路由器工作原理

物理网络发送，或从网络上接收物理帧，取出IP数据报并提交
给网络层。
网络层负责处理分组在网络中的活动，提供跨越多个网络的
选路功能，并对上层屏蔽底层具体子网技术的细节。
传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在
IP 网 络 中 ， 有 两 个 传 输 协 议 ： TCP （ Transmission Control Protocol，传输控制协议）和UDP（User Datagram Protocol ， 用户数据报协议）。
因此有很强的灵活性。
IP网络地址结构对路由选择和路由查询都有很大的影响。
自治系统和路由域
由于Internet规模太大，分布范围太广，所以路由表中对
应每一个目的网络都有一个条目是不可能的；同样，也不
可能采用一个全局的路由算法或协议。因此，Internet将 整个网络划分为若干个相对自治的局部系统，即自治系统 （AS，Autonomous System）。自治系统可以定义为同一 机构下管理的路由器和网络的集合。
本章提纲
互联网的体系结构 IP路由中的基本概念 IPv6协议体系及地址结构
路由转发原理
路由选择算法
现有信息网络基本上都采用了分层的体系结构，即
将其协议体系划分为若干个层次，每个层次完成特
定的功能，这样，各个层次综合在一起，就可以完
成一个完整的系统功能。
子网层一般又称网络接口层，负责从网络层接收IP报文并向
数据的目的地址（通常是目的主机所在网络的地址）
下一跳路由器（即从本路由器出发按所给路径到给定目的地所要通
过的下一个路由器）的地址
• •
相应的网络接口
一般情况下还应该有标志位等内容。
泛洪（Flooding） 源路由
1 S 2 3 4 路径探测过程 S 1 2 D 数据包中携带的选路信息 D
选路策略和选路机制
一个自治系统内部还可以再划分几个小的路由域，也称作
区域。
内部网关协议和外部网关协议
路由协议可以分为内部网关协议（IGP，Interior Gateway Protocol）
和外部网关协议（EGP，Exterior Gateway Protocol）两大类。
内部网关协议是用于自治系统内部的动态路由协议
分为静态路由选择和动态路由选择两大类。
静态路由选择并不是表示路由表一成不变，只是说明路由
器不是通过彼此之间动态交换路由信息来建立和更新路由 表的。
动态路由选择是通过网络中路由器间的相互通信来传递路
由信息，利用接收到的路由信息自动更新路Βιβλιοθήκη Baidu表。
距离矢量路由选择协议和链路状态路由选择协议
距离矢量路由选择协议基于距离矢量路由算法。其基本思想是路由器
选路策略（Routing Policy）：根据数据包的目的地和网络
的拓扑结构选择一条最佳路径，把对应不同目的地的最佳
路径存放在路由表中；
选路机制（Routing Mechanism）：搜索路由表，决定向
哪个接口转发数据，并执行相应的操作；
选路策略只影响路由表的内容，比如对同一个目的地址来
说，由于选路策略的不同，最佳路径可能会不一样，但这
应用层 传输层 IP层 子网层
屏蔽下层细节 路由器 路由器
应用层 传输层 IP层 子网层
路由表
路由器在接收到数据时，要对其传输路径进行选择。为了实
现这一目标，路由器需要维护一个称为“路由表”的数据结
构。
路由表包含若干条目，供路由器选路时查询数据传输路径。 路由表中的一个条目至少要包含：
• •
扑结构的无向图G（V，E），在图G中，节点V表示路由器，边E表示
连接路由器的链路，因此G又可以称为L-S（链路-状态）图，各路由器 的路由表通过L-S图计算。
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互联网的体系结构 IP路由中的基本概念 IPv6协议体系及地址结构
并不影响选路机制的执行过程，只是会对其执行的结果产 生影响。
IP网络地址结构
指IP地址（包括IPv4和IPv6）的编址方式。 通常把地址空间分为网络号和主机号两部分，当路由器在进行路径选
择时，一般按照目的网络来查询，这样既可以降低路由表规模，也可 以提高路由查询效率。
早期 IPv4 网络把地址分为 A、B、C、D、E 五类，浪费了大量的地址
路由选择算法
路由算法是指路由器获得对网络拓扑结构的认知，
并为数据包选择正确传输路径的方法或者策略。
一个理想的路由算法至少应该具备以下几点特征：
①完整性和正确性；②简单性；③健壮性；④公 平性；⑤最佳性。
路由算法的分类。
静态路由选择和动态路由选择
按照能否自动适应网络拓扑结构的变化，可以将选路策略
应用层处理特定应用程序细节，为用户完成各种网络服务。
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互联网的体系结构 IP路由中的基本概念 IPv6协议体系及地址结构
路由转发原理
路由选择算法
路由器
路由器是工作在网络层上，可以连接不同类型的网络，能
够选择数据传送路径并对数据进行转发的网络设备。从通
信的角度看，路由器是一种中继系统。
RIP（Routing Information Protocol ，路由信息协议 ） OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先 ）；
外部网关协议是用于自治系统之间拓扑信息交换的路由协议
BGP（Border Gateway Routing Protocol ，边界网关路由协议 ）。
周期地和相邻路由器交换路由表中的信息。这种信息是由若干（V，D） 对组成的表项，其中，V代表矢量，指出该路由器可以达到的目的地； D表示去往目标V的距离。各个路由器根据收到的信息重新计算到各目
的节点的距离，对自己的路由表进行修正。
链路状态路由选择协议也被称为最短路径优先协议，它基于链路状态
路由算法。采用这种协议的路由器都要维护一张可以表示整个网络拓
空 间 ， 并 造 成 路 由 效 率 低 下 。 为 解 决 这 些 问 题 ， 出 现 了 CIDR （Classless InterDomain Routing ，无类别域间路由）机制，即不再严 格的对IP地址类别进行区分，IP地址网络号长度也不再固定。
IPv6 地址的编址方式与 CIDR 类似，也是不限定网络号空间的长度，