路由器的定义

第三章路由和路由器

路由器是网络间的连接设备，它最重要的工作有两个，一是路径选择，二是数据转发。进行数据转发相对容易一些，难的是如何判断到达目的网络的最佳路径。所以，路径选择就成了路由器最重要的工作。下面，首先了解一些路径选择的基础知识。

IP协议的定义、IP地址的分类及特点

什么是IP协议，IP地址如何表示，分为几类，各有什么特点？

为了便于寻址和层次化地构造网络，IP地址被分为A、B、C、D、E五类，商业应

用中只用到A、B、C三类。

IP协议(Internet Protocol)又称互联网协议，是支持网间互连的数据报协议，

它与TCP协议（传输控制协议）一起构成了TCP/IP协议族的核心。它提供网间连接的完善功能，包括IP数据报规定互连网络范围内的IP地址格式。

Internet 上，为了实现连接到互联网上的结点之间的通信，

必须为每个结点（入网的计算机）分配一个地址，并且应当保证这个地址是全网唯一的，这便是IP地址。

目前的IP地址（IPv4：IP第4版本）由32个二进制位表示，每8位二进制数为一个整数，中间由小数点间隔，如159.226.41.98，整个IP地址空间有4组8位二进制数，

由表示主机所在的网络的地址（类似部队的编号）以及主机在该网络中的标识（如同士兵在该部队的编号）共同组成。

为了便于寻址和层次化的构造网络，IP地址被分为A、B、C、D、E五类，

商业应用中只用到A、B、C三类。

* A类地址：A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示，

网络中的主机标识占3组8位二进制数，

A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为“0”。

不难算出，A类地址允许有126个网段，每个网络大约允许有1670万台主机，通常分配给拥

有大量主机的网络（如主干网）。

* B类地址：B类地址的网络标识由前两组8位二进制数表示，

网络中的主机标识占两组8位二进制数，

B类地址的特点是网络标识的前两位二进制数取值必须为“10”。

B类地址允许有16384个网段，每个网络允许有65533台主机，适用于结点比较多的网络（如区域网）。

* C类地址：C类地址的网络标识由前3组8位二进制数表示，

网络中主机标识占1组8位二进制数，

C类地址的特点是网络标识的前3位二进制数取值必须为“110”。

具有C类地址的网络允许有254台主机，适用于结点比较少的网络（如校园网）。

为了便于记忆，通常习惯采用4个十进制数来表示一个IP地址，

十进制数之间采用句点“.”予以分隔。

这种IP地址的表示方法也被称为点分十进制法。如以这种方式表示，

A类网络的IP地址范围为1.0.0.1－127.255.255.254；

B类网络的IP地址范围为：128.1.0.1－191.255.255.254；

C类网络的IP地址范围为：192.0.1.1－223.255.255.254。

由于网络地址紧张、主机地址相对过剩，采取子网掩码的方式来指定网段号。

TCP/IP协议与低层的数据链路层和物理层无关，这也是TCP/IP的重要特点。正因

为如此，它能广泛地支持由低两层协议构成的物理网络结构。目前已使用TCP/IP连接成洲际网、全国网与跨地区网。

D类：用于多点播送。第一个字节以“1110”开始。因此，任何第一个字节大于223小于240的IP地址是多点播送地址。全零(“0．0．0．0”)地址对应于当前主机。全“1”的IP地址(“255．255．255．255”)是当前子网的广播地址。

E类：以“11110”开始，为将来使用保留。

3.1路由基础

3.1.1路由算法的选择

路由算法有许多种，至于究竟哪种算法最好，不能一概而论，具体情况要具体分析。一般来说，我们选择路由算法的标准不外乎以下几个。

•最优（Optimality）：我们希望路由算法可以选出最好的路径，这也是对路由算法最基本的要求。

•简单（Simplic ity）：路由选择算法不能太复杂，复杂的算法占用路由器大量的处理能力，转发数据的性能肯定会受到影响。同样，为了保证数据的正常有效传输，路由算法本身也不能占用太多带宽。

•强壮（Robustness）：这是显而易见的，路由器是网络的核心设备，路由器算法的失效会造成全网的瘫痪。这就要求路由算法在出现硬件故障、高负荷和不正确操作的情况下保持正常运行。好的路由算法必须经得起时间的考验，在各种网络环境下都有很好的稳定

性。

•收敛迅速（Rapid Convergence）：收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化到网络上所有的相关路由器都得知这一变化所需要的时间，这一时间越短，网络变化对全网的扰动就越小。收敛时间过长会导致路由循环的出现。

•灵活（Flexibility）：路由算法必须适应不同的网络环境，包括适应不同的网络带宽、延时和路由器接口队列大小。

当然，我们希望选择一种具备上述所有优点的路由算法，但这往往是不可能的。例如，一个简单的算法收敛不会太迅速，一个最优的算法也不大可能最简单。实际工程中，我们往往在上述诸多目标间实现一个折中。

3.1.2路由算法的分类

可以从不同的角度对路由算法进行分类，典型的分类有以下几种。

从路由项的来源分类，可以将路由选择的方法分为静态（Static）的和动态（Dynamic）的。静态路由项是管理员手工添加的，而动态路由项是路由器通过某一算法计算得出的。一般来说，管理员添加的路由准确，最优，但灵活性差，不能自动适应网络的变化。

从同时使用的线路分类，可以将路由算法分为单路径（Single-path）的和多路径（Multipath）的。复杂的路由算法支持到同一目的地的多条路径，这不仅可以做到负载均衡，而且提高了吞吐率和可靠性。

一些路由算法在平面空间（Flat）中运行，另外一些路由算法采用分层（Hierarchical）的结构。在平面的算法中，路由器是平等的，所有路由器互相交换路由信息。分层的算法中，系统将路由器组成域（domain）或区（area），区域内的少量路由器可以直接和其它区域通信，其余路由器只能和本区域内的路由器交换路由信息。分层路由有效地降低了网络上的路由信息量，提高了效率。在超大型网络中，可能存在许多层次，最高层的路由器构成了网络的骨干。

从运行位置分类，可以将路由算法分成域内（Intradomain）路由和域间（Interdomain）路由。这两种算法有着本质的区别，因此，一个最优的域内路由算法并不一定是最优的域间路由算法。

对于域内路由算法来说，最重要的是链路状态（Link State）算法和距离向量（Distance V ector）算法。链路状态算法将当前路由器的链路状态传给域内所有的路由器，而距离向量算法将当前路由器的路由信息传送给相邻路由器。实际上，链路状态算法只传送小部分信息，而距离向量算法广播整个路由表。相比之下，链路状态算法的收敛速度快，更容易避免路由循环。但它的实现比较复杂，占用的CPU和内存也比较多。

3.1.3 度量值

如何判断哪一条路径是最优的，不同的路由选择算法有不同的标准，典型的考虑因素有以下几种。路径长度（Path Length），可靠性（Reliability），延时（Delay），带宽（Bandwidth），负载（Load）和通信费用（Communication Cost）。

路径长度是最普遍的计量标准，一般来说，长度用跳数（hops count），即经过的路由器数量表示。

可靠性指数据传输过程中发生错误的比例，通常，这是一个管理员指定的数值。