和更新，能适应网络变化。
本文重点介绍动态路由中的两类核心实现方式：距离向量和链路状态。
3. 距离向量（Distance Vector）
距离向量路由基于局部信息进行路径选择，每个路由器只与其直接邻居交换路由信息。
核心思想：
- 每个路由器维护一个路由表（Route Table），记录到达每个目标网络的“距离”和下一跳（Next Hop）。
- “距离”通常以跳数（Hop Count）表示，也可以是延迟、带宽等指标。
- 每隔固定时间（如 RIP 中的 30 秒）与邻居交换路由信息，更新自己的路由表。
示例说明：
考虑如下拓扑：
- 如果 R1 要将数据包发送到服务器 S：
- 经 R2 → R3 → R5：3 跳
- 经 R4 → R5：2 跳
✅ 所以 R1 会选择 R4 路径。
距离向量的缺点：
- 收敛速度慢：网络拓扑变化后，更新信息传播慢，可能导致路由环路。
- 广播更新：周期性广播路由表，带宽浪费严重。
- 计数到无穷（Count to Infinity）问题：当某条路径失效时，可能引发无限循环更新。
常见协议：
- RIP（Routing Information Protocol）
- 使用跳数作为距离指标
- 最大跳数为 15，超过则视为不可达
- 每 30 秒广播一次更新
4. 链路状态（Link State）
链路状态路由通过全局视角选择路径，每个路由器都拥有整个网络的拓扑图。
核心机制：
链路状态路由器维护三张表：
- 路由表（Route Table）：最终的转发规则
- 邻居表（Adjacency Database）：记录直连邻居
- 链路状态数据库（Link State Database）：整个网络的拓扑结构
工作流程：
- 发现邻居：通过 Hello 报文建立邻接关系
- 测量链路成本：如延迟、带宽等
- 泛洪链路状态更新：当链路状态变化时，立即广播给全网
- 计算最短路径：使用 Dijkstra 算法构建最短路径树
示例说明：
考虑如下拓扑：
- 若以延迟为距离指标：
- R1 → R2 → R3 → R5：150ms
- R1 → R4 → R5：240ms
✅ 所以 R1 会选择 R2 路径。
链路状态的优点：
- 收敛速度快，适应性强
- 不易形成路由环路
- 可灵活选择路径优化指标（如带宽、延迟）
链路状态的缺点：
- 控制报文泛洪可能造成网络负载
- 初期同步过程复杂，资源消耗较大
- 需要良好的 TTL 控制机制防止环路
常见协议：
OSPF（Open Shortest Path First）
- 基于链路状态的内部网关协议
- 支持分区域设计（Area），适合大型网络
- 支持 VLSM、CIDR、认证等特性
IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）
- 原为 ISO 标准设计，后被用于 IP 网络
- 工作在数据链路层（OSPF 在网络层）
- 不支持虚拟链路（Virtual Link）
| 特性 | OSPF | IS-IS |
|---|---|---|
| 协议层 | 网络层 | 数据链路层 |
| 区域划分 | 支持多区域 | 支持层级结构 |
| 路由器标识 | Router ID | System ID |
| 虚拟链路 | ✅ 支持 | ❌ 不支持 |
| 认证机制 | ✅ 支持 | ✅ 支持 |
5. 对比总结
| 类别 | 距离向量 | 链路状态 |
|---|---|---|
| 网络视角 | 邻居视角 | 全局拓扑 |
| 使用表格 | 路由表 | 路由表、邻居表、链路状态数据库 |
| 表更新方式 | 路由表交换 | 链路状态泛洪 |
| 更新频率 | 周期性 | 触发式 |
| 收敛速度 | 慢 | 快 |
| 带宽使用 | 中等 | 高 |
| 典型协议 | RIP | OSPF、IS-IS |
6. 总结
路由是网络通信的基础，而动态路由则是现代复杂网络中不可或缺的机制。
- 距离向量：适合小型网络，配置简单，但收敛慢、易环路
- 链路状态：适合大型网络，收敛快、稳定性好，但资源消耗大
在实际部署中，要根据网络规模、拓扑复杂度、设备性能等因素综合选择。没有绝对“最好”的协议，只有“最合适”的选择。
✅ 建议：
- 小型办公室或实验室：使用 RIP
- 企业骨干网或 ISP：使用 OSPF 或 IS-IS
⚠️ 踩坑提醒：
- RIP 的最大跳数限制为 15，超过即不可达
- OSPF 的邻居关系建立失败常见于网络类型不匹配、Hello/Dead 时间不一致
- IS-IS 的配置较为复杂，需注意层级划分
合理选择路由协议，是构建高效、稳定网络的第一步。