『TCP/IP详解——卷一：协议』读书笔记——08

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2013-08-21 13:56:23

3.3 IP路由选择

1. IP路由选择有两种情况。（1）如果目的主机与源主机直接相连（如点对点链路）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网），那么IP数据报就直接到达目的主机。（2）如果目的主机和源主机不直接相连，则主机把数据报发往一默认的路由器上，由路由器来转发该数据报。

2. IP层既可以配置成路由器的功能，也可以配置成主机的功能。本质上的区别在于主机从不把数据从一个接口转发到另外一个接口，而路由器则要转发数据报。内含路由器功能的主机应该从不转发数据报，除非它被设置成那样。

3. IP路由选择机制，IP可以从TCP、UDP、ICMP和IGMP接收数据报（即在本地生成的数据报）并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报（待转发的数据报）并进行发送。IP层在内存中有一个路由表。当收到一份数据报并进行发送时，它都要对该表进行搜索一次。当数据报来自某个网络接口时，IP首先检查目的IP地址是否为本机的IP地址之一或者IP广播地址。如果确实是这样，数据报就被送到由IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果数据报的目的不是这些地址，那么分两种情况处理：（1）如果IP层被设置为路由器功能，那么就对数据报进行转发（也就是说面向下面对待发出的数据报一样处理）；（2）如果IP没有设置路由功能，数据报被丢弃。

4. 路由表的结构：

目的IP地址	它既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址。主机地址有一个非0的主机号（见图1-5），以指定某一特定的主机，而网络地址中的主机号为0，以制定网络中的所有主机（如以太网，令牌环网）
下一站（或下一跳）路由器（next-hop router）的IP地址，或者有直接连接的网络IP地址	下一站路由器是指一个直接相连网络上的路由器，通过它可以转发数据报。下一站路由器不是最终的目的，但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的
标志	指明目的IP是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口
为数据报的传输制定一个网络接口

5. IP路由选择的步骤：

（1）搜索路由表，寻找与目的IP地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配）。如果找到，则把报文发给该表目制定的下一站路由器或直接链接的网络接口（取决于标志字段的值）

（2）搜索路由表，寻找能与目的网络号匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目制定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。目的网络的所有主机都可以通过这个表目来处置。例如，一个以太网上的所有主机都是通过这种表目进行寻径的。这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。关于这一点我们在下一节中进行讨论

（3）搜索路由表，寻找标为"默认（default）"的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器

如果上面的步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自本机，那么会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或“网络不可达”的错误

6. 为一个网络制定一个路由器，而不必为每个主机制定一个路由器，是IP路由选择机制的另一个基本特征

举例
例一：

同一个以太网上的两台主机，bsdi向sun发送数据。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（以太网140.252.13.0）。于是，在表中找到匹配网络地址（在下一节中，我们将看到，由于以太网的子网掩码的存在，实际的网络地址是140.252.13.32，但是这并不影响这里所讨论的路由选择）。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48bit的以太网地址是用ARP协议获得的。

例二：

主机bsdi有一份IP数据报要传送到ftp.uu.net主机上，它的IP地址是192.48.96.9。经过的前三个路由器如上图3-4所示。首先，主机bsdi搜索路由表，但是没有找到于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。当数据报从主机bsdi传到主机sun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。

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，它把数据报传给了下一站路由器netb，该路由器的地址是140.252.1.183。数据报是经过点对点SLIP链路传送的，采用了最小封装格式。图中没有给出像以太网那样的链路层数据帧首部，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sun主机相同的步骤，自己不是数据报上要找的东西，但是自己又有路由器功能，所以netb就有转发这个报文的义务。但是一看路由表，发现没有要找的那个主机的IP地址的记录，就连那个主机所在的网路的记录也没有，那怎么办？于是，他就把这个数据报发给了默认接它班的下一站路由器gateway，希望它能帮助自己完成未完成的使命。

这里补充一下，netb是以太网140.252.1下的主机，而netb原来经过SLIP收到的数据报是没有链路层地址的，所以它动用了ARP协议，不知用了什么招数（以后会学到的），然后就知道了下一站的IP地址，然后就把它封装到了数据报的首部。

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。这个例子就到此为止了，预知后事如何，还要继续看书啦～

例子的一些关键点：

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

2. 数据报中的目的IP地址始终不发生任何变化（在8.5节我们会看到不一样的情况）。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。