路由技术原理

3.2.6 路由器的例子
先看一个例子，主机bsdi有一个IP数据报要发送 给主机sun。双方都在同一个以太网上。数据报的 传输过程如图2.1所示：
目的网络=
140.252.13.0
badi
.13.35
SUN
.13.33
以太网140.252.13
链路层 首部
目的Enet=Enet of 140.252.13.33
2) 数据报中的目的IP地址始终不发生任何变化。所 有的路由选择决策都是基于这个目的IP地址。 3) 每个链路层可能具有不同的数据帧首部，而且链 路层的目的地址（如果有的话）始终指的是下一站 的链路层地址。在这个例子中，两个以太网封装了 含有下一站以太网地址的链路层首部，但是SLIP 链路没有这样做。以太网地址一般通过ARP获得。
第三章 路由技术原理
3.1 引言
路由器工作在网络层，它接收各网络入 口的分组，并把分组从其相应的出口转发出 去。它依赖于协议，所以路由器本质上是软 件设备。 它把网络分割成不同的广播域，在多个 广播域或子网之间实现选路。
3.1.1 网桥一般只能用于局域网之间的连接，连接 不同的MAC子层，而路由器不仅可以连接局 域网，还可以连接广域网。 通过网桥连接起来的若干个MAC子网仍是一 个网络（同一网络），网桥的作用仅仅把一 个网络的范围扩大；路由器连接不同的网络， 实现网络互联。 路由器是互联网最关键的设备。
固定路由 分散通信量法 非自适应路由选择策略： （静态路由） 洪泛法 随机走动法 分布式路由策略 自适应路由选择策略： 集中式路由策略
（动态路由）
混合式路由策略
L路由机制的实质是如何查找路由表，并根
据路由表的结果把数据转发出去。 常用的算法：哈希算法、Radix树算法等等 路由器为了能够更新、维护路由表，在互联 网中，路由器不仅负责对IP包的转发，还负 责与别的路由器进行联络，共同确定互联网 的路由选择和维护路由表。
badi
.1.4
链路层首部
IP首部
（默认）
以太网140.252.1
.1.183 netb 调制解调器
下一站=
140.252.1.4
目的Enet=Enet of 140.252.1.4
目的IP=192.48.96.9 SLIP
（默认） IP首部
目的IP=192.48.96.9
图2.2
下一站=
140.252.13.33
A、B、C、D、E类地址
198.2.4.1
198.2.4.1
10.0.0.1
130.1.0.1
130.1.0.90
FDDI
Token Ring
10.0.0.100
ARP RARP
198.2.1.88
3.3 选路协议的选择 3.3.1 路由器选路
路由器负责接收来自各个网络入口的分组， 并把分组从其相应的出口转发出去。这涉及两方 面的问题： 找到分组的相应出口。查找路由表来实现。 将分组从入口送到出口。由路由器的体系结构决定。 路由表中的内容涉及到选路协议工作的范 畴，选择合适的选路协议很重要。
1.与速度有关的技术 ＊ 路由表的快速查找技术
＊ 交换结构和调度算法 交换结构有Crossbar、共享存储器和总 线三种方式。Crossbar结构的速度由调度器 决定，共享存储器结构的速度由存储器的读 写速度决定，共享总线结构的速度由总线的 容量和仲裁的开销决定。
3.2.5 路由器的优缺点 路由器的优点有以下几方面： 路由器提供防火墙服务，把潜在的事故限制在它发 生的区域，防止它扩散。 适用于大规模的网络。 复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径。
数据报是经过点对点SLIP链路被传送的。这 里，没有像以太网链路层数据帧那样的首部，因为 在SLIP链路中没有那样的首部。 当netb收到数据报后，它执行与sun主机相同 的步骤：数据报的目的地址不是本机地址，而 netb也被设置成具有路由器的功能，于是它也对 该数据报进行转发。采用的也是默认路由表目，把 数据报送到下一站路由器gateway （140.252.1.4）。
下一站路 由器 --129.3.0.2
129.3.0.2
距 离 0 0
129.3
129.4
1
2
129.4
129.3.0.1
1
129.1
129.2
2
1
图2.3
使用距离向量协议的网络出现故障需要较长的时 间才能是邻近路由器知道。要改善这个缺点，有 几种办法： 水平分割：路由器区分不同的接口，从一个接口收 到了路由更新信息，那么同样的信息就不能通过本 接口再送回去。 触发更新：一旦网络发生变化，路由器就发送新的 路由表。即不用等30秒的间隔时间。 毒性逆转：从一个接口来的一个路由表项目在通过 同样的接口发送出去时，就要将其度量置为16。
现在来看另一个例子：主机bsdi有一份IP数 据报要传到IP地址是192.48.96.9的主机上。经 过的前三个路由器如图2.2所示。 首先，主机bsdi搜索路由表，但是没有找到 与主机地址或网络地址相匹配的表目，因此只能用 默认的表目，把数据报传给下一站路由器，即主机 sun。
下一站=
140.252.104.2
ROUTER
( FDDI )PCI IP1 IP2 Data ( FDDI )PCI IP1 IP2 Data
(Ethernet)PCI
IP1 IP2 Data
Token Ring
FDDI
IP1
IP1 IP2 Data
IP2 同一网络内：链路协议 不同网络间：网络层协议
IP1 IP2 Data
网络地址：IP地址
网4
129.4.0.0
129.1.0.0
129.2.0.0
129.3.0.0
129.2.0.1
起始 目的网 路由 表
129.3.0.2 目的网 络地址 129.3 下一站 路由器 -距 离 0
129.4.0.1 目的网 络地址 129.3 下一站 路由器 -距 离 0
络地址 129.1
下一站 路由器 --
3.2.2.1 距离向量与链路状态选路协议 常用的距离向量选路协议有：RIP、IGRP和 BGP。这些协议维护并向所有邻接结点发送路由 表，该表向量选路协议的工作过程：
网1
129.1.0.254 R1
网2
129.2.0.2 R2
网3
129.3.0.1 R3
路由器在网络中的作用： 多种网络的互连 不同网络的地址映射 分组与重组 协议转换 网络间的隔离 流量控制和拥塞控制 网络地址转换（NAT）
3.2.2 选路协议的特征
选路协议都有一个共同的目标：与其他路由 器共享可达性信息。而不同的协议采取了不同的 办法。另外，选路协议在可扩缩性和性能特性上 各有特点。
调制解调器 .1.29
bsdi
.13.35
SUN
.13.33
下一站=
140.252.1.183
（默认）
以太网140.252.13
链路层首部 IP首部
（默认） 目的IP=
目的Enet=Enet of
140.252.13.33
192.48.96.9
当数据报从bsdi被传到sun主机上以后，目 的IP地址是最终的信宿机地址（192.48.96.9）， 但是链路层地址却是sun主机的以太网接口地址。 这与上例不同，在那里数据报中的目的IP地址和 目的链路层地址都指的是相同的主机sun。 在图2.2中，当sun收到数据报后，它发现数 据报的目的IP地址并不是本机的任一地址，而sun 已被设置成具有路由器的功能，因此它把数据报进 行转发。经过搜索路由表，选用了默认表目。根据 sun的默认表目，它把数据报转发到下一站路由器 netb，该路由器的地址是140.252.1.183。
3.2.1 路由器选路过程 直接投递：源地址和目的地址都在同一底层 物理网络上，数据报才能从源机直接传送到 目的机器上。 间接投递：当目的地与源地址不在同一个直 接连接的网络上，发送方必须把数据报发给 路由器才能投递它。
3.2.2 选路表驱动IP选路 路由器中都存储了IP选路表，表中的每 一项都指向一个直接相连的路由器，数据报 被送到一个选路表中选路算法认为的最近路 径的路由器上，又进行“下一跳”，直到到 达目的地为止。
3.1.2 路由器两个基本问题 路由器要实现数据转发的功能，必须解决两 个基本问题： 1. 路由策略（Routing Policy）——根据数据 包的目的地址和网络的拓扑结构选择一条最 佳路径，把对应不同目的地址的最佳路径存 放在路由表中。 2. 路由机制（ 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。
能更好地处理多媒体。 安全性高。 减少主机负责。 节省局域网的频宽。 路由器的增强智能对网络运行提供更多的控制。 路由器能灵活地混合使用不同的数据链路层技术。
路由器的缺点有： 与简单的交换机相比，路由器执行软件会增 加报文的等待时间，降低性能。 结构一定要包含网络层。也就是要“可路 由”。因为并不是所有的协议都可路由，这 些协议必须有桥路。 安装复杂。 价格高。
3.2.3 功能与性能 路由器的功能： 网络互连 数据处理 网络管理
路由器的分类：
按规模划分：
高档路由器 中档路由器 低档路由器 单协议路由器
按支持的协议划分：
多协议路由器 接入路由器
按功能划分：
边界路由器 主干路由器
评价路由器性能的指标参数最重要的有： 高吞吐量和转发率。 多业务支持。 较小的调度时延。 对多播的有效支持。 高可用性。
3.2 路由器的基本原理 路由器能够接收它所连接的网络或者路由器 传来的数据报，并根据数据报的目的IP地址 把报文从正确的接口转发出去。 路由器转发数据报的流程 为了完成对数据报的转发，路由器必须维护 一个路由表。
选路策略的实质是如何确定数据传送的最佳
路径，通过建立并维护路由表来实现。 按照建立和维护路由表不同的实现方法分， 路由策略
距 离 0
129.2
--
0
129.2
目的网 络地址 129.3 129.2 129.1
-下一站路 由器 --129.2.0.1
0
距 离 0 0 1
129.4
--
0
目的网 络地址 129.1 129.2
下一站路 由器 --129.2.0.2 129.2.0.2
距 离 0 0
目的网 络地址 129.3 129.4
IP 首部
目的IP=140.252.13.33
图2.1数据报从主机bsdi到sun的传送过程
当IP从某个上层收到这份数据报后，它搜索 路由表，发现目的IP地址140.252.13.33在一个 直接相连的网络上（140.252.13.0）。于是，在 表中找到匹配网络地址。 数据报被送到以太网驱动程序，然后作为一 个以太网数据帧被送到sun主机上。 IP数据报中的目的地址是sun的IP地址 140.252.13.33，而在链路层首部中的目的地址 是48bit的sun主机的以太网接口地址。这个以太 网地址是用ARP协议获得的。
位于以太网140.252.1上的主机netb用ARP 获得对应于140.252.1.4的48bit以太网地址。这 个以太网地址就是链路层数据帧头上的目的地址。 路由器gateway也执行与前面两个路由器相 同的步骤。它的默认路由表目所指定的下一站路由 器IP地址是140.252.104.2。 对于这个例子需要指出一些关键点： 1) 该例子中的所有主机和路由器都使用了默认路由。 事实上，大多数主机和一些路由器可以用默认路由 来处理任何目的，除非它在本地局域网上。
路由器的关键技术问题
目前路由器设计中的一些关键技术， 有的问题已经取得了阶段性的成果，有的 才刚刚开始研究。我们根据路由器发展的 三大趋势，大致将这些问题分为三类。 1. 与高速有关的问题，如路由表快速查找、 总线背板和交换结构等。 2. QoS问题，如数据流和数据包的分类，流 量工程和阻塞控制等。 3. 与软件有关的问题，如软件的稳定性、配 置和管理等。
常用的链路状态选路协议有：IP开放最短路 优先协议、IP IS-IS协议。运行这些协议的路由 器之间交换它们的直接连接链路状态信息。 链路状态协议依靠两种机制： 链路状态信息的可靠发布 从所有链路状态信息中计算出路由 链路状态协议与距离向量协议相比的特点： 收敛速度快，不易产生回路。 需要更多的CPU和内存，成本高。 排错性不好。