TCP/IP协议详解卷系列笔记之IP路由(1)


本章讲述的是做为TCP/IP协议簇的基础。IP路由保证能为数据报找到正确的发送路径。如果实在找不到，则通知发送方发放失败。

在找路过程中所作用的信息，由两方面来维护：每个主机都维护有自身的路由表(windows下用 route print打印出当前的路由表)。由于一般主机上只有一个网卡，因此路由表都比较简单，包含一个环回接口(127.0.0.1)和当前使用的IP，如果连网卡也没有，那就只有环回地址了。对所有发往127.0.0.1，localhost的数据报都在发往链路层(常见的就是以太网驱动层)前，就转往IP输入表了。而对发往自身IP的数据在发到链路层后，链路层在检查到这个地址是自身后，再发往IP输入表。

对发往其他地址的数据报，选用的接口就是网卡，全部发到网卡上。默认路由也是这个接口。

如果安装了多张网卡，windows的服务器版可以开启路由转发功能，也就是可以当做路由器用。如果只装了一张网卡，也使用转发功能，而实际上还是“从哪里来，到哪里去”，根本就达不到“选路”的目的。

这样主机在收到一个数据报时，先检查是不是发给自己的。如果是，就是正常的通讯，直接处理。如果不是，就根据是否可以转发的选项(是否开启路由转发功能)，来决定是直接丢弃数据报，还是从网络接口中找一个合适的转发出去。

如果决定转发，这时才真正涉及到“找路”。主机和路由器各自都有一个路由表。首先检查路由表里的指向主机的那些表项，看是不是有哪一个条目就是要发往的目的地址。如果找到了，直接发往这个主机。如果找不到，再查指向网络号的那些表项，看主机要发往的网络是不是已经有记录。如果找到了，就发往这个网络要经过的接口。如果这些都找不到，就把这个数据报发往默认路由，由默认路由去处理。通常默认路由的表项更多，有更多的信息能找到要发往的目的地。如果默认路由还找不到，就再发往它的默认路由，一直到顶层。顶层的核心路由器如果还找不到，那就表明这个数据报确实是找不到目的地了，路由器返回一个ICMP报文，告诉发送方主机“网络不可达”，或“主机不可达”。具体信息根据路由器来决定，不过收到“主机不可达”的居多。

这些说起来是比较烦的。想像一个生活中的例子：

我想坐火车到拉萨去，到杭州火车站去坐车。杭州没有直达的车次(在青藏线通车前，全国都没有:))，也就相当于它找不到主机“拉萨”，也不知道它属哪个铁路局(网络号)，它把我送到中转站徐州(默认路由)。徐州站同样找不到，但它知道主机“拉萨”属西部，也许网络号“郑州局”知道，于是把我打发到了“郑州”。而郑州也没有直达的车，它再把我打发到更近一点的“西宁”。然后在西宁火车站，得知青藏线还没有全线通车，此路不通。于是告知我“主机不可达”，这拉萨去不成了。

在生活中我就只得再回到杭州老老实实地过日子了。而在网络上，发到“西宁”的数据报是不会再发回来的，路由器(火车站)只是简单地把“我”扔掉，然后告知杭州警方。

这样就是一个找路的过程。如果在最后终于找到了，当然皆大欢喜，然后就可以“握手言欢”，找到组织了。接下来的事就与路由无关了。

从这个过程可以看到路由表项的重要。如果路由表的信息很详细，每个主机都能找到，那么只要发往路由器，所有的数据报都能顺利到达，就像杭州站有发往全国各地的车。然而实际上这样的要求不现实。网络上的主机不可胜数，就像全国的火车站多如牛毛，要做到每个主机都有一个项目，要求路由器有极大的容量来存放这些记录，而在这庞大的路由表中查找条目的效率也成问题。于是现在的路由器构成层次结构，每一层的路由器保存局部的路由信息。对自己处理不了的数据报，发往默认的路由去处理，这样对单台路由器的要求可以降低一些。

然后就是路由信息的创建与更新问题了。主机的开机关机，路由器的开机关机，这些都是不可预知的，也就是说路由信息可能是不确定的，这一分钟这条路还是通的，下一分钟说不定就不通了(关机了，崩溃了，被攻击了。。。)。这样造成的路由信息失效需要及时更新，以免造成错误的路由。

路由基本信息的创建一般是在系统启动过程中完成，如默认路由的配置。用 route add 命令可以手动加入一个静态路由。更多的路由信息是在通信过程不断充实的，也就是路由器自己慢慢“学”到的。这个跟ARP有一点类似的地方。在局域网内，如果要发数据报到另一台主机，例如从A发到B。如果一开始A不知道B在哪里，就发一个ARP询问B在哪里。B收到后回答自己的MAC地址，然后ARP守护程序会把这个MAC与B机的IP组合成一项保存起来。下次有数据要发到B时，就不用再问了，直接发到对应的MAC地址(用arp -a 可以查到当前的arp表项)。路由器也类似，如果它知道有一个接口可以发送，就把这个接口保存起来。不同的是，ARP工作在链路层，在IP层以下，而路由器处理起这些信息来，比ARP守护程序要复杂得多。


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